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1、XI*AN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY本科毕业设计（论文）题目：级联分布式开关电源研究院（系）： 电子信息工程专 业：自动化班 级：学 生：学 号：指导教师：20年06月级联分布式开关电源研究摘要随着电子处理系统，尤其是计算机系统和信息处理系统要求的提高，对于其电源系统 的稳定性和可靠性都提出了更高的要求。与集中式线性电源相比，级联分布式开关电源具 有可靠性高，冗余性强，结构简单，效率高，易规范化等显著优点，主要应用于稳定性高, 具有高频隔离性，可靠性和体积要求极高的各种功率应用场合。本论文对高频开关电源的特点、工作原理进行了介绍与讨论。重点对分布式开关电 源的工作原理和
2、控制方式进行了分析，并且设计出了一种分布式开关电源系统，在本设 计中，用到了整流电路、滤波电感、H桥主电路、高频变压器，并对它们进行了定性分 析和定量计算。本设计提出一种具有多路高频脉宽调制波交流总线结构的电源系统，能 实现当前端变换器中的任何一个出现故障时，输出端仍能满足负载要求。在具体设计过 程中，系统各个部分电路的参数计算比较复杂，需对各个参数进行评估，并反复的计算。最后对设计结果进行multisim软件仿真，对仿真波形进行分析，结果显示该设计满 足要求。关键词：级联；开关电源；H桥逆变电路；驱动电路Cascade Distributed Switching Power Supply R
3、esearchAbstractWith the electronic processing system, in particular computer systems and information processing system requirements for the improvement of its power system stability and reliability are put forward higher requirements. DC bus with centralized linear power supply compared to the excha
4、nge of bus Distributed Switching Power Supply has a high reliability, redundancy and strong, simple structure, high efficiency, easy to standardize, such as significant advantages of high stability is mainly used with high frequency isolation, and reliability and high volume requirements of a variet
5、y of power applications.This thesis introduces the principle and the characteristics of switching power supply. Especially, the article analysis the working mode of the distributed switching power supply, and the control mode of the switching power supply. Then, a distributed switching power supply
6、was designed. In the progress of designing, the rectifier circuit, filter inductor, the H-Bridge inverter, highfrequency transformer were calculated and selected. The thesis designed a power supply with high frequency multi-output and AC bus architecture and its pulse width can also be adjusted. If
7、one of the front converters cant work, the output still suit the load. In the progress of designing, the parameters between every part were difficult to calculate, so we have to modified again and again.The software of Multisim was introduced, output of the power supply was simulated and analyzed. T
8、he result shows that the design satisfied the request.Keyword: Cascade; switching power supply; H-bridge inverter circuit; driving circuit目录摘要IAbstract II1绪论11.1前言11.2开关电源的发展11.2.1开关电源的发展背景11. 2. 2开关电源的定义和优点及其分类21.2.3开关电源的发展趋势31.3本课题项目介绍32级联分布式开关电源系统52. 1级联分布式技术意义及其介绍52. 1. 1 分布式电源系统52. 1.2级联型逆变器介绍7
9、2. 1.3基于级联的分布式电源系统92. 2系统主电路和驱动电路的设计112. 2. 1 H桥主电路的设计112. 2. 2驱动电路设计142. 2. 3控制电路设计162.2.4振荡器电路的设计192.2.5前端整流滤波电路设计202. 2. 6负载端变压器的设计222. 2. 7负载端整流滤波稳压电路设计232. 2. 8高频变压器的设计263实验仿真和软件分析273. 1实验软件介绍273. 2实验仿真28总结29参考文献30致谢31毕业设计（论文）知识产权声明32毕业设计（论文）独创性声明33附录341绪论1.1前言电源是各类电子设备和电动设备工作的动力来源，是自动化部件中最基本的部
10、分。通 常电源按输出电压可分为交流电源、直流电源，按输出特性又可分为稳压电源、稳流电源、 稳功率电源，这其中应用最广泛的是直流稳压电源。随着半导体微电子技术的发展，小规模高功耗集成电路正在向大规模低功耗集成电路 高速发展着，这使得各类电子设备的体积和重量都在快速地下降着，但是作为电子设备能 源供给的直流电源，它的技术发展却滞后于微电子电子技术的飞速发展，这使得电源在电 子设备中所占的体积和重量都很大，严重妨碍了电子设备向小型化发展。开关电源产品的特点是体积小、重量轻、效率高，正在向着模块化、抗电磁干扰性强 以及附加备用电池的方向发展。在开关电源领域，正在开展一系列的技术革新，例如功率 系数校正
11、、相位调制、高频电源、零电流转换以及单片式转换调节器等，所有这些改进， 都使开关电源的性能和效率大为提高，使其应用范围大大拓宽，在新兴的电子技术领域将 大有用武之地。1.2开关电源的发展1.2.1开关电源的发展背景开关稳压电源（以下简称开关电源）取代晶体管线性稳压电源（以下简称线性电源）已 有30多年历史，最早出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶 体管了作于开关状态后来脉宽调制（PWM）控制技术有了发展，用以控制开关变换器，得 到PWM开关电源，它的特点是用20kHz脉冲频率或脉冲宽度调制一 PWM开关电源效率 可达6570%,而线性电源的效率只有30 40%。在发生世
12、界性能源危机的年代，引起 了人们的广泛关往。线性电源工作于工频，因此用工作频率为20kHZ的PWM开关电源替 代，可大幅度节约能源，在电源技术发展史上誉为20kHZ革命。随着ULSI芯片尺寸不断 减小，电源的尺寸与微处理器相比要大得多；航天，潜艇，军用开关电源以及用电池的便 携式电子设备（如手提计算机，移动电话等）更需要小型化，轻量化的电源。因此对开关 电源提出了小型轻量要求，包括磁性元件和电容的体积重量要小。此外要求开关电源效率 要更高，性能更好，可靠性更高等开关电源的发展经历了从线性电源、相控电源到开关电源的发展历程，由于开关电源 具有功率转换效率高、稳压范围宽、功率密度比大、重量轻等优点
13、，从而取代了相控电源, 成为通信电源的主体，并向着高频小型化、高效率、高可靠性的方向发展。计算机控制、 计算机通信和计算机网络技术的快速发展，为通信电源监控系统的发展和完善提供了外部 条件，使其发展逐步实现少人值守，直至无人值守的状态，从而节省了人力资源。线性电源是先将交流电经过变压器变压，再经过整流电路整流滤波得到未稳定的直流 电压，要达到高精度的直流电压，必须经过电压反馈调整输出电压，这种电源技术很成熟, 可以达到很高的稳定度，波纹也很小，而且没有开关电源具有的干扰与噪音。但是它的缺 点是需要庞大而笨重的变压器，所需的滤波电容的体积和重量也相当大，而且电压反馈电 路是工作在线性状态，调整管
14、上有一定的电压降，在输出较大工作电流时，致使调整管的 功耗太大，转换效率低，还要安装很大的散热片。这种电源不适合计算机等设备的需要， 势必将逐步被开关电源所取代。目前对于提高功率密度,主要是应用高性能的开关器件和电 路元件，加上合理的电路拓扑选择和机械结构的设计来加以实现。所以对于开关电源的研究 是十分必要的。1. 2. 2开关电源的定义和优点及其分类所谓开关电源，就是通过电子线路组成开关方式的震荡电路来达到对电能的转换。通 过电路来控制开关管进行高速的开通和截止、将整流滤波后的直流电转化为高频的交流电 并提供给高频变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压输出。开关电源的优点：一是功耗小
15、、效率高。在开关电源电路中，晶体管在激励信号的作用下，交替地工作 在导通一截止和截止一导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些 技术先进的国家，可以做到几百或者近lOOOkHzo这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的 效率可以大幅度地提高，其效率可达到80%。二是体积小、重量轻。开关电源没有采用笨重的工频变压器，由于调整管V上的耗散 功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。正是因为有这两方面原因，所以开关电源的 体积小，重量轻。三是稳压范围宽。由于开关电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信 号电压的变化可以通过调频或调宽（PFM或PWM）来进行补偿。这样，在工频
16、电网电压变化 较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很 好。此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。开关电源不仅具有稳压范 围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选 用各种类型的开关电源。四是滤波的效率大为提高。使滤波电容的容量和体积大为减少。开关电源的工作频率 目前基本上是工作在50kHz,是线性稳压电源的1000倍，这使整流后的滤波效率几乎也提 高了 1000倍；即使采用半波整流后加电容滤波，效率也提高了 500倍。在相同的纹波输出 电压下，采用开关电源时，滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的1/5001/1000。 电路形式
