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低电压、大电流直流开关电源的研究与设计

作　者: 伦学敏
导　师: 韦力
学　校: 西安科技大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 直流开关电源全桥变换器 MOSFET反向恢复电压毛刺无源吸收电路
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

直流开关电源是各种电源中应用范围和市场最大的一种,包括从交流输入变为直流输出的“开关整流器”和从直流输入变为直流输出的“直流变换器”。直流开关电源经过几十年的发展,集中了许多高新技术、智能化技术、表面安装技术,已经形成高工作频率、高效率、高功率密度、高可靠性等为特征的现代直流开关电源。本文根据直流开关电源工程样机设计要求,采用全桥变换器拓扑,并分析了其工作原理、电路特性。将MOSFET体二极管用作反向续流,针对其反向恢复问题,分析了二极管的反响恢复产生的原因,通过改变外部工作条件软化其反向恢复过程;对高频变压器副边的毛刺电压现象进行了分析,并提出了一种新型的吸收电路。根据设计的要求,采用AP法计算变换器电路所使用的输出滤波电感和高频变压器的参数;并对输入、输出滤波电容以及主要功率器件进行了选型。给出了控制、保护等电路的设计电路图以及工作过程的分析。运用PSPICE对所提出的理论进行了仿真分析;研制了40V/100A直流开关电源工程样机,对理论分析结果进行了实验验证;仿真和实验结果论证了理论分析的正确性和提出方案的可行性。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
1 绪论  8-16
  1.1 开关变换器和开关电源  8
  1.2 开关电源技术发展的历程  8
  1.3 推动开关电源发展的主要技术  8-11
    1.3.1 功率半导体器件  8-9
    1.3.2 软开关技术  9
    1.3.3 控制技术  9-10
    1.3.4 有源功率因数校正技术  10
    1.3.5 高频磁元件  10-11
    1.3.6 饱和电感的作用  11
    1.3.7 分布电源  11
    1.3.8 电源智能化技术  11
    1.3.9 开关电源的EMI与EMC  11
  1.4 开关电源技术发展方向  11-15
    1.4.1 高性能碳化硅功率半导体器件  12
    1.4.2 高频磁技术  12
    1.4.3 新型电容器  12
    1.4.4 功率因数校正AC-DC开关变换技术  12-13
    1.4.5 高频开关电源的电磁兼容研究  13
    1.4.6 开关电源的设计、测试技术  13
    1.4.7 低电压、大电流的开关电源技术  13-14
    1.4.8 低电压、大电流DC-DC变换器模块  14-15
  1.5 大电容技术  15
  1.6 本文主要内容  15-16
2 直流开关电源变换器方案选择  16-25
  2.1 直流开关电源的设计要求  16-17
  2.2 常用变换器工作原理  17-22
    2.2.1 反激电路  17-18
    2.2.2 正激电路  18
    2.2.3 半桥电路  18-19
    2.2.4 全桥电路  19-20
    2.2.5 推挽电路  20-22
  2.3 全桥DC-DC变换器的工作原理  22-24
  2.4 本章小结  24-25
3 磁性元件和容性元件的分析与设计  25-35
  3.1 磁性元件概述  25
  3.2 磁性元件的设计  25-33
    3.2.1 主变压器的设计  26-30
    3.2.2 输出滤波电感的设计  30-33
  3.3 容性元件的分析与设计  33-34
    3.3.1 输出滤波电容的选择  33-34
    3.3.2 输入滤波电容的选择  34
  3.4 本章小结  34-35
4 主变换器中晶体管的分析  35-43
  4.1 开关元件的选择  35
  4.2 MOSFET体二极管的恢复问题及解决方案  35-39
    4.2.1 饱和电感的作用  36-38
    4.2.2 无源吸收电路的作用  38-39
  4.3 整流二极管的选择  39-42
    4.3.1 变压器副边绕组毛刺电压现象  39-40
    4.3.2 一种新型无源吸收网络  40-42
  4.4 本章小结  42-43
5 直流开关电源硬件电路的设计与实现  43-53
  5.1 控制电路的设计  43-46
    5.1.1 控制芯片的选择  43-45
    5.1.2 SG3525A的外围电路  45-46
  5.2 电压、电流反馈回路的设计  46-47
    5.2.1 电压反馈回路  46
    5.2.2 电流反馈回路  46-47
  5.3 保护电路的设计  47-49
    5.3.1 过流保护电路  47
    5.3.2 过压保护电路  47-48
    5.3.3 输入级缓冲电路  48
    5.3.4 输出反接保护  48-49
    5.3.5 过温保护电路  49
  5.4 辅助电源与风扇调速电路的设计  49-50
    5.4.1 辅助电源电路  49-50
    5.4.2 风扇调速电路  50
  5.5 驱动电路的设计  50-52
    5.5.1 驱动脉冲功率放大芯片的选择  50-51
    5.5.2 驱动电路  51-52
  5.6 假负载电路  52
  5.7 本章小结  52-53
6 直流开关电源仿真与实验结果  53-60
  6.1 主变换器电路及其它硬件电路仿真  53-56
    6.1.1 主变换器电路仿真波形  53-55
    6.1.2 硬件电路仿真  55-56
  6.2 工程样机实测  56-59
  6.3 工程样机外观  59
  6.4 本章小结  59-60
7 结论  60-62
  7.1 总结  60
  7.2 下一步需做工作  60-62
致谢  62-63
参考文献  63-66
附录  66-68
攻读学位期间撰写的学术论文  68

低电压、大电流直流开关电源的研究与设计

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