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基于PWM技术的低压大电流的开关电源设计

作　者: 李兵
导　师: 石广源
学　校: 辽宁大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 高频开关电源变换器脉宽调制 IGBT
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在信息时代日新月异的发展进程中,电子技术飞速进步,落后的工业设备推陈出新以及绿色能源环保的发展趋势所致,开关电源产业的发展势在必行。本设计调研了电力系统中对高频开关电源的开发利用,设计了这款电力系统中可以实际应用的高频开关电源,采用技术成熟的脉宽调制技术,PWM控制信号由集成芯片产生,从电源系统的输出端进行实时采样,作为电压反馈信号,控制电路和主电路之间通过变压器或光电耦合器进行隔离,通过实验结果证明,该系统节能高效,能得到稳定的电流电压输出,达到了设计要求。本课题主要的特色有四个方面:第一,应用阻断相电流填补整流BPCP技术,在常规整流电路的基础上,辅以支路整流电路,主辅电路共同作用,对电网谐波问题进行了有效解决,使得该设计更加高效节能,绿色环保。第二,采用电流型脉宽调制。通过内部电流环的反馈,可以提高系统的响应速度,使开关管的信号能够跟随输出信号快速的变化,弥补了单一的电压型PWM控制模式的缺点。第三,采用斜坡补偿技术。采样电流与补偿电流在叠加前电流斜率之比大概在2/1左右,在占空比大于0.5且连续模式下能抑制系统的不稳定特性。第四,采用了纳米超微晶铁芯壳式绕组隔离变压器,漏感小,铁芯损耗低,而且具备体积小重量轻的优点,降低了整机的体积和重量。最后对系统整机进行调试,实现带负载运行,效率在90%以上,能够得到15V/1200A的稳定输出,性能满足设计要求。该设计具有低压大电流、高效节能低功耗、外围应用电路简单的特点,可以应用于电镀,交通,发电等领域。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-12
  1.1 高频开关电源概述  9-11
    1.1.1 开关电源的发展  9-10
    1.1.2 开关电源的发展趋势  10-11
  1.2 主要工作和论文体系结构  11-12
第2章开关电源的原理和分析  12-20
  2.1 开关电源的原理和分类  12-13
    2.1.1 开关电源的电路结构  12-13
    2.1.2 隔离式开关电源的分类  13
  2.2 基本拓扑结构  13-17
    2.2.1 降压型（buck）拓扑结构  13-15
    2.2.2 升压型（boost）拓扑结构  15-16
    2.2.3 升降压型（buck-boost）拓扑结构  16-17
  2.3 开关电源调制模式  17-20
    2.3.1 PWM 脉冲宽度调制  17-19
    2.3.2 PFM 脉冲频率调制  19
    2.3.3 PSM 脉冲跨周期调制  19-20
第3章开关电源的主电路设计与分析  20-37
  3.1 开关电源的主电路整体结构概述  20-21
  3.2 输入级电路  21-30
    3.2.1 输入整流电路  21-25
    3.2.2 BPCP 工作原理  25-27
    3.2.3 整流电路的信号控制  27-30
  3.3 功率开关管和驱动  30-32
  3.4 超微晶高频变压器的设计  32-35
    3.4.1 变压器材料的选择  33-34
    3.4.2 变压器的主要参数设计  34-35
  3.5 蒸发冷却技术  35-37
第4章变换器的控制电路  37-58
  4.1 高频脉宽调制器  37-39
  4.2 基准电压电路  39-43
  4.3 误差放大器电路设计  43-44
  4.4 比较器电路的设计  44-50
    4.4.1 普通比较器  45
    4.4.2 迟滞比较器  45-47
    4.4.3 PWM 比较器  47-50
  4.5 时钟产生电路与斜坡信号电路  50-54
    4.5.1 时钟信号产生电路  50-52
    4.5.2 斜坡电压转换电流电路  52-54
  4.6 电流采样电路及保护电路设计  54-58
第5章整机电路的性能调试  58-62
  5.1 实验波形及分析  58-61
  5.2 电路整机调试及老化  61-62
总结  62-63
参考文献  63-66
致谢  66-67

基于PWM技术的低压大电流的开关电源设计

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