准谐振开关电源的设计开题报告

1、CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGY开题报告设计题目：准谐振式开关电源的设计学生姓名：耿银学院名称：电气与信息工程学院专业名称：电子信息工程班级名称：电子0641学号：0604451113指导教师：周文良教师职称：教授学历:本科2010年4月20日开题报告一、选题依据1.设计目的及意义(1)设计目的准谐振开关电源广泛应用于电子、IT等产业。尤其随着电力电子器件和相关应用技术的发展，作为用点设备心脏的电源系统发生了很大的变化。以开关方式工作的直流稳压电源以其体积小、重量轻、效率高、稳压效果好等特点，正逐步取代传统电源的位置，成为了电源行业的主流形式。通常，把开关元件上的电

2、压波形为正弦波状的变换器称为电压谐振变换器，其以零电压开关ZVS(ZeroVoltageSwitching)方式工作，把流过开关的电流波形为正弦波状的称为电流谐振变换器，其以零电流开关ZCS(ZeroCurrentSwitching)方式工作。以上两种变换器均称为准谐振变换器，谱振电路仅在开关管导通或截止时工作，从而降低开关损耗的方式称为部分谐振变换器。这都是软开关电源，控制开关管的导通时间从而使直流输出电压稳定的电源系统。所谓软开关技术是半导体开关在开通时或断开时，在其非常短时间内，使流过开关的电流或施加在开关上的电压减小，从而降低开关损耗。这种技术最初用于谐振变换器的是1970年F.C,S

3、chwarz采用的LC串联谐振电流谐振电路，之后，根据同样原理，其提出在开关上施加的电压为正弦波的电压谐振电路的方案。目前，我们通过仅在开关导通及截止期间改变电压或电流的部分谐振，大大降低开关损耗，并达到实用化，完成本项设计。(2)设计意义随着电力电子应用技术的迅速发展，要求电子仪器和设备的可靠性不断提高、功能不断增加、使用趋向自动化及智能化、体积小型化。开关电源的优势便显示出来，它已经广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备中，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的支撑。另一方面，由于集成电路技术的普及及应用，也促进了电子设备的小型化和多功能化，使电子仪器和设备的成本不断降低。但限

4、制开关电源体积减小和重量减轻，主要是开关电源的变压器、电抗器等磁性元件和平滑波形的电容器共同作用。虽说可通过提高开关频率、减小磁性元件和平滑电容器的尺寸，却带来元器件损耗增大、温升增高。同时经开关开题报告频率提高后，受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样不仅会影响周围电子设备，而且还会大大降低电源装置本身的可靠性。目前，提高开关电源工作频率的最有效的方法，是采用软开关技术，即在开关管导通时加在开关两端的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可以减少开关损耗，又可以控制浪涌的发生，使得噪声很小。基于以上考虑，针对于准谐振式开关电源的设计，既可以采用零电压准谐振式开关变

5、换器，也可以采用零电流准谐振式开关变换器，使整个电源达到体积小、重量轻、电磁兼容性好、成本低、可靠性高等特点。2 .设计拟解决的工程实际问题(1)准谐振变换器电路在设计时，不但要考虑在轻负载下满足谐振条件，又要考虑到重负载时，开关管上所承受的电压。经优化设计，本电路输出功率不小于50W;输出电压13.8V,电流不小于4A的情况下，电源工作效率优于70%;功率因数大于0.95;输出纹波小于等于50毫伏。(2)由于准谐振电路采用的是脉频调制方法，需根据频率范围来设计适当的滤波电路，以减小输出电压的纹波。3,设计拟应用的现场资料综述准谐振开关电源是一个完整的闭环系统，它包括主回路、控制回路和保护环节

6、等。准谐振开关电源的系统图如图1所示图1准谐振开关电源的系统框图开题报告由图1可看出准谐振开关电源的组成与传统PWM开关电源的结构类似，有所不同的是准谐振电源的功率环节是准谐振变换器，控制电路采用频率调制而不是脉宽调制。另外，准谐振开关电源比PWM开关电源多了一个零检测环节，以实现零电压或零电流准谐振变换器。4,设计拟应用的文献综述随着电子设备的日益小型化和高频化以及计算机、 通信业和航空航天业等的发展，对电源的要求也日益提高，电源的小型化和高频化成了电源的必然发展趋势。在开关电源小型化和高频化的进程中，开关损耗是制约其发展的一个重要因素。传统脉宽调节开关电源在高频工作时的开关损耗使其开关频率

7、不能进一步提高，从而体积也不能减小。近年来，减小高频开关损耗的各种软开关技术受到了人们的青睐，软开关技术使高频开关管工作在零电流或零电压开关状态，从而大大减小了开关损耗，同时提高了开关变换器的效率。准谐振式开关电源技术结合了谐振技术和PWM技术的优点，代表了开关电源的一个发展方向，但在整机产品的普及方面还需要一个较长的过程。5.设计相关技术的国内外现状1955年美国罗耶（GH.Roger）发明了自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端。1957年美国查赛（JenSen）发明的自激式推挽双变压器。1964年美国科学家们共同提出取消工频变压器的串联开关电源的设想，这对电源

8、向体积和重量的减少获得了一条根本的途径。到了1969年，由于大功率硅晶体管的耐压提高，二极管反向恢复时间的缩短等元器件地改善，终于做成了25千赫的开关电源。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备中，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。目前，市场上出售的开关电源中采用了双极性晶体管制成的100kHz、用MOSFET制成的500kHz电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。提高开关频率，要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的

9、影响而产生开题报告浪涌或噪声。这样不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。其中，为了防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可采用R-C或L-C缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，这对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既减少了开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前，对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，同时噪声也小，成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研

10、究。二、设计方案及技术路线1 .设计方案主要是在典型的200W开关电源的基础上， 利用零电压准谐振技术设计而成的200W软开关电源，实现的电路输出功率不小于50W;输出电压13.8V,电流不小于4A。实现开关电源功率提高5%以上。开关器件选用高频型M0SFET管，DCDC变换电路采用半桥式，通过芯片TL494来控制DCDC变换器中有源开关的导通与开关。然后经变压器由电路输出部分输出。2 .技术路线完成设计方案的技术路线有以下三点主电路的设计与实现包括：功率器件的选择和主电路的硬件设计。开关电源控制电路的硬件设计与实现包括：控制芯片的介绍与选择，控制电路和输出电路。电路的总体实现方案包括：辅助电

11、路和整体电路的调试及性能测试。三、可能存在的问题及解决措施1,存在的问题谐振技术已应用于开关电源领域中，使开关电源由原来的硬开关变成局部的软开关。在对谐振式开关电源深入研究的基础上，提出本设计中几个实际问题：开题报告一器件工作时的应力，效率，输出电压的波纹，成本等，并加以讨论分析，得出结论：谐振技术的应用使开关电源的可靠性，纹波干扰等问题得到很大改善，材料成本不增加而体积和重量却可以大大减少，但总效率由于低压整流较低而不能得到明显的改善。2.解决措施从设计中可以看出在典型的PWM的DCDC变换器功率开关管两端并联以谐振电容，便可以使原来的硬开关变成软开关。又知电容两端电压不能跃变，减少在开关管

12、在突然间导通的时候引起的电压浪涌，降低开关管的损耗。当开关管导通后，利用电容和变压器漏电感形成准谐振，当电容两端电压过零时，关断开关管，从而完成了零电压关断，使关断损耗在理论上降为零，大大的提高了开关管工作的效率。四、设计成果准谐振变换器的突出优点在于，加在主开关器件两端的电压呈正弦波，开关时在零电压处通断。同时，开关中寄生电感与电容作为谐振元件的一部分，可完全控制开关导通时电流浪涌与断开时电压浪涌的发生。采用这种方式不仅能把开关损耗减到很小，而且能降低噪声。这种方式已成为开关电源高频化较好的方式之一。五、进度计划3月3日-3月21日：结合校外或校内生产实习，确定毕业设计题目，收集毕业设计资料

13、，论证毕业设计题目及内容的可行性，研究设计方案和思路。3月22日-4月11日：确定设计方案和技术指标，拟定采取的解决措施，撰写毕业设计开题报告，查找并进行外文资料翻译工作。4月12日-4月30日：指导教师审核开题报告，提出修改意见，整改并完成毕业设计开题报告，修改完善外文翻译，同时开始设计系统组成原理框图，进行控制电路原理设计，计算机绘制电路原理图，完善电路设计。5月1日-5月31日：进行电路元器件选择、参数计算和数据测试。6月1日-6月25日：整理资料，撰写毕业设计论文或说明书，细化毕业设开题报告一计内容，指导教师审阅毕业论文，修改后准备毕业答辩，提交毕业设计（论文）成果。六、参考资料1sa

14、njayamaniktala著王志强等译开关电源设计与优化北京电子工业出版社20062AbrahamI.Pressman著王志强等译开关电源设计北京电子工业出版社20053张占松蔡宣三编著开关电源的原理与设计北京电子工业出版社19994华成英童诗白编著模拟电子技术基础北京高等教育出版社20085王增福主编.软开关电源原理与应用.北京电子工业出版社，2007年1月.6江超，王又青.小功率气体激光器软开关电源的研究.电工技术,2006(6):77-80.7张恩利，侯振义，余侃民.一种零电压零电流开关PWM全桥变换器的设计电源世界，2004(8):4,27-31.8姜桂宾，裴云庆.12V/5000A大功率软开关电源的设计.电工电能新技术，