开题报告-自动化

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称: 数字控制通信高频开关电源的研究

学院（系）： 系

年级专业：

学生姓名：

指导教师：

完成日期： 2013 年 3 月 29 日

一、综述本课题国内外研究现状，说明选题的依据和意义 1.国内外研究现状 在国际上，自美国在20 世纪50 年代相继出现单端式和推挽式开关电源之后，在60 年 代就提出了逐步取消工频整流式电源的要求。70 年代，SG 公司首先制造出了单片集成脉 宽调制(PWM) 控制芯片， 使开关电源更加小型化，可靠性也得到了进一步提高。80 年代初， 英国较早地研制出了48V 成套的高频开关式通信基础电源系统， 从那时到现在的几十年中， 美国、德国、加拿大、新西兰、瑞典、日本、法国、西班牙、挪威等国家，都先后研制出 了高频开关式通信基础电源系统，并得到推广应用。我国虽然从20 世纪60 年代就开始研 究开关电源，但直到80 年代才开发出直流-直流变换器，而且质量很不稳定。80 年代后 期，首次从澳大利亚引进了48V /50A(40KHz)和48V /100A(20KHz)的高频开关电源。从 那时开始，我国越来越重视高频开关式通信基础电源的开发与应用，积极参加各种有关的 国际学术会议。近几年用于通信的高频开关整流电源发展迅速，单个模块已先后推出48V /20A 、48V /30A、48V /50A、48V /75A、48V /100A、48V /200A 等系列化产品，以满足 不同容量不同场合的用电需求。产品技术水平能与进口产品相媲美，部分产品已有少量出 口。当然，国内也有不少进口品牌电源，因此在这一领域已经形成竞争局面。 目前，国内外通信电源仍然大都采用模拟和数字相结合的控制方式，大量应用数字化技 术的还主要是保护和监控电路以及与系统的通信，完成电源的起动、输入与输出的过、欠 压保护，输出的过流与短路保护及过热保护等，通过特定的界面电路，也能完成与系统间 的通信与显示，但PWM部分仍然采用专门的模拟芯片。虽然模拟电路比较成熟，但其存在很 多固有的缺点 1、控制电路的元器件比较多，体积庞大，结构复杂; 2、灵活性不够，硬件电路一旦设计完成，控制策略就不能改变; 3、调试比较麻烦，由于元器件特性的差异，致使电源一致性差，且模拟器件的工作点 漂移，会导致系统参数的漂移，从而给调试带来不便。 随着高速、廉价的数字信号处理器(DSP-Digital Signal Processor)的问世 ，数字电 源越来越表现出模拟电源无法比拟的优势： 1、数字化更容易实现数字芯片的处理和控制，避免模拟信号传递的畸变、失真，减少 杂散信号的干扰。 2、便于系统调试，尝试各种不同的控制方法。 3、如果将网络

通迅和电源软件调试技术相结合，可实现远程遥感、遥测、遥调。 2.选题依据 随着通信技术的不断发展，人们对通信电源提出了更高的要求。本文对通信电源中 DC/DC 变换器的移相全桥主电路进行了分析和研究，在此基础上提出了采用改进型倍流整 流移相全桥电路，来克服传统 ZVS PWM 全桥变换器存在的一些问题。分析了改进型倍流整 流移相全桥电路的工作原理， 利用状态空间平均法分析了倍流整流移相全桥变换器主电路， 对其建立了动态模型，并采用移相控制芯片 UC3875 进行了仿真研究。因为和传统的变压 器相比，平面变压器具有体积小、高电流密度、高效率、低漏感等优点，数字控制具有高 灵活性、高精度等优点，所以两者成为当前开关电源的研究热点，也是通信电源的发展方 向。因此，本文详细介绍了平面变压器的特点及其设计方法，并对数字控制方法进行了研 究。主电路中采用平面变压器，控制部分采用以单片机为核心，加上调理、通信等电路构 成的数字控制平台，实现对整个变换器的控制、保护和监控。最后给出了实验波形，验证 了上述理论的正确性。

3.研究的目的与意义 1)小型化、薄型化、轻量化、高频化———开关电源的体积、重量主要是由储能元件 (磁性元件和电容)决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件 的体积；在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸， 而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是开关电源的主要发展方向。 2)高可靠性———开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠 性。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所 以，要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、 可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。 3)低噪声———开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追求高频化，噪声也会随之增 大。采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。所以，尽可 能地降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。 4)采用计算机辅助设计和控制———采用 CAA 和 CDD 技术设计最新变换拓扑和最佳参 数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引入微机检测和控制，可构成多功能 监控系统，可以实时检测、记录并自动报警等。

二、主要研究内容，拟解决的主要问题 1.研究内容 本论文研究的是 48V/15A 的中小功率的通信高频开关电源，通过对 MOSFE

T 和 IGBT 的 比较，选用 MOSFET 作为功率器件可以满足实际要求。随着开关电源的发展，对开关电源 的效率、电磁兼容性等方面的要求也是越来越高，并且开关电源在这些方面的发展方向也 是比较明确的。本论文就是结合当今开关电源的发展趋势以及开关电源中存在的问题进行 了研究和讨论，采用全数字控制的设计思路。拟解决的主要问题。 2.拟解决的主要问题 1)了解学习掌握 DC/DC 变换器的移相全桥主电路 ZVS PWM 全桥变换器。 2)根据课题需要构建相应的硬件模型激电路。 3)硬件的设计与结构。 4)完成硬件设计。 三、研究步骤及方法 1.研究步骤 1)查阅资料了解关于数字控制通信高频开关电源的相关资料。 2) 设计总体设计方案以及需要完成的功能。 3)掌握各部分的硬件构成及原理。 4)通信电源拓扑的分析与建模。 5)数字控制方法和平面变压器技术的研究。 2.研究方法 在指导教师的指导下， ,通过对MOSFET 和IGBT 的比较，作者认为选用MOSFET 作为功率 器件可以满足实际要求。结合当今开关电源的发展趋势以及开关电源中存在的问题进行了 研究和讨论，采用全数字控制的设计思路。

四、进度安排和预期成果 2013.3.05----2013.3.25 2013.3.26----2013.3.31 2013.4.01----2013.4.30 2013.5.01----2013.5.20 2013.5.21----2013.5.30 2013.6.01----2013.6.15 了解课题整体概念 各主要部件功能与用途。 对设计课题提出总体方案设计，请教指导老师。 学习全数字控制通信高频开关电源。 确定课题系统的硬件选择和接线原理。 撰写论文，提交初稿。 反复补充完善论文，最终上交定稿。

五、主要参考文献 [1] 黄济青,黄小军.通信高频开关电源.北京:机械工业出版社,2004. [2] 李爱文.现代通信基础开关电源的原理与设计.北京:科学出版社,2001. [3] 李剑,詹奕.通信电源倍流整流电路的分析与设计.电源技术应用,2006 [4] 王聪.软开关功率变换器及其应用.北京:科学出版社,2000. [5] 阮新波,严仰光.直流开关电源的软开关技术.北京:科学出版社,2000. [6] 王增福,魏永明.软开关电源原理与应用.北京:电子工业出版社,2006. [7] 陈 军 艳.大功率 DC/DC 模块电源的研究 ,[硕士学位论文 ].南京 :南京航空航天大 学,2004. [8] 王建冈.改进型倍流整流电路ZVS PWM 全桥变换器的研究,[硕士学位论文].南京:南京 航空航天大学,2000. [9] 吴 慧 芳.移相全桥倍流整流 DC/DC 变换器的研究 ,[硕士学位论文 ].南宁:广西大 学,2007. [10] 洪峰.数字控制移相全桥软开关变换器,[硕士学位论文].南京:南京航天航空大 学,2004. [11] 陈坚.电力电子学-电力电子变换和控制技术 (第二版) .北京： 高等教育出版社,2002. [12] 张卫平.开关变换器的建模与

控制.北京:中国电力出版社,2006. [13] 刁均伟.全桥倍流同步整流变换器系统建模与分析.继电器,2008 [14] 张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计(修订版).北京:电子工业出版社,2006. [17] 杜军.带饱和电感的移相控制零电压开关全桥变换器的研究,[硕士学位论文].重庆: 重庆大学,2003. [18] 历风满.数字PID 控制算法的研究.辽宁大学学报自然科学版,2005.

六、指导教师意见 指导教师签字： 年 七、系部审核意见 审查结果： □ 通过 □ 完善后通过 □ 未通过 负责人签字： 年 月 日 月 日

1. 设计要求：

输出直流电压48V，输出电源Io=25A，输出电压纹波峰峰值不超过0.24V，输出电流2.5A时，副边电感电流仍然连续，采用PWM控制方案，最大占空比Dmax=0.8。

2. 设计内容：

（1） 总体方案设计

（2） 高频变电器设计

（3） 功率开关器件的选择

（4） 驱动电路的设计

（5） 谐振电感的设计

（6） 副边滤波电感电容的设计与选择