大功率開關(guān)電源的設(shè)計【開題報告】

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1、畢業(yè)論文開題報告電氣工程及自動化大功率開關(guān)電源的設(shè)計一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義開關(guān)電源的前身是線性穩(wěn)壓電源。在開關(guān)電源出現(xiàn)之前，各種電子裝置、電氣控制設(shè)備的工作電源都采用線性穩(wěn)壓電源。隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，集成度的不斷增加，計算機等各種電子設(shè)備體積越來越小而功能卻越來越強大，因此，迫切需要重量輕、體積小、效率高的新型電源，這就為開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展提供了強大的動力?？梢哉f，開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展是隨著電力電子器件的發(fā)展而發(fā)展的。新型電力電子器件的發(fā)展為開關(guān)電源的發(fā)展提供了物質(zhì)條件。20世紀60年代末，耐高壓、大電流的雙極型電力晶體管（亦稱巨型晶體管，B

2、JT、GTR）的問世使得采用高工作頻率的開關(guān)電源的出現(xiàn)稱為可能。早期的開關(guān)電源開關(guān)頻率僅為幾千赫茲，隨著磁性材料及大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復(fù)時間的縮短，開關(guān)電源工作頻率逐步提高。到了1969年，終于做成了25千赫茲的開關(guān)電源。由于它突破了人耳聽覺極限的20千赫茲，這一變化甚至被稱為“20千赫茲革命”。在20世紀80年代以前，開關(guān)電源作為線性穩(wěn)壓電源的更新?lián)Q代產(chǎn)品，主要應(yīng)用于小功率場合。而中大功率直流電源則以晶閘管相控整流電源為主。但是，這一格局從20世紀80年代起，由于絕緣柵極雙極型晶體管（簡稱IGBT）的出現(xiàn)而被打破。IGBT屬于電壓驅(qū)動型器件，與GTR相

3、比前者易于驅(qū)動，工作頻率更高，有突出的優(yōu)點而沒有明顯的缺點。因而，IGBT迅速取代了GTR，成為中等功率范圍的主流器件，并且不斷向大功率方向拓展。開關(guān)電源開關(guān)頻率的提高可以使電源重量減輕、體積減小，但使開關(guān)損耗增大，電源效率降低，電磁干擾問題變得突出起來。為了解決因提高開關(guān)電源工作頻率而帶來的負面影響，同樣在20世紀80年代，出現(xiàn)了軟開關(guān)技術(shù)。軟開關(guān)技術(shù)采用準諧振技術(shù)的零電壓開關(guān)（ZVS）電路和零電流開關(guān)(ZCS)電路。在理想情況下，采用軟開關(guān)技術(shù)，可使開關(guān)損耗降為零。正是軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，使開關(guān)電源進一步向效率高、重量輕、體積小、功率密度大的方向發(fā)展。經(jīng)過近30年的發(fā)展

4、，對軟開關(guān)技術(shù)的研究可謂方興未艾，它已成為各種電力電子電路的一項基礎(chǔ)性技術(shù)。迄今為止，軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用最為成功的領(lǐng)域非開關(guān)電源莫屬。最近幾年，“綠色電源”這一名詞開始進入人們的視野。所謂“綠色”是指，對環(huán)境不產(chǎn)生噪聲、不產(chǎn)生電磁干擾，對電網(wǎng)不產(chǎn)生諧波污染。為了提高開關(guān)電源的功率因數(shù)，降低開關(guān)電源對電網(wǎng)的諧波污染，在20世紀90年代，出現(xiàn)了功率因數(shù)校正（PowerFactorCorrection——PFC）技術(shù)。目前，單相PFC技術(shù)已比較成熟，相關(guān)的控制芯片已在各種開關(guān)電源中廣泛應(yīng)用，相比之下三相PFC技術(shù)則還處在起步階段。高頻化是開關(guān)電源輕、薄、小的關(guān)鍵技術(shù)，國外各大開關(guān)電

5、源制造商都在功率鐵氧體材料上加大科技創(chuàng)新，并致力于開發(fā)新型高智能化的元器件，尤其是改善整流器件的損耗，以提高在高頻率和較大磁通密度下獲得高的磁性能。另外，電容器的小型化和表面粘著（SMT）技術(shù)的應(yīng)用為開關(guān)電源向輕、薄、小型化發(fā)展奠定了良好的技術(shù)支持。目前市場上出售的采用雙極性晶體管制成的100千赫茲開關(guān)電源和用場效應(yīng)管制成的500千赫茲開關(guān)電源雖已使用化，但其工作頻率還有待進一步的提高。模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，實現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴展。選擇本課題可以使我掌握開關(guān)電源的工作原理，進一步加深對開關(guān)電源的理解。并把所學的專業(yè)知識（包括

6、單片機原理與應(yīng)用技術(shù)、電力電子技術(shù)、大學物理、計算機輔助設(shè)計等）應(yīng)用到具體實例中，有效地鞏固所學的基礎(chǔ)理論知識，真正做到學有所用。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：1、研究的基本內(nèi)容包括：開關(guān)電源的工作原理，大功率開關(guān)電源中普遍采用的全橋型電路及其驅(qū)動電路以及高頻變壓器的設(shè)計與制作等。2、計劃將此系統(tǒng)分成四部分——功率因數(shù)校正（PFC）電路、輔助電源模塊、主電路以及控制電路。3、功率因數(shù)校正電路用來提高整流電路的功率因數(shù)，防止大量的諧波分量涌入電網(wǎng)，造成對電網(wǎng)的諧波污染，干擾其它用電設(shè)備的正常運行。4、輔助電源模塊用來為控制電路提供電能。擬用單片集成開關(guān)電源芯片（TO

7、P204）來實現(xiàn)。5、控制電路用場效應(yīng)管集成驅(qū)動芯片IR2155,驅(qū)動全橋電路。6、主電路的設(shè)計主要包括高頻變壓器的設(shè)計和全橋型電路中功率管的選型。三、研究步驟、方法及措施：步驟：（1）查閱相關(guān)的技術(shù)資料，制定初步的方案；（2）利用適當?shù)挠嬎銠C輔助設(shè)計軟件（如Proteus、PIExpert6.5、Multism等）對設(shè)計方案進行模擬仿真；（3）四個模塊設(shè)計的先后順序為功率因數(shù)校正電路、輔助電源模塊、控制電路和主電路。方法：化繁為簡，將整個系統(tǒng)分解成四個部分，方便設(shè)計、調(diào)試。對局部電路預(yù)先進行仿真，對結(jié)果有所預(yù)期。措施：查閱于