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基于数字化控制开关电源的设计

作　者: 史凤光
导　师: 崔玉龙
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 开关电源数字化 MOSFET驱动保护二级滤波
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 444次
引　用: 3次
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内容摘要

本文从实际需求出发,根据实验室科研电源的要求,通过对目前市场上的电源性能进行比较分析,找出现有电源不足,进而引出课题研究电源数字化的意义。本文对主功率变换电路的拓扑结构进行研究,分析BUCK电路的具体工作原理。针对课题的设计需求,介绍目前主流多路输出的电路拓扑结构,并选择课题所采用的主电路拓扑。对于主功率变换管的选择及其驱动和保护技术,本文进行重点的研究,给出驱动电路的设计依据,并对功率MOSFET的保护原理进行详细的分析,讨论主流的保护方法,并给出RCD保护电路参数选择的两种方法,最后进行具体的实验验证,实验效果表明该方法切实可行。精密输出是课题设计的重点,本文介绍几种常用低纹波输出的方案,并进行理论分析对比,分析二级滤波电路在小信号模式下对输出纹波的影响,最终选择BUCK电路二级滤波的方式来降低输出纹波电压的峰峰值。课题进行大量的实验,并给出实验波形,实验表明该方案能够满足课题的设计需求。电源的数字化是课题研究的重要组成部分。传统的模拟控制方法不能很好的满足现代电源设计理念的需求,其体积大、运用器件多的弊端与节约能源的要求也相背离。本课题采用TI公司TMS320F2812DSP为核心,构成整个电源的控制系统。整机的调试和测试表明课题设计的电源系统能够很好地满足实验室电源的需求。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-22
  1.1 电力电子技术的发展概述  14-15
  1.2 线性稳压电源和开关稳压电源概述  15-16
  1.3 开关电源的数字化控制技术  16-19
  1.4 课题的设计要求及研究的主要内容  19-22
第二章电源主电路拓扑及控制方式选择  22-34
  2.1 开关电源的主功率拓扑结构  22-27
  2.2 多路输出开关电源的拓扑结构  27-29
  2.3 开关电源的控制方式  29-31
    2.3.1 脉宽调制技术  29
    2.3.2 谐振变换技术  29-30
    2.3.3 软开关技术  30-31
  2.4 直流稳压电源的性能指标  31-34
第三章功率MOSFET驱动及保护电路的设计实现  34-52
  3.1 功率MOSFET特点及驱动电路研究  34-37
    3.1.1 功率MOSFET的特点  34-35
    3.1.2 驱动电路的要求  35-36
    3.1.3 功率MOSFET驱动电路的特点  36-37
  3.2 驱动电路种类  37-40
    3.2.1 负偏压驱动电路  38-39
    3.2.2 隔离正激式驱动电路  39-40
    3.2.3 集成电路UC3724和UC3725构成的驱动电  40
  3.3. 驱动电路设计  40-44
    3.3.1 栅极有效电容的计算  41
    3.3.2 脉冲变压器计算分析  41-43
    3.3.3 驱动电路设计  43-44
  3.4 功率MOSFET缓冲保护电路的设计及实验分析  44-52
    3.4.1 功率MOSFET的保护理论  44-46
    3.4.2 功率MOSFET的保护电路及实验分析  46-52
第四章精密输出电路研究及设计实现  52-66
  4.1 电源输出不稳定原因分析  52-54
  4.2. 开关电源纹波的产生机理及抑制措施  54-56
    4.2.1 开关电源纹波的种类及其产生机理  54-55
    4.2.2 抑制五种纹波的措施  55-56
  4.3 常用降低纹波的方案和措施  56-58
    4.3.1 两级联动的调节方案  56-57
    4.3.2 两个模块Interleave并联方案  57-58
  4.4 两级滤波BUCK电路  58-66
    4.4.1 两级输出滤波器对输出纹波的影响分析  58-61
    4.4.2 两级输出滤波器的设计  61-66
第五章控制电路实现方案  66-76
  5.1 数字信号处理器芯片TMS320F2812介绍  66-67
    5.1.1 TMS320F2812控制芯片的特点  66-67
  5.2 基于DSP数字控制系统的软件设计  67-71
    5.2.1 主程序设计  67-68
    5.2.2 中断服务子程序设计  68-69
    5.2.3 控制算法PI调节程序设计  69-71
  5.3 控制系统及系统保护电路硬件设计  71-76
    5.3.1 输出电压电流采样  71-72
    5.3.2 按键电路设计  72
    5.3.3 浪涌设计  72-73
    5.3.4 开关电源的三防设计  73-76
第六章电源测试分析  76-82
  6.1 测试设备及脱机测试  76-77
    6.1.1 测试设备  76
    6.1.2 脱机测试  76-77
  6.2 整机测试  77-82
    6.2.1 输出电压波形及纹波测试  77-80
    6.2.2 负载测试  80-82
第七章结论与展望  82-84
  7.1 结论  82-83
  7.2 展望  83-84
参考文献  84-88
附录  88-92
致谢  92-94
发表的学术论文  94-96
作者及导师简介  96-98
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  98-99

基于数字化控制开关电源的设计

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