黑龙江科技学院本科毕业设计

1、本科毕业论文开题报告 题 目： 中间母线变换器的研究与设计 专 题： 院 （系）： 电气与信息工程学院 班 级： 电气07-9 姓 名： 于成哲 学 号： 0702030919 指导教师： 于雁南 教师职称： 讲师 黑龙江科技学院本科毕业论文开题报告 题 目中间母线变换器 来源工程实际1、研究目的和意义通信设备的板级供电系统已逐步由分布式架构转向中间母线架构(Intermediate Bus Architecture，)简称IBA。近年来随着电子和数据产业的发展及分布式供电系统的推广，DC/DC变换器的应用越来越广。在通信领域，高速的CPU，DSP，FPGA等应用越来越多，

2、其功能越来越复杂，导致通信设备单板直流供电方式也产生了较大的变化。新的微处理器、存储器DSP及ASIC都趋于低电压、大电流供电，这些都对电源行业提出了巨大的挑战。为了迎合挑战，不仅要求电源产品能在低电压下输出大电流，还要求其体积小、重量轻、动态反应快、噪声小和价钱便宜，这就促使业界重新审视现有的技术和架构。对于低电压应用，IBA架构仍然是有效及低成本方案。虽然IBA有其局限性，如在结构上有一定的冲突，需要协调折衷传输损耗与转换损耗，及牺牲瞬态响应来解决，但对于未来的电源架构，IBA仍将得到广泛的应用。据预测，在未来5年中IBA将会有近10倍的增长，从目前的2.8%增长到28.1%，市场需求巨大

3、。2、国内外发展情况(文献综述)目前国内外通讯市场上，各电源供应商几乎都推出了自己的中间母线变换器。种类繁多，也各具特色，针对输入电压、控制方式的不同，大体分为三类，开环控制，半开环控制，闭环控制。为了最大限度的利用中间母线架构的优点，迄今为止使用最多的是开环、固定占空比结构的母线电压变换器。(1)早在2003年，功率半导体专家IR公司就推出了首个直流总线转换器芯片组系列，重新定义了用于电信及网络系统的48V输入、150W基板安装功率转换器的分布式电源架构。IR的直流总线转换器采用半桥结构，开关频率高达500kHZ，能在小于1.7inch2的电路占位上，于20A/150W输出条件下提供96%以

4、上的效率。与业界标准的四分一砖设计相比，该芯片组能节省53%的体积，并可将隔离式转换器的元件数目由约50个大幅缩减至20个。IR的直流总线转换器省去了在中间级调节输出的需要，无需昂贵的反馈电路。整套解决方案化繁为简，有助减少元件数目、节省转换所需基板空间，同时实现了96%以上的效率。(2)2004年，Vicor公司公布推出其48V输入，中转母线模块(IBCs)系列的第一只模块，该模块为标准1/4砖型封装，输入电压为3855V。中转母线模块是把VI晶片中的中转母线模块(IBCs)放入1/4砖型电路板上, 构成“VIC-in-a-Brick”封装。它的功率处理能力比市场上最优秀的中转母线组件高出一

5、倍。这种引脚款式与其它1/4砖型中转母线模块完全兼容。具体地说，这种引脚兼容的工业标准砖型模块可内含单只BCM (Bus Converter Module)，功率达300W，亦可由两只BCM并联构成，功率达600W。IBCs的效率由95%(3V)至97%(48V)。BCMs的瞬变反应极快，100%的负载阶跃反应小于1S，IBC的高效率及优良的瞬变反应源于它采用正弦振幅转换(SAC)技术，令它在零电流及零电压瞬间以固定频率开关，开关频率可达上百万赫兹。这些SAC令组件的输入输出噪声极低，大大减低甚至可免除高成本及占空间的滤波器。(3)同步整流专家SynQor也推出了自己的母线电压转换器BusQo

6、r，输入电压为4253V，输出的电压为12V，输出电流高达20A，输出功率可达240 W，效率高达97。通过与SynQor的12V BusQor DC变换器结合起来，电源设计师就可以实现一个真正的中间总线结构(IBA)。从隔离的中间总线向多个低电压负载提供电源可以大大节约成本。 (4)BEL目前推荐的新型中间母线型电源结构，是采用不调整的高功率密度的总线变换器(Bus Converter)级联多个宽输入、宽输出的POL变换器的架构，与其它的电源结构相比，能有效的减小系统体积和成本，并具有很好的可扩展性和灵活性。目前BEL已能为客户提供全系列电源解决方案，Bus Converter家族包含1/2

7、砖、1/4砖和1/8砖系列，输出功率从120W至500W。POL变换器包含SMD、SIP、Arrowhead、Diamondback、Keystone五大类，共有70多个系列，能有效满足用户的需求。(5)Artesyn公司同样采用标准的1/8砖尺寸和管脚设计，输出功率最高可达82.5W，输入电压为3675V宽范围，输出电压从1.2V到3.3V有5个级别，其中LES20A48-3.3V的典型效率高达91%，并且模块有很好的温度特性，在环境温度到60甚至80的降额下使用曲线都很平直，没有很陡的下降。而且模块效率曲线也很好，能在很宽的负载范围都能保持很高的效率，同时模块具有优异的暂态响应特性，恢复时

8、间只有20S。(6)艾默生网络能源公司则是采用(雅达专利US5113334)推挽式正激谐振结构，利用谐振电容和变压器漏感的谐振，实现主开关管的零电压/近似零电流开通，近似零电压/近似零电流关断，获得了主开关管的软开关以及输入输出的低噪音。减少了开关损耗，提高了开关频率以及功率密度，额定输入、满载输出条件下效率高达96。通过以上的调查分析，充分说明了中间母线变换器的市场巨大，在中间母线供电架构中具有重要作用。因此对中间母线变换器进行深入的研究是非常值得的。3、研究的主要方法、手段 ：首先了解目前通讯系统中单板直流供电方式的主要四种架构，通过对各种供电架构的分析，进而明确中间母线变换器，

9、并且学习中间母线变换器在中间母线电源架构中的作用。其次，对比、分析了国内外各主要电源模块生产商各自中间母线变换器产品的异同，明确了中间母线变换器主要的发展进程和方法。然后通过网络和书籍学习不同的变换器，通过分析使用合适的推挽正激变换器。自己做出实物，通过实物的试验验证理论的正确。4、可行性分析：在中间母线电压供电架构中，电源的供电可以分为两级，即第一级提供隔离变压功能，通过中间母线变换器实现。第二级提供稳压功能，通过niPoL非隔离点负载转换器实现。这样，对于一个通用的中间母线变换器，需要考虑两方面的问题：直流母线电压选择；在电路板上进行配电，最好的方法是使用一个3.3V与12V之间的中间电压

10、。在使用两级功率转换的情况下，这个中间母线电压不需要严格地进行稳压。新型负载点转换器的输入电压范围很宽，这就是说，产生中间母线电压的隔离式转换器可以用比较简单的方法来实现。对于负载点转换器来讲，最优的输入电压介于6V至8V之间，这时功率损失最小。就两级转换的优化而言，这是最好的办法，尤其是对于功率为 150W的系统。我们可以在很小的面积下、用数量很少的元件，设计出一个高效率的隔离式转换器。即中间母线变换器，然后再由中间母线变换器为负载点转换器供电。图为推挽式正激变换器IBC采用推挽式正激结构。主开关管VQ1，VQ2在交替工作模式下可实现ZVS/ZCS，它们由相位上相差180°的信号驱

11、动，适当控制死区时间对实现变换器的软开关非常重要。变换器的隔离变压器T1与Uin、输入电感Lc，谐振电容Cr构成变换器的初级拓扑结构。该电路主要利用Cr与T1的漏感Lr构成并联谐振回路，同时适当控制驱动信号的频率和死区时间，从而实现主开关管的软开关。Lc将低阻抗的Uin与谐振电路隔离。次级采用同步整流技术，可有效降低电路损耗中间母线变换器采用的方案：使用推挽式正激变换器，它有正激变换器和推挽变换器的优点，其磁芯工作在一、三象限、磁芯利用率高、开关管电压应力低、能自动抑制变压器的偏磁。与四阶系统的半桥变换器相比，该推挽正激变换器是一个二阶系统，它的控制相对简单并且瞬态响应更快，设计相对容易。由于

12、输入电流纹波减少，它的输入滤波器也可以简化，可以选用较小的滤波电感电容，实现快速响应。推挽正激变换器具有抑制开关管电压尖峰、抑制变压器偏磁、输入电流纹波小、变压器双向磁化、利用率高和开关管电压电流应力小等优点。5、论文提纲1、了解现今通信开关电源的发展趋势和国内外发展状况。2、从各种拓扑的变换器比较入手，分析推挽正激式变换器适合中间母线的原因和其工作原理，并在此基础上详细推挽正激变换器拓扑的稳态运行原理和损耗分析 。给出推挽正激电路的结构图3、副边电路从中心抽头二次侧、正激二次侧、倍流二次侧选择一种作为副边整流电路，并了解工作原理。 4 、对整个变换器的主功率电路包括变压器、输出滤波电容、电感

13、等进行设计和参数设定 。给出包括主功率电路、控制和驱动电路、保护电路的系统方案结构框图，控制部分围绕控制芯片来画，这样的话首先就要确定控制芯片，你要去选一款可以适合推挽正激变换器的控制芯片，找出3款，结合提出的要求选出一款。这一个步骤非常重要，做项目都要经过这一个选型环节。5 、对控制和保护电路进行设计和参数优化，极大地提高DC/DC变换器的效率等各项关键性能指标，使对系统的电路设计有较强的实际意义 。6、分析提高通信开关电源的功率密度，试从体积、变换技术、制版多角度来分析。6、时间进程第一周：搜集毕业设计的有关资料。第二周:查阅相关材料，初步确定设计任务。第三周：整理研究相关材料。第四周：填

14、写完成开题设计报告，并整理设计材料。第五周：硬件组成和设计。第六周：推挽正激变换器的设计。第七周：对变换器的主功率电路的参数设定。第九周：分析提高通信开关电源的功率密度。第十一周：确定方案。第十二周：选取元件。第十三周：焊接电路。第十四周：调试电路。第十五周：设计整理，修改，打印论文。整体思路的顺序是主功率电路、控制和驱动电路、保护电路，三大块，稍微改动下。7、参考文献：1 陈道炼. 软开关PWM 组合式航空静止变流器研究D.南京航空航天大学 博士论文 , 1998.2 杨正龙, 王慧贞. 一种推挽正激变换器 J . 电力电子技术, 2002, 2( 1) : 3639.4张方华，王慧贞，严仰光.正激推挽电路的ZCS方案J.电力电子技术，2003，（41）：6062.5张方华，严仰光.带隔离变压器的DC/DC变换器零电流转换方案J.中国电机工程学报，2003，（99）：6366.6周维，罗全明，周林积分复位控制三相六开关Boost型功率因数校正J电工技术学报，