(完整版)準諧振開關(guān)電源的設(shè)計開題報告

1、CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY開題報告設(shè)計題目：準諧振式開關(guān)電源的設(shè)計學生姓名：耿銀學院名稱：電氣與信息工程學院專業(yè)名稱：電子信息工程班級名稱： 電子0641學 號：0604451113指導教師：周文良教師職稱：教授學 歷:本 科2010 年4月20日開題報告一、選題依據(jù)1 .設(shè)計目的及意義(1)設(shè)計目的準諧振開關(guān)電源廣泛應用于電子、IT等產(chǎn)業(yè)。尤其隨著電力電子器件和相 關(guān)應用技術(shù)的發(fā)展，作為用點設(shè)備心臟的電源系統(tǒng)發(fā)生了很大的變化。以開關(guān)方式工作的直流穩(wěn)壓電源以其體積小、重量輕、效率高、穩(wěn)壓效果好等特點，正逐 步取代傳統(tǒng)電源的位置，成為了電源行業(yè)的主流形式。

2、通常，把開關(guān)元件上的電壓波形為正弦波狀的變換器稱為電壓諧振變換器， 其以零電壓開關(guān) ZVS (Zero Voltage Switching )方式工作，把流過開關(guān)的電 流波形為正弦波狀的稱為電流諧振變換器，其以零電流開關(guān)ZCS (Zero CurrentSwitching )方式工作。以上兩種變換器均稱為準諧振變換器，譜振電路僅在開 關(guān)管導通或截止時工作，從而降低開關(guān)損耗的方式稱為部分諧振變換器。這都是 軟開關(guān)電源，控制開關(guān)管的導通時間從而使直流輸出電壓穩(wěn)定的電源系統(tǒng)。所謂軟開關(guān)技術(shù)是半導體開關(guān)在開通時或斷開時，在其非常短時間內(nèi)，使流過開關(guān)的電流或施加在開關(guān)上的電壓減小，從而降低開關(guān)損耗。這種

3、技術(shù)最初用于諧振變換器的是1970年F. C, Schwarz采用的LC串聯(lián)諧振電流諧振電路， 之后，根據(jù)同樣原理，其提出在開關(guān)上施加的電壓為正弦波的電壓諧振電路的方 案。目前，我們通過僅在開關(guān)導通及截止期間改變電壓或電流的部分諧振，大大降低開關(guān)損耗，并達到實用化，完成本項設(shè)計。(2)設(shè)計意義隨著電力電子應用技術(shù)的迅速發(fā)展，要求電子儀器和設(shè)備的可靠性不斷提高、功能不斷增加、使用趨向自動化及智能化、體積小型化。開關(guān)電源的優(yōu)勢便 顯示出來，它已經(jīng)廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備中， 是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的支撐。另一方面，由于集成電路技術(shù)的普及及應用，也促進了電子設(shè)

4、備的小型化和多功能化， 使電子儀器和設(shè)備的成本 不斷降低。但限制開關(guān)電源體積減小和重量減輕， 主要是開關(guān)電源的變壓器、電 抗器等磁性元件和平滑波形的電容器共同作用。雖說可通過提高開關(guān)頻率、減小磁性元件和平滑電容器的尺寸，卻帶來元器件損耗增大、溫升增高。同時經(jīng)開關(guān)開題報告頻率提高后，受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣不僅會影響周圍電子設(shè)備，而且還會大大降低電源裝置本身的可 靠性。目前，提高開關(guān)電源工作頻率的最有效的方法，是采用軟開關(guān)技術(shù)，即在 開關(guān)管導通時加在開關(guān)兩端的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可以減少開關(guān)損耗，又可以控制浪涌的發(fā)生，使得噪聲很小?；?/p>

5、以上考慮，針對于準諧振式開關(guān)電源的設(shè)計，既可以采用零電壓準諧振 式開關(guān)變換器，也可以采用零電流準諧振式開關(guān)變換器，使整個電源達到體積小、 重量輕、電磁兼容性好、成本低、可靠性高等特點。2 .設(shè)計擬解決的工程實際問題(1)準諧振變換器電路在設(shè)計時，不但要考慮在輕負載下滿足諧振條件，又要 考慮到重負載時，開關(guān)管上所承受的電壓。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計，本電路輸出功率不小于 50W;輸出電壓13.8V,電流不小于4A的情況下，電源工作效率優(yōu)于 70%; 功率因數(shù)大于0.95 ;輸出紋波小于等于50毫伏。(2)由于準諧振電路采用的是脈頻調(diào)制方法，需根據(jù)頻率范圍來設(shè)計適當?shù)臑V波電路，以減小輸出電壓的紋波。3 .設(shè)計擬

6、應用的現(xiàn)場資料綜述準諧振開關(guān)電源是一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)，它包括主回路、控制回路和保護環(huán) 節(jié)等。準諧振開關(guān)電源的系統(tǒng)圖如圖1所示圖1準諧振開關(guān)電源的系統(tǒng)框圖開題報告由圖1可看出準諧振開關(guān)電源的組成與傳統(tǒng) PWM開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)類似，有所不同的是準諧振電源的功率環(huán)節(jié)是準諧振變換器， 控制電路采用頻率調(diào)制而不 是脈寬調(diào)制。另外，準諧振開關(guān)電源比 PWM開關(guān)電源多了一個零檢測環(huán)節(jié)，以 實現(xiàn)零電壓或零電流準諧振變換器。4 .設(shè)計擬應用的文獻綜述隨著電子設(shè)備的日益小型化和高頻化以及計算機、 通信業(yè)和航空航天業(yè)等的 發(fā)展，對電源的要求也日益提高，電源的小型化和高頻化成了電源的必然發(fā)展趨 勢。在開關(guān)電源小型化和高

7、頻化的進程中， 開關(guān)損耗是制約其發(fā)展的一個重要因 素。傳統(tǒng)脈寬調(diào)節(jié)開關(guān)電源在高頻工作時的開關(guān)損耗使其開關(guān)頻率不能進一步提高，從而體積也不能減小。近年來，減小高頻開關(guān)損耗的各種軟開關(guān)技術(shù)受到了 人們的青睞，軟開關(guān)技術(shù)使高頻開關(guān)管工作在零電流或零電壓開關(guān)狀態(tài)，從而大大減小了開關(guān)損耗，同時提高了開關(guān)變換器的效率。準諧振式開關(guān)電源技術(shù)結(jié)合 了諧振技術(shù)和PWM技術(shù)的優(yōu)點，代表了開關(guān)電源的一個發(fā)展方向，但在整機產(chǎn) 品的普及方面還需要一個較長的過程。5 .設(shè)計相關(guān)技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀1955年美國羅耶（GH.Roger）發(fā)明了自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端。1957年美國查賽

8、（Jen Sen）發(fā)明的自激式推挽雙變壓器。1 9 6 4年美國科學家們共同提出取消工頻 變壓器的串聯(lián)開關(guān)電源的設(shè)想，這對電源向體積和重量的減少獲得了一條 根本的途徑。到了 1 9 6 9年，由于大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復時間的縮短等元器件地改善，終于做成了2 5千赫的開關(guān)電源。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備中，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前，市場上出售的開關(guān)電源中采用了雙極性晶體管制成的1 0 0kHz、用MO S F E T制成的5 00 kHz電源，雖已實用化，但其頻

9、率有待進一步提高。提高開關(guān)頻率，要減少開關(guān)損耗，而要減少開關(guān)損耗，就需要有高速開關(guān)元器件。然而，開關(guān)速度提高后，受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生開題報告浪涌或噪聲。這樣不僅會影響周圍電子設(shè)備，還會大大降低電源本身的可靠性。其中，為了防止隨開關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用 R-C或L-C緩沖器，而對由二極管存儲電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成 的磁緩沖器。不過，這對 1MHz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開關(guān) 上的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波，這樣既減少了開關(guān)損耗，同時也可 控制浪涌的發(fā)生。這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān)。目前，對這種開關(guān)電源 的研究很活躍，因為采用這

10、種方式不需要大幅度提高開關(guān)速度就可以在理 論上把開關(guān)損耗降到零，同時噪聲也小，成為開關(guān)電源高頻化的一種主要 方式。當前，世界上許多國家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實用化研究。二、設(shè)計方案及技術(shù)路線1 .設(shè)計方案主要是在典型的200W 開關(guān)電源的基礎(chǔ)上，利用零電壓準諧振技術(shù)設(shè)計而 成的200W軟開關(guān)電源，實現(xiàn)的電路輸出功率不小于 50W ;輸出電壓13.8V, 電流不小于4A。實現(xiàn)開關(guān)電源功率提高 5%以上。開關(guān)器件選用高頻型 M0SFET管，DCDC變換電路采用半橋式，通過芯 片TL494來控制DC DC變換器中有源開關(guān)的導通與開關(guān)。 然后經(jīng)變壓器由電 路輸出部分輸出。2 .技術(shù)路線完成設(shè)計方

11、案的技術(shù)路線有以下三點主電路的設(shè)計與實現(xiàn)包括：功率器件的選擇和主電路的硬件設(shè)計。開關(guān)電源控制電路的硬件設(shè)計與實現(xiàn)包括：控制芯片的介紹與選擇，控 制電路和輸出電路。電路的總體實現(xiàn)方案包括：輔助電路和整體電路的調(diào)試及性能測試。三、可能存在的問題及解決措施1 .存在的問題諧振技術(shù)已應用于開關(guān)電源領(lǐng)域中，使開關(guān)電源由原來的硬開關(guān)變成局部的軟開關(guān)。在對諧振式開關(guān)電源深入研究的基礎(chǔ)上，提出本設(shè)計中幾個實際問題： 開題報告一器件工作時的應力，效率，輸出電壓的波紋，成本等，并加以討論分析，得 出結(jié)論：諧振技術(shù)的應用使開關(guān)電源的可靠性，紋波干擾等問題得到很大改善， 材料成本不增加而體積和重量卻可以大大減少， 但

12、總效率由于低壓整流較低而不 能得到明顯的改善。2 .解決措施從設(shè)計中可以看出在典型的PWM的DC DC變換器功率開關(guān)管兩端并聯(lián) 以諧振電容，便可以使原來的硬開關(guān)變成軟開關(guān)。又知電容兩端電壓不能躍變， 減少在開關(guān)管在突然間導通的時候引起的電壓浪涌，降低開關(guān)管的損耗。當開關(guān)管導通后，利用電容和變壓器漏電感形成準諧振， 當電容兩端電壓過零時，關(guān)斷 開關(guān)管，從而完成了零電壓關(guān)斷，使關(guān)斷損耗在理論上降為零，大大的提高了開 關(guān)管工作的效率。四、設(shè)計成果準諧振變換器的突出優(yōu)點在于，加在主開關(guān)器件兩端的電壓呈正弦波， 開關(guān) 時在零電壓處通斷。同時，開關(guān)中寄生電感與電容作為諧振元件的一部分， 可完 全控制開關(guān)導

13、通時電流浪涌與斷開時電壓浪涌的發(fā)生。采用這種方式不僅能把開關(guān)損耗減到很小，而且能降低噪聲。這種方式已成 為開關(guān)電源高頻化較好的方式之一。五、進度計劃3月3日-3月21日：結(jié)合校外或校內(nèi)生產(chǎn)實習，確定畢業(yè)設(shè)計題目，收 集畢業(yè)設(shè)計資料，論證畢業(yè)設(shè)計題目及內(nèi)容的可行性，研究設(shè)計方案和思路。3月22日-4月11日：確定設(shè)計方案和技術(shù)指標，擬定采取的解決措施，撰寫畢業(yè)設(shè)計開題報告，查找并進行外文資料翻譯工作。4月12日-4月30日：指導教師審核開題報告，提出修改意見，整改并完成畢業(yè)設(shè)計開題報告，修改完善外文翻譯，同時開始設(shè)計系統(tǒng)組成原理框圖，進行控制電路原理設(shè)計，計算機繪制電路原理圖，完善電路設(shè)計。5月

14、1日-5月31日：進行電路元器件選擇、參數(shù)計算和數(shù)據(jù)測試。6月1日-6月25日：整理資料，撰寫畢業(yè)設(shè)計論文或說明書，細化畢業(yè)設(shè)開題報告一計內(nèi)容，指導教師審閱畢業(yè)論文，修改后準備畢業(yè)答辯，提交畢業(yè)設(shè)計（論文）成果。六、參考資料1 sanjaya maniktala 著 王志強等譯 開關(guān)電源設(shè)計與優(yōu)化 北京 電子工業(yè) 出版社20062 Abraham I.Pressman著王志強等譯開關(guān)電源設(shè)計北京電子工業(yè)出版社 20053張占松 蔡宣三編著 開關(guān)電源的原理與設(shè)計 北京 電子工業(yè)出版社19994華成英 童詩白編著 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京 高等教育出版社20085王增福主編.軟開關(guān)電源原理與應用.北京 電子工業(yè)出版社，2007年1月.6江超，王又青.小功率氣體激光器軟開關(guān)電源的研究.電工技 術(shù),2006(6):77-80.7張恩利，侯振義，余侃民.一種零電壓零電流開關(guān) PWM 全橋變換器的設(shè) 計電源世界，2004(8):4 , 27-31.8姜桂賓，裴云慶.12V/5000A大功率軟開關(guān)電源的設(shè)計.電工電能新技術(shù)， 20