開關(guān)電源畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題目：48V/10A高頻開關(guān)電源設(shè)計(jì)專題：院（系）：電氣與信息工程學(xué)院班級(jí)：自動(dòng)化 09-2 班姓名：學(xué)號(hào)：70指導(dǎo)教師：教師職稱：教授黑龍江科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題目48V/10A 高頻開關(guān)電源設(shè)計(jì)來源工程實(shí)際一、研究目的和意義通信業(yè)的迅速發(fā)展極大地推動(dòng)了通信電源的發(fā)展，開關(guān)電源在通信系統(tǒng)中處于核心地位，并已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中，通常將高頻整流器稱為一次電源，而將直流/ 直流（ DC/DC）變換器稱為二次電源。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化，因而需要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這就對(duì)高頻開關(guān)電源技術(shù)提出了更高的要求。

2、本課題設(shè)計(jì)的開關(guān)電源體積小，重量輕；工作頻率高；功率因數(shù)高；效率高，節(jié)省能源；紋波小；噪音低；便于采用公道而又靈活的配置。二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 ( 文獻(xiàn)綜述 )各種電力電子設(shè)備中，都需要有電源供給其所需的能量，所以供電電源質(zhì)量的好壞直接影響到電力電子設(shè)備能否安全可靠的運(yùn)行。電力電子設(shè)備常用的直流穩(wěn)壓電源分為線性電源和開關(guān)電源兩大類。線性穩(wěn)壓電源是一種連續(xù)控制型電源，它具有穩(wěn)定性好、輸出電壓精度高、輸出紋波電壓小等優(yōu)點(diǎn)，但其隔離變換部分必須使用體積重量都很大的工頻變壓器，而且開關(guān)管的損耗比較大， 使得線性電源效率降低， 實(shí)用性不高 ; 開關(guān)電源是通過開關(guān)管的開通和關(guān)斷來工作的一種直流穩(wěn)壓電源，它具

3、的效率高、體積小、重量輕、可靠性和穩(wěn)定性都較好、對(duì)輸入電壓波動(dòng)不敏感等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代電力電子設(shè)備中。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)階段電子設(shè)備的精密化和集成化程度越來越高，這就對(duì)供電電源的要求越來越高，所以在需要直流供電電源的系統(tǒng)中，開關(guān)電源已逐漸取代線性電源而處于最重要的地位，并且取得了快速的發(fā)展，代表著今后供電電源的發(fā)展方向。從開關(guān)電源出現(xiàn)以來，其發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：最早出現(xiàn)的開關(guān)電源是由分立器件組成的，其開關(guān)速度慢、效率低，并且電路復(fù)雜、所含器件多、穩(wěn)定性差、設(shè)計(jì)和調(diào)試都很不容易； 20 世紀(jì) 70 年代由于大集成電路的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，人們實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源控制電路的集成化，從而

4、開關(guān)電源的體積減小， 效率和穩(wěn)定性得到了很大的提高；20 世紀(jì) 80 年代研制成功了單片開關(guān)電源， 它可以將開關(guān)電源的基本功能通過一個(gè)集成IC 來實(shí)現(xiàn)， 這種電源屬于一種高度集成化的交流一直流變換器；如今，隨著各種類型開關(guān)電源集成電路的不斷發(fā)展和控制芯片功能的不斷完善，電源的集成化程度越來越高，其效率和穩(wěn)定性也不斷的得到提高。三、研究 / 設(shè)計(jì)的目標(biāo)：在本系統(tǒng)中，先通過對(duì)高頻開關(guān)電源的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析，并結(jié)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，確定系統(tǒng)的主電路拓?fù)洌O(shè)計(jì)出主電路; 然后，通過用Saber Simulator對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行仿真分析，并結(jié)合系統(tǒng)的具體情況，設(shè)計(jì)出濾、整流、軟啟動(dòng)和保護(hù)控制部分。

5、本課題所要研究的就是一種用于電信系統(tǒng)的高頻開關(guān)電源。本系統(tǒng)要到的技術(shù)指標(biāo)如下:輸入電壓 :220V ±10%電網(wǎng)頻率 :50HZ ±10%功率因素 :輸出標(biāo)稱電壓:48VDC輸出額定電流:10A穩(wěn)壓精度 :±%穩(wěn)流精度 :±%紋波系數(shù) :±%均流不平衡度:± 3%輸入過壓保護(hù):311V ± 5V輸出欠壓保護(hù):48V ± 2V效率 :90%開關(guān)頻率 :80KHz輸出電壓紋波峰值四、設(shè)計(jì)方案（研究/ 設(shè)計(jì)方法、理論分析、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方法和步驟等）：根據(jù)框圖所示，本文設(shè)計(jì)的48V/10A 高頻開關(guān)電源設(shè)計(jì)主要可以分為以下幾

6、個(gè)部分：1、輸入保護(hù)：由保險(xiǎn)絲和熱敏電阻組成，防止由于電源短路所產(chǎn)生的大電流以及輸入的沖擊電流對(duì)電路中器件的影響。2、輸入整流濾波器: 輸入濾波器消除來自電網(wǎng)的各種干擾，如電機(jī)的起動(dòng)、電氣設(shè)備的開通與關(guān)斷、雷電等產(chǎn)生的尖峰脈沖干擾，同時(shí)也可以防止開關(guān)電源本身所產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散而污染電網(wǎng)，當(dāng)電網(wǎng)瞬時(shí)斷電時(shí)，濾波電容器儲(chǔ)存的能量能使開關(guān)電源的輸出維持一段時(shí)間；輸入整流器將電網(wǎng)輸入的交流電進(jìn)行整流，為開關(guān)變換器提供波紋較小的直流電。3、整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級(jí)變換。高頻開關(guān)變換器(DC/AC) ：它是開關(guān)電源的最主要的部分，可以把直流電變換成高頻率的矩形

7、方波交流電，再經(jīng)過高頻變壓器變成所需要的隔離輸出交流電。4、輸出整流濾波器：將開關(guān)變換器輸出的高頻交流電整流濾波得到滿足輸出標(biāo)準(zhǔn)的直流電，同時(shí)還防止高頻干擾信號(hào)對(duì)負(fù)載的影響。電路原理與輸入整流濾波器相同。5、控制電路：控制電路由專用控制芯片、反饋電路和保護(hù)電路組成。反饋電路將輸出端的采樣信號(hào)以基準(zhǔn)電路的比較值送到控制芯片，控制器就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出值的變化，通過調(diào)節(jié)輸出的脈沖寬度，可以使輸出保持穩(wěn)定。當(dāng)開關(guān)電源的各種工作條件和狀態(tài)超過所設(shè)定的極限值時(shí)，保護(hù)電路就可以將保護(hù)信號(hào)送到控制器，使開關(guān)電源停止或暫停工作以保護(hù)設(shè)備。6、保護(hù)電路：除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表資

8、料。7、輔助電源：為控制電路和保護(hù)電路中的器件和比較器提供滿足一定技術(shù)要求的直流電壓，以保證它們工作穩(wěn)定可靠。輔助電源可以設(shè)計(jì)成獨(dú)立型，也可以由開關(guān)電源本身產(chǎn)生。8、顯示：對(duì)輸出的電壓、電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和顯示。其系統(tǒng)框圖如下：市EMI電濾波輔助電源電壓、電AT89C52 數(shù)AD流顯示據(jù)處理轉(zhuǎn)換基于 UC3854 的驅(qū)動(dòng)電路全橋Boost型相移 ZVS-PWM整流PFC單元變換器輸入基于 UC3875 的過壓驅(qū)動(dòng)電路保護(hù)高頻開關(guān)電源的設(shè)計(jì)框圖電流取樣電壓輸出取樣輸出濾波電路高頻變?nèi)ㄕ麎浩髁麟娐愤^流保護(hù)輸出過壓保護(hù)五、方案的可行性分析：隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求電源模塊向小型化、高頻化、集成

9、化、智能化等方向發(fā)展，因而需要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這就對(duì)高頻開關(guān)電源技術(shù)提出了更高的要求。因此軟開關(guān)技術(shù)、功率因數(shù)校正技術(shù)及多電平技術(shù)是近年來變換器拓?fù)浞矫娴臒狳c(diǎn)。通信電源是電信網(wǎng)的能源，其供電質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到整個(gè)電信網(wǎng)的暢通，本課題首先分析了近年來國(guó)內(nèi)外高頻通信開關(guān)電源的發(fā)展?fàn)顩r，在理論分析和電路實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上本文采用軟開關(guān)技術(shù)可以有效的降低開關(guān)損耗和開關(guān)應(yīng)力，有助于變換器效率的提高；采用PFC技術(shù)可以提高AC/DC變換器的輸入功率因數(shù)，減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染；系統(tǒng)以 MOS管作為功率開關(guān)器，構(gòu)成移相全橋ZVS PWM直流變換器，采用脈寬調(diào)制PWM技術(shù)， PWM控制信號(hào)由

10、集成控制器UC3875產(chǎn)生，從輸出實(shí)時(shí)采樣電壓反饋信號(hào)，以控制輸出電壓的變化，控制電路和主電路之間用變壓器進(jìn)行隔離，并設(shè)計(jì)了軟啟動(dòng)和過流保護(hù)電路。利用仿真軟件Saber Simulator仿真分析設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)，加以進(jìn)行驗(yàn)證修改，分析該系統(tǒng)能安全可靠運(yùn)行，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。六、該設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處在于用基于UC3854的功率因數(shù)器 （優(yōu)化了電路的主要參數(shù)）、零電位開關(guān)相、相移脈寬調(diào)制零電壓開關(guān)諧振（PS-ZVS PWM）和以集成控制器UC3875芯片為核心的控制電路實(shí)現(xiàn)了功率開關(guān)管的零電壓開通和近似零電壓關(guān)斷，研制出高效率 （達(dá) 93%）、高穩(wěn)定度 ( ± %）、高可靠性、低

11、電磁干擾的高頻開關(guān)整流模塊使高頻開關(guān)電源小型化、高頻化（ 80KHz）、集成化、高效化 ( 大于等于 90%)、安全化 ( 一系列保護(hù)電路) 。七、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主要用途和應(yīng)用領(lǐng)域：開關(guān)電源在通信系統(tǒng)中處于核心地位，并已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流，本設(shè)計(jì)的高頻開關(guān)電源的輸出電壓十分適用于通信設(shè)備的所需電源電壓，可以廣泛地用于通信業(yè)。也可以用于無線及航天等領(lǐng)域。八、時(shí)間進(jìn)程第一周 :選擇設(shè)計(jì)題目，并搜集相關(guān)資料第二周：圖書館、網(wǎng)上查找資料第三周：初步確定設(shè)計(jì)任務(wù)第四周：撰寫開題報(bào)告并準(zhǔn)備答辯第五周：開題答辯第六周：設(shè)定總體的設(shè)計(jì)方案第七周：輸入電路設(shè)計(jì)第八周：功率因素校正(PFC) 設(shè)計(jì)第九周：直流

12、變換器設(shè)計(jì)第十周：高頻變壓器設(shè)計(jì)第十一周：控制電路設(shè)計(jì)第十二周：輸出濾波電路設(shè)計(jì)第十三周：輔助電路設(shè)計(jì)第十四周：功率因素校正(PFC) 模型仿真與分析第十五周：移相全橋ZVZCS變換器模型仿真與分析第十六周：整理并撰寫論文第十七周：準(zhǔn)備答辯第十八周：答辯九、參考文獻(xiàn)：1 陳治明等 . 電力電子技術(shù)的回顧與前瞻 J. 電源技術(shù)應(yīng)用 ,2 布朗 . 開關(guān)電源設(shè)計(jì)指南 . 徐德鴻等譯 M. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 ,20043 張乃國(guó) . 開關(guān)電源功率變壓器的設(shè)計(jì) J. 電源技術(shù)應(yīng)用，4 張為佐 . 漫話功率半導(dǎo)體器件四十年 J. 電源技術(shù)應(yīng)用 ,1998 年合定 本:1-2.5 張廷鵬等 . 通

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