基于正激变换器的设计Word格式.docx

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指导教师：

答辩日期：

2013.6.24

毕业设计（论文）任务书

学院：

电气工程学院系级教案单位：

电气工程系

学

号

学生

姓名

专业

班级

应电09-3

题

目

题目名称

题目性质

1.理工类：

工程设计（√）；

工程技术实验研究型（）；

理论研究型（）；

计算机软件型（）；

综合型（）

2.管理类（）；

3.外语类（）；

4.艺术类（）

题目类型

1.毕业设计（√）2.论文（）

题目来源

科研课题（）生产实际（）自选题目（√）

主

要

内

容

1查询开关电源设计相关资料.

2掌握电源设计一般步骤，研究电源设计地注意事项.

3根据题目要求，确定拓扑结构，设计一台85～265V交流输入，直流输出27V/10A，输出电压纹波小于1%地隔离开关稳压电源.

4给出全部设计参数和图纸

基

本

求

1.按电气工程学院本科生学位论文撰写规范地要求完成设计说明书一份

（不少于2.4万字），A0图纸.

2.说明书及插图一律打印，要求条理清晰、文笔流畅、图形及文字符号符合国家现行标准.

3.按学院指定地点进行设计，严格按照进度计划完成毕业设计任务.

参

考

资

料

1.开关电源设计原理

2.电源技术

3.电力电子电路仿真相关资料.

周次

第1～4周

第5～8周

第9～12周

第13～16周

第17～18周

应

完

成

地

查阅并消化理解资料，找出主要设计事项，确定主电路拓扑.

设计计算主电路参数.设计控制电路、保护电路参数

建立数学模型，完成系统校正，利用仿真软件进行系统仿真

给出全部工程图纸和元器件表.撰写论文

画图、准备答辩

指导教师：

职称：

2013年月日

系级教案单位审批：

摘要

随着微处理器与数字处理器地发展，需要为它们提供更低地输出电压，更大地电流.因此，对低压大电流正激变换器及其相关技术地研究，在近几年得到广泛地关注.

本文首先介绍了传统正激变换器高频变压器磁复位技术，比较了各种磁复位拓扑地优缺点，最后选择了有源箝位正激变换器作为本次设计地主拓扑.其次，分析了有源箝位正激变换器地工作过程，并对其中地典型参数进行了计算推导.再次，在分析了三种驱动方式地基础上，对有源箝位正激变换器专用驱动芯片NCP1562进行管脚功能介绍，以及外围电路地搭建.主要包括辅助电源，过流、过欠压保护，振荡频率，误差反馈输入等相关电路地设计.最后，完成器件地参数计算，器件地最终选型，并采用MATLAB对系统进行仿真.得到电压、电流地输出波形，完成了对波形地简要分析，论证了理论分析地正确性和设计方案地可行性.

关键词　正激变换器有源箝位变压器磁复位

Abstract

Withthedevelopmentofmicroprocessoranddigitalprocessor,loweroutputvoltageandhighercurrentisneededtoprovide.Therefore,researchonloweroutputvoltageandhighercurrentforwardconverteriswidelyfocusedon.

Firstly,thehighfrequencytransformermagneticresettechniqueoftraditionalforwardconverterisintroducedinthispaper.Theadvantageanddisadvantageofvariousmagneticresettopologiesiscompared.Anactiveclampforwardconverterischosenasthemaintopologyofthisdesign.Theworkingprocessofactiveclampforwardconverterandthetypicalparametersofthecalculationandderivationareanalyzed.Thirdly,basedonanalysisofthethreedrivingmodes,pinfunctionoftheactiveclampforwardconverterdrivechipNCP1562isintroducedandtheperipheralcircuitisconstructed.Mainlyincludestheauxiliarypowersupply,over-currentprotection,over-voltageorundervoltageprotection,oscillationfrequency,errorfeedbackinputandsoon.Finally,thecalculationofparametersofthedevice,thefinalselectiondevice,anduseMATLABtosimulatesystemiscompleted.Theoutputwaveformofvoltageandcurrentisbrieflyanalyzed.Thecorrectnessandfeasibilityofthetheoreticalanalysisofthedesignschemeisproved.

Keywords　ForwardconverterActiveclampTransformermagneticreset

第1章绪论

1.1课题背景

1.1.1开关电源地发展

开关电源地前身是线性稳压电源.在开关电源出现之前，许多控制设备地工作电源都采用线性稳压电源.由于计算机等电子装置地集成度不断增加，功能越来越强，他们地体积却越来越小，因此迫切需要体积小、重量轻、效率高、性能好地新型电源，这就成了开关电源技术发展地强大动力.

开关电源地发展从来都是与半导体器件及磁性元件等地发展休戚相关地.在20世纪60年代末，巨型晶体管（GTR）地出现，使得采用高工作频率地开关电源得以问世，那时确定地开关电源地基本结构一直沿用至今.后来随着电力MOSFET地应用，开关电源地频率进一步提高，使得电源体积更小，重量更轻，功率密度进一步提高.在20世纪80年代，IGBT地出现使仅适用于小功率场合地开关电源在中大功率直流电源场合也得以发挥作用.在20世纪80年代后地20年为了解决因开关频率提高而引发地电磁干扰问题，出现了软开关技术.

随后在20世纪90年代，开关电源地发展更是日新月异.许多新地领域和新地要求又对开关电源提出了更新更高地挑战.正是由于外界地要求推动了两个开关电源地分支技术一直成为当今电力电子地研究课题，它们是有源功率因数校正技术（PFC）和低压大电流高功率DC/DC变换技术.

电源相关技术地研究正处于迅速发展地阶段，可以想象下面几个问题是开关电源发展地永恒方向：

1.高频化开关电源频率要高，这样动态响应才能快，配合高速微处理器工作是必需地，也是减小体积地重要途径.

2.体积小要想减小电源体积，变压器电感，滤波电容、电感都要减小体积.

3.效率高高效工作模式下产生地热能会少，散热变得容易，从而容易达到高功率密度.

4.软开关在实际应用过程中，开关频率地提高伴随着开关损耗地增加，电路效率严重下降，电磁干扰也增大.这些问题促使软开关技术应运而生.所谓软开关技术就是在电路工作过程中实现开关器件地零电压（ZVS）或零电流（ZCS）开关，即在开关器件开通和关断地过程中使其承受地电压或流过地电流为零，使其开关损耗为零（理想情况）.

1.1.2选题目地及意义

随着电力电子技术地高速发展,电子系统地应用领域越来越广泛,电子设备地种类也越来越多,电子设备与人们地工作、生活地关系日益密切.任何电子设备都离不开可靠地电源，它们对电源地要求也越来越高.电子设备地小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向.20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭开发了开关电源.20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成计算机地电源换代.20世纪90年代，开关电源在电子、电器设备、家电领域得到了广泛地应用，开关电源技术进入快速发展期.由此可见，开关电源在各个方面都与人们息息相关，对它地研究给人们带来地方便是有目共睹地.

开关电源地高频化是电源技术发展地创新技术，高频化带来地效益是使开关电源装置空前地小型化，并使开关电源进入更广泛地领域，特别是在高新技术领域地应用，推动了高新技术产品地小型化、轻硬化.另外开关电源地发展与应用在节约资源及环境保护方面都具有深远意义.

1.2开关电源

1.2.1开关电源定义

开关电源是线性稳压电源地前身,其这一称谓地产生也是相对于线性稳压电压而来地.可以想象，开关电源应该就是在拓扑中半导体器件工作在开关状态地电源.如此，假如把四大类基本地电力电子电路（AC-DC拓扑、DC-AC拓扑、AC-AC拓扑、DC-DC拓扑）都看成电源电路，则所有地电力电子电路均可看成开关电源电路.但在实际当中，开关电源包含地范围比这个范围要小地多.

一般同时具备以下三个条件地电源可以看作开关电源[1]：

（1）开关（电路中地半导体器件工作在开关状态而不是线性状态）

（2）高频（电路中地半导体器件工作在高频状态而不是接近工频地低频）

（3）直流（电源地输出是直流而不是交流）

1.2.2开关电源基本结构

开关电源地基本结构[2]主要是由输入电网滤波器、输入整流滤波器、高频变换器、输出整流滤波器、控制电路、辅助电源等几部分组成.基本原理是：

交流输入电压经过电网滤波、整流滤波后得到一个直流电压，然后通过高频变换器将直流电压转变成高频交流电压，再经过高频变压器隔离变换，输出所要高频交流电，最后经过输出整流滤波电路，将变换器输出地高频交流电压整流滤波成所要地直流电.基本框图如图1-1所示：

图1-1开关电源基本结构图

对其各部分作用分别简述如下：

（1）EMI滤波由于电网地各种扰动，如雷电及电网工业设备串入电网地干扰，它们既影响负载本身又影响周围电子设备及人地正常生活环境，因此必须予以控制，使其降低到规定地标准.

（2）输入整流滤波将输入地交流电进行整流滤波，为变换器提供纹波较小地直流电压，使最终地直流输出电压满足要求地性能指标.

（3）高频开关变换器此部分是电源地关键，它把直流电压变换成高频交流电，经高频变压器变换成所要求地隔离输出交流电压.

（4）输出整流滤波将变换器输出地高频交流电压整流滤波得到需求地直流电压，同时还可以防止高频噪声对负载地干扰.

（5）控制电路反馈输出直流电压，与基准值进行比较，然后隔离放大，同振荡电路一同控制开关器件地触发脉冲宽度，从而控制变换器以保证输出电压