开关电源开题报告(共10页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上本科毕业设计开题报告 题 目： 110W高频开关电源 专 题： 院 （系）： 电气及信息工程学院 班 级： 自 动 化08-1 班 姓 名： 戴红健 学 号： 0 指导教师： 吴 延 华 教师职称： 教授 黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题 目110W高频开关电源 来源 指导老师 1、 研究目的和意义 电源问题一直是人们十分关心的问题，是所有电设备的动力。在电力系统中，直流系统的可靠性、稳定性及性能直接影响到电厂的运行和设备的安全；在通信网络中，通信电源成为构成各种通信手段必不可少的组成部分，对确保通信质量具有重要的影响，人们视通信电源为整个通信系统的心脏。 以往应

2、用的传统的相控整流电源设备因为采用工频变压器，体积大，且输出电压的纹波系数大。它的监控系统不完善，采用主从备份方式，用户使用不方便；更重要的是它无法达到电力系统监控设备和通信设备要求电源纹波小，可靠性高，抗干扰能力强的新的技术标准。另外，由于充电设备与蓄电池并联运行，纹波系数较大，会出现蓄电池脉动充电放电，影响蓄电池的使用寿命。另外因其网侧功率因数低、调整速度慢、噪声大等缺点，正在被逐步淘汰。取而代之的是高频开关电源。开关电源取消了传统电源采用的笨重的工频变压器，使得电源得体积大大缩小；电源中得电力电子器件工作在开关状态，使整机效率很高；由于器件的开关频率一般大于20kHz，所以基本上听不到噪

3、声。2、 国内外发展情况(文献综述) 60年代中期，美国已研制成20kHz DCDC变换器及电力电子开关器件，并虚用于通信设备供电。到70年代初期已被先进国家普遍采用，其中最有成效的黾由这种电力电子开关器件和变换技术组成整流电路，三相交流电源不经过jOHz工频变压器，而是直接整流，再由DCDC变换器变成高频交流，经再一次整流变成电设备所需的各种直流电源。 由于用20kHz高频变压器取代了50Hz工频变压器，使得整流器中的关键元件“工频变压器和滤波电感”大大缩小，使整个整流器的重量、体积大幅度减小，并消除了噪声，提高了功率因素，改善了可控硅对电源造成的畸变。 80年代初英国采用上述原理，研制了第

4、一套完整的48V成套电源，即目前所谓的开关电源(SMPSwitch Mode Power)或开关整流器(sMRSwitch ModeRectifier)。 早期开关电源的控制电路一般以分立元件非标准电路为主，一般由时钟电路、TRC(Time Radi0 Contr01)电路、分频电路、检测放大电路、保护电路组成电路形式比较灵活，但使用元件多，电路设计复杂，而且可靠性不高。 经过十多年的发展，国外在1977年左右开始进入控制电路集成化阶段。一个大规模单片集成型控制电路除了包括开关电源控制方案的公共功能外，通常还持有更为广泛的适应性，这样的单片取代了上百个分立元件，大幅度地减少了元器件数量，提高了

5、电源地可靠性，简化了电路地设计计算，有利于生产和维护，同时也加速了电源控制电路标准化的进程。控制电路的集成化标志着开关电源的重大进步。目前市场上出售的单片集成型控制电路种类较多，例如美国UNITRODE的UC3845系列，TEXAS INSTRUMENT的TL494系列等等。 开关整流器采用的电力电予器件主要有双极型晶体管(BT-Bipolar7Fransistor)和场效应晶体管(MOSFET-Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor)。双极型晶体管开关整流器属于早期产品，但由于双极型晶体管的导通电阻低、损耗小、技术成熟、可靠性高，国外

6、至今仍在使用。例如，法国电信分散供电系统中采用的25A及75A两种规格的开关整流器都是双极型晶体管开关整流器，变换频率为20kHz。场效应晶体管因开关速度快，驱动电路简单，是当前较为理想的开关元件，在开关整流器中应用最多。它的问世，大大提高了开关整流器的开关频率，一下子就从20kHz提高到50kHz，目前在中小功率场合最高频率已达500kHz。场效应晶体管的缺点是导通电阻大，导致导通压降较大，影响整机效率。绝缘栅双极晶体管(IGBTInsufated Gategipolar Transistor)是一种新型电力电子器件，其输入电路与MOSFET相同，输出电路与BT相同，它兼有MOSFET容易驱

7、动和BT导通电阻低的优点，只是开关频率相对MOSFET较低。现在有的厂家采用IGBTMOSFET组合器件(并联使用)。这种混合开关器件的导通电阻低，且开关损耗小，不过其控制及驱动电路较复杂。 自开关电源问世以来，其可靠性随着器件和控制方法的改进不断提高。目前的直流电源系统普遍采用“备用并联运行”方法，在开关电源中称为“N+I模块冗余备份”。这种并联运行采取均流方式，使整个系统的可靠性极大提高，而且各模块可热插拔，维护十分方便。 随着开关电源应用地扩大，其供电体制已逐渐从集中供电向分散供电过渡，其相应的管理体制也正在向集中监控和集中管理方向发展，逐渐实现无人值守或少人值守。即应用计算机技术和通讯

8、技术实现遥信、遥测和遥控。3、研究/设计的目标： 4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：正激变换器关键在于主开关管导通时，输入电压加在变压器初级，输出二极管正偏导通;当主开关管截止时，仅存储在变压器漏感和激磁电感的能量。这将使得漏极电压高于输入电压，复位磁芯。正激变换器需要一个最小负载以及足够大的滤波电感，以保证它的峰值纹波电流小于最小负载电流。否则将出现断续，输出电压上升。这意味着正激变换器不能工作在空载状态，因为不能具有无限大电感。电感量随电流增加而减少。在最小负载时，你得到的电感较大，保持电流连续，而在最大负载时，你仍然具有足够的电感，而又不太大。你允许纹波电

9、流随着负载电流增加而增加，不必设计的电感体积大维持最大负载的全部电感。对付最小负载普通方法是加一个假载永久接在输出端，作为变换器的一部分。因此，即使外负载为零，因为有一个维持最小功率的电阻，变换器可维持连续状态。正激式变换器的主回路结构图:过流保护电路图如图:过压保护电路图如图: 欠压保护电路： 电压反馈电路图如图： 软启动/辅助电源电路图如图： 1、开关频率的确定 T=1/f0 2、占空比的确定 最大导通时间TON为：TON（max）=TDmax 3、磁滞损耗 涡流损耗 变压器线圈参数的计算 次级输出电压 流经初级绕组的电流有效值I1为： 流经次级绕组的电流有效值I2为： 输出电感线圈的电感

10、量Lout为： 输出纹波电压Ur为： 输出电容的等效串联电阻ESR为： 5、 方案的可行性分析：设计开关电源首先要考虑的是选用合适的拓扑结构。拓扑结构类型选择与电源各个组成部分的布置有关，这种布置与电源可以在何种环境下安全工作以及可以给负载提供的最大功率密切相关。这也是设计中性能价格折中的关键点。每种拓扑都有自己的优点，有的拓扑可能成本比较低，但输出的功率受到限制；而有的可以输出足够的功率，但成本比较高等。在一种应用场合下，有好几种拓扑可以工作，但只有一种是在要求的成本范围内性能最好的。下表中列出五种PWM 开关电源拓扑的比较:拓扑 功率范围(W) 输入直流电压范围(V) 输入输出隔离 典型效

11、率(%) 相对成本Buck电路 01000 540 无 70 1Boost电路 0150 540 无 80 1正激式电路 0150 5500 有 78 1.4反激式电路 0150 5500 有 80 1.2半桥电路 100500 501000 有 75 2.2选择最合适的拓扑要考虑的四个主要因素：1、输入输出是否需要变压器隔离；2、加在变压器一次侧或电感上的电压值的大小；3、通过功率开关管的峰值电流大小；4、加在功率开关管上的最高电压大小。无变压器隔离的拓扑对使用装置的操作人员是不安全的，相对于变压器隔离对负载的保护来说，成本的增加很小。因此，在大部分应用场合下，通过变压器进行隔离，在输入直流

12、电压高于40V的情况下，开关电源都要求使用变压器隔离。本设计中，交流电压经滤波整流后，再经过功率因数校正电路，得到高达400V 的稳压直流输入电压。所以，输入输出是需要变压器隔离的。Buck电路和Boost 电路在本设计中无法采用。加在变压器一次侧上的电压大小决定了通过功率开关管的峰值电流。由于开关电源的功率一定，一次侧电压越低，峰值电流就越大，以满足输出功率增加的要求。对于TO-220封装的功率晶体管和MOSFET管来说，推荐的最大峰值电流是20A。如果超过20A，功率开关管就容易损坏，对功率器件进行保护也很困难。在开关电源中，电压尖峰是很常见的，经常出现电压尖峰超过功率开关管击穿电压的情况

13、。功率开关管承受的最大电压越大，就越有可能超过功率开关管的安全工作区,对于反激式电路来说，峰值电流大小的计算公式为：对于正激式电路和半桥电路来说，峰值电流大小的计算公式为；虽然反激式电路拓扑具有使用元器件少、本身固有效率比较高（可达80%）的特点。但是反激式电路的电流峰值比正激式电路高很多，在相当低的输出电压下，有可能超出功率开关管的安全工作区。而半桥电路的输入电压只有一半加在变压器一次侧上，这会导致半桥电路的电流峰值为正激式电路的电流峰值的2倍。从通过功率开关管的峰值电流大小的角度来说，可选用正激式电路作为开关电源的拓扑结构。对于反激式电路来说，加在功率开关管上的电压大小为：对于正激式电路来

14、说，加在功率开关管上的电压大小为：对于半桥电路来说，加在功率开关管上的电压大小为： 从加在功率开关管上电压来分析，半桥电路加在功率开关管上的电压小于反激式电路和正激式电路，但由表1-1可知，半桥电路的制作成本比反激式电路和正激式电路要高出很多，而且半桥电路的本身固有效率仅为75%。因此，本设计选用正激式电路作为开关电源的拓扑结构。 6、 该设计的创新之处：1、 高频化，由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高，促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化，带来显著节能、节水、节约材料的经济效益。2、模块化，在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求，而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电

15、源模块，极大的提高系统可靠性，即使万一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作，而且为修复提供充分的时间。3、数字化，现在数字信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点：便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰（提高抗干扰能力）、便于软件包调试和遥感遥测，也便于自诊断、容错等技术的植入。4、绿色化，电源系统的绿色化有两层含义：首先是显著节电，这意味着发电容量的节约，而发电是造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染；其次这些电源不能（或少）对电网产生污染。 7、设计产品的主要用途和应用领域： 开关电源在通信、工业自动化、航

16、空、仪表仪器等领域都有着广泛的应用。本实验设计的开关电源可以为一般的家用电器及一些小功率设备供电。8、时间进程：第1周 确定毕业设计的题目第2周 收集相关资料。第3周 筛选所收集的资料第4周 将资料进行细致的归类第5周 根据收集的资料开始进行设计前得准备第6周 完成开题报告并进行开题答辩获准开题第7周 对采集原理的相关理论的学习第8周 学习高频开关电源原理及应用第9周 进行采集系统硬件平台的设计第10周 进行实物的制作第11周 进行采集系统软件的设计第12周 进行程序优化，仿真，调试第13周 对整个程序进行总体的测试第14周 对毕业设计进行总复习第15周 对本设计的资料，程序进行整理撰写毕业论

17、文 第16周 准备毕业答辩9、参考文献： 杨成林,沈旭.开关电源设计指南.机械工业出版社,2004 赵同贺,刘军.开关电源设计技术与应用实例. 人民邮电出版社.2007 周志敏,周纪海,纪爱华.开关电源功率因数校正电路设计与应用.人民邮电出版社.2004 叶慧贞,开关稳压电源,国防工业出版社,1999 指导教师意见:教师签字：年 月 日毕业设计领导小组意见: 组长签字：年 月 日 1、题目：为选定的题目，不要把专题写入此项 2、专题：如果有专题，填此项，如果没有专题不填此项；3、院（系）：按二级院系填写（如资源与环境工程学院或外语系）4、指导教师：如果有两个以上的教师指导，可填老师A/老师B（两位老师必须都为讲师以上职称，否则只填具有讲师以上职称的老师）5、教师职称：是指指导教师职称，如果有两个以上的教师指导，可填职称A/职称B，老师与职称一定要对应上，前后顺序不能颠倒；6、题目来源：可填教师科研、假想等