3kW通信开关电源设计及MATLAB仿真-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 3kW 通信开关电源设计及 MATLAB 仿真指 导 教 师 : 2013 年 3 月 6 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献综述的参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册） 。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献 ”的书写，应按照国标 GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如 0201140102） ，不能只写最后 2 位或 1 位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004 年 3 月15 日”或“2004-03-15” ；6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述一、电力电子技术的背景随着电力电子技术的快速发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切.而电子设备都离不开可靠的电源.进入 80 年代计算机电源全面实现了开关电源化,率先完成计算机的电像换代,进入 90 年代开关电源相继进人各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源,更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术.控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制 IC 和 MOSFET 构成。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长.但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源,这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源提供了广泛的发展空间。开关电源高频化是其发展的方向.高频化使开关电源小型化,并使开关电源进人更广泛的应用领域.特别是在高新技术领域的应用.推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有,要的意义 1。二，通信电源发展历程我国自 20 世纪 80 年代起，通信设备中 6kW 以下大功率 ACDC 脉宽调制(PWM)开关电源(AC 400V 或 230V 输入、DC 48V 输出)代替相控整流器，成为通信系统一次电源的主流产品，通信工程界习惯称为开关整流器(SMR)。配置二次电源(485，12V DCDC开关变换器模块)和铃流模块，可满足负载要求。开关整流器与相控整流器比较，在体积、重量和效率几方面更为优越随着 ULSI 尺寸不断减小，供电电源的尺寸与微处理器相比要大得多，人们在降低开关整流器的重量方面做了不少工作。发展小型化轻型电源，对便携式通信设备(如移动电话等)尤为重要为了实现高功率密度，必须提高 PWM开关电源工作频率。例如 1980 年前，功率变换器的开关频率为 2050kHz，从 20 世纪80 年代起，提高开关频率成为减少开关电源尺寸的最有效手段，同时，也改善了电源的动态性能 2。三，通信直流开关电源国内外发展现状及趋势 3自美国在 20 世纪 50 年代出现单端式和推挽式开关电源之后，在 60 年代就提出了要要逐步取消工频整流式电源的要求。80 年代，SG 公司首先制造出来了单片集成脉宽调制(PWM)控制芯片，使开关电源更加小型化，可靠性也得到进一步提高，具体表现在以下几个方面：(1)较大功率的场效应管(VMOSFET)模块、高速低压降第三代 IGBT 模块、智能型IGBT 功率模块、开关功率可达 150KHz 的高速 IGBT 的相继出现并得到推广应用，开关电源的容量也得到相应提高。比如，现在澳大利亚，加拿大、日本等国已经生产出200A 的 VMOSFET 通信用开关整流模块。(2)负载谐振、双零开关(ZVS，ZCS)、双零转换(ZVT，ZCT)等软开关技术的发展，使得它们可以取代硬开关 PWM 控制技术，从而设计出体积更小、功率密度更高的开关电源。比如，美国 F.C.Lee 博士领导的 virginia 电力电子研究中心已经实验出功率密度为 3W/cm3 的开关电源；加拿大北方电信公司已开发出了全桥软开关 PWM 通信用一次开关电源 4，输出为 54V，28A，PF=0.99，效率为 90，功率密度为 195W/in3，(3)采用电流模式控制技术，改善了系统的静态和动态电气性能指标，提高了可靠性 12。4)采用无源和高频有源功率因素校正(PFC)技术，提高了功率因数，减少了对电网的谐波污染 7。(5)采用并联均流技术实现多模块（N+1）并联运行，均分负载提高了通信基础电源系统的供电可靠性 8。(6)采用微机控制技术对通信基础电源系统和通信设备衽集中监控、无人值守，提高了智能化程度 9。同时，信息业的巨大发展，也给电源市场带来了巨大的机遇和挑战，同时对电源提出了一些新的需求。例如：多种物理设备放在一起，有电磁兼容的需求和机房面积和承重的要求；网络设备种类变多是电源的负载变大，负载种类，对电源效率和种类要求；机房和数目增多，对电源的可靠性和易维护性提出了新的要求等 5。四开关电源的工作原理开关电源就是电路中的电力电子器件工作在开关状态的电源，它必须同时具备这样三个条件：开关(电路中的电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态)、高频(电路中的电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频)和直流(电源输出是直流而不是交流) 10。开关电源的基本原理框图如图 41 所示 6： 图 41 开关电源的基本原理框图图中的整流电路是把交流电源直接经过二极管整流电路和电容 C1。滤波后得到直流电压 Ui，再由逆变器逆变成高频交流方波脉冲电压。由于人耳可听到的音频的范围大体上为 20Hz-20kHz，因此逆变器的开关频率大多选在 20kHz 以上，这样就避免了令人烦躁的噪声污染。逆变器输出经高频变压器 T 隔离并变换成适当的交流电压，再经过整流和滤波变成所需要的直流输出电压 Uo。参考文献：1 周志敏,开关电源的分类及应用.电源技术应用，2001，(3): 65662 蔡宣三,王志华， 电工技术杂志 ， 2001,（9）: 3153243刘贤兴，李众，李捷辉等。新型智能开关电源技术北京：机械工业出版社，20034蔡宣三电子电源的市场发展趋势中国电子报，1996125蔡宣三通信开关电源技术的进展J电信工程技术与标准化，2001，(06)：1-76杨旭，裴云庆，王兆安开关电源技术北京：机械工业出版社，20047 廖常初，可编程序控制器应用技术(第三版)重庆：重庆大学出版社19988 廖常初， 可编程序控制器的编程方法与工业应用.重庆：重庆大学出版社，20019蔡宣三，龚绍文高频功率电子学北京科学出版社，1993102001 台达电力电子新技术研讨会论文集上海：台达电力电子研发中心，2001.11Souvik C，Somshubhra DA digital current mode control technique for DC-DC converters Applied Power Electronics Conference and Expostion，2005，V01.2：88589112Tamots NinomiyaSoft Switchjng CovertersShindengenElMfgCoLtd，1999，Vol1213Donald T.StaffierePower in the Year 2000APEC95，Proceedings，611，199514IEEE Transon Power Electronics，Nov ， l997 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：(1)主电路形式选择。主电路形式主要依据输出功率大小、输出电压高低等进行选择。若输出功率较大时宜采用三相输入电源及桥式逆变电路；若输出功率较小但输出电压较高时宜采用反激变换器电路。采用单相输入电源时，对功率器件、输入滤波电容等的耐压要求较低，元器件成本相对也较低，因而输出功率较小时应优先选用单相输入电源。对大功率电源，为降低成本，提高电源系统的可靠性，可采用中、小功率模块并联供电的方式来实现。(2)开关工作频率。目前，对软开关电源，开关工作频率通常在数百千赫兹以上，对硬开关电源，开关工作频率通常在 20-100kHz 之阅。开关频率越高，所需要的滤波电感、电容越小，脉冲变压器体积也越小，然而相应的期间开关的损耗越大，对开关器件的开关速度要求也越高，干扰抑制等问题也更复杂。此外，不同类型的功率器件有不同的适宜开关频率，通常绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的适宜开关频率范围为 20-40kHz,小功率 MOSFET 的适宜开关频率在 50kHz 以上，但其功率的容量不大。因此，开关工作频率应根据输出功率要求与市场器件供应情况等多种因素综合选择确定。（3）功率器件的确定。根据输出功率要求与主电路开关工作频率，基本可选定功率器件类型。一旦选定器件类型，则可根据器件特点、主电路形式与输入/输出指标确定功率器件的额定参数。(4)控制电路设计。控制电路的核心是根据反馈控制原理，将期望输出电压信号与实际输出电压信号进行比较，利用两者的误差信号对功率开关器件的与判断时间的比例进行调节，从而实现实际输出电压维持在期望电压附近的目标。目前，能实现 PWM控制的集成电路芯片种类较多，设计控制电路时应根据需要选用。(5)保护电路设计。保护电路具备自身保护和负载保护两方面的功能，一旦出现故障，立即使开关电路停止工作，并以声或光的形式报警，以保证在任何情况下，自身不损坏，并且不损坏负载。自保护电路主要有：输入过电压、输入欠电压、系统过热、过电流等，负载保护电路有：输出过电压、输出欠电压等。 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见：指导教师： 年 月 日所在系审查意见：系主任： 年 月 日附件：参考文献格式学术期刊 作者论文题目期刊名称，出版年份，卷(期)：页次如果作者的人数多于 3 人，则写前三位作者的名字后面加“等” ，作者之间以逗号隔开。例如：1 李峰，胡征，景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展. 无机化学学报， 2001, 17(3): 3153242 J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods. Journal of Crystal Growth, 2001,233:57学术会议论文集 作者论文题目文集编者姓名学术会议文集名称，出版地：出版者，出版年份：页次例如：3 司宗国，谢去病，王群重子湮没快度关联的研究见赵维勤，高崇寿编第五届高能粒子产生和重离子碰撞理论研讨会文集，北京：中国高等科学技术中心，1996：105图书 著者书名版本出版地：出版者，出版年页次如果该书是第一版则可以略去版次。例如：4韩其智，孙洪洲群论北京：北京大学出版社，1987101预印本 作者论文题目预印本编号（出版年份）例如：5Xiaofeng Guo and Jianwei QiuThe leading power corrections to the structure functionshepph/9810548(1998)学位论文 作者论文题目学士(或硕士、博士 )学位论文. 出