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1、 内蒙古大学本科学年论文(设计) 学校代码 10126 学号 00812032 分 类 号 密级 本科学期论文（设计）高频开关电源的设计学院、系 电子信息工程学院电子工程系 专业名称 电子信息科学与技术 年 级 2008级 学生姓名 指导教师 2010年 9 月 28 日高频开关电源的设计摘要：通信电源是电信网的能源，其供电质量的好坏直接关系到整个电信网的畅通，本课题首先分析了近年来国内外高频通信开关电源的发展状况，在理论分析和电路实验的基础上，开发出了一种新型的高频通信开关电源（交流配电模块、直流配电模块、4只高频开关整流模块和监控模块置于同一机架内），该电源优化了电路的主要参数，设计了相移
2、脉宽调制零电压开关谐振（PS-ZVS PWM）全桥变换器电路和以集成控制器UC3875芯片为核心的控制电路，实现了功率开关管的零电压开通和近似零电压关断，研制出高效率（达93%）、高稳定度(0.5%）、高可靠性、低电磁干扰的高频开关整流模块。同时文中还提到了以MCS-51单片机电路为核心的的电源监控模块与监控设计思路。保证了整机能够安全可靠工作。关键词：高频开关电源，相移脉宽调制，模块High Frequency Switching Power Supplys DesignAuthor: Sun zhe qi Tutor: Dou hai fengABSTRACT：The correspond
3、ence power switch is the telecommunication network energy, its power supply quality relates directly to the entire telecommunication network unimpededness, this topic has first analyzed the recent years domestic and foreign communications switching power supply development condition, tests in the th
4、eoretical analysis and the electric circuit in the foundation, developed one kind of new communication switching power supply (alternating-current distribution module, direct current power distribution module, 4 high frequency switches rectification module and monitoring module puts in identical rac
5、k), this power source optimized the electric circuit main parameter, has designed the phase-shift pulse-duration modulation zero potential switch resonance (PS-ZVS PWM) the entire bridge converter electric circuit and take integrates the controller UC3875 chip as the core control circuit, Realized t
6、he power switching valve zero potential to clear with the approximate zero potential shuts off, develops the high efficiency (to reach 93%), the high stability (0.5%), redundant reliable, the low electronmagetic interference high frequency switch rectification module. At the same time in the article
7、 also proposed based on MCS-51 is the core power source monitoring module and monitoring design mentality. It has guaranteed entire machine safe reliable work.Keywords: High frequency switching power, Phase-Shifting PWM ZVS, Modules目 录1 绪论11.1 开关电源的发展及国外现状11.2 国内通信电源的发展及现状21.3 研究内容32 电路原理方案分析和选择52.1
8、 高频开关整流模块52.2 直流配电模块82.3 监控模块93 主要电路设计123.1 高频开关整流模块主电路的设计12 结论17致谢18参 考 文 献19 内蒙古大学本科学年论文(设计) 第 1 页 1 绪论1.1 开关电源的发展及国外现状 开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止将直流电变为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压的电源。通信设备发生故障时，可能会影响部分用户或使接通率下降。而电源发生故障时，将会造成通信全部中断，所以人们一直将电源视为整个通信系统的心脏，受到足够的重视。通信电源分为一次电源和二次电源两大类，一次电源将交流电转换成稳定的
9、直流电接入通信设备，二次电源一般位于通信设备内部，将一次电源的直流电转换成多种电压值的稳定直流电以供通信设备内部各部分使用。自1957 年第一只可控硅(SCR)问世后，可控硅取代了笨重而且效率低下的硒或氧化亚铜整流器件，可控硅整流器就作为通信设备的一次电源使用。在随后的20年内，由于半导体工艺的进步，可控硅的电压、电流额定值及其它特性参数得到了不断提高和改进，满足了通信设备不断发展的需要，因此，直到70年代，发达国家还一直将可控硅整流器作为大多数通信设备的一次电源使用。虽然可控硅整流器工作稳定，能满足通信设备的要求，但其是相控电源，工作于工频，有庞大笨重的电源变压器、电感线圈、滤波电容，噪声大
10、，效率低，功率因数低，稳压精度也较低。因此，自1947年肖克莱发明晶体管，并在随后的几年内对晶体管的质量和性能不断完善提高后，人们就着力研究利用晶体管进行高频变换的方案。1955年美国罗耶（GHRoger）发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换电路的开始，1957年美国查赛（J. J. Jen Sen.）又发明了自激式推挽双变压器变换器电路。在此基础上，1964 年，美国科学家提出了取消工频变压器的串联开关电源的设想，并在NEC杂志上发表了“脉宽调制应用于电源小型化”等文章，为使电源实现体积和重量的大幅下降提供了一条根本途径。随着大功率硅晶体管的耐压提高和二极管反向恢复时间
11、的缩短等元器件性能的改善，1969年终于做成了25KHz的开关电源。电源界把开关电源的频率提高到 20KHz 以上称为电源技术的“20KHz 革命”。开关电源技术的这一新的发展，在世界上引起了强烈的反响和重视，开关电源的研究成了国际会议的热门话题。经过几年的努力，从开关电源的电路拓扑型式到与其相配套的元器件等研究都取得了相当大的进展。随着通信用开关电源技术的广泛应用和不断深入，实际工作中人们对开关电源提出了更高的要求，提出了应用技术的高频化、硬件结构的模块化、软件控制的数字化、产品性能的绿色化、新一代电源的技术含量大大提高，使之更加可靠、稳定、高效、小型、安全。在高频化方面，为提高开关频率并克
12、服一般的PWM和准谐振、多谐振变换器的缺点，又开发了相移脉宽调制零电压开关（PS PWM ZVS，Phase Shift Pulse Width Modulation Zero Voltage Switch）（零电流）谐振变换器，这种电路克服了 PWM 方式硬开关造成的较大的开关损耗的缺点，又实现了恒频工作，克服了准谐振和多谐振变换器工作频率变化及电压、电流幅度大的缺点。采用这种工作原理，大大减小了开关管的损耗，不但提高了效率也提高了工作频率，减小了体积，更重要的是降低了变换电路对分布参数的敏感性，拓宽了开关器件的安全工作区，在一定程度上降低了对器件的要求，从而显著提高了开关电源的可靠性。1.
13、2 国内通信电源的发展及现状早期，科研技术人员开发了以国产大功率电动发电机组为主的成套设备作为通信电源。在引进原民主德国 FGD系列和前苏联 BCC51系列自动化硒整流器基础上，借鉴国外先进技术，与工厂共同研制成功国产XZL系列自动化硒整流器，并在武汉通信电源厂批量生产，开始用硒整流器装备通信局（站），替换原有的电动发电机组，这标志着我国国产通信电源设备跃到一个新的水平。我国80年代开始生产20KHz DC/DC 变换器，但由于受元器件性能的影响，质量很不稳定，无法作为通信设备的一次电源使用。只是作为通信设备的二次电源使用（二次电源对元器件的耐压及电流要求较低）。直到上世纪90年代初，我国大多
14、数通信设备所用的一次电源仍然是可控硅整流器。这种电源工作于工频50Hz，有庞大的工频变压器、电感线圈、电解电容等，笨重庞大、效率低、噪声大、性能指标低，不易实现集中监控。由于通信事业发展的需要，八十年代后期，邮电部加强了通信电源技术发展的各项工作，制订了“通信基础电源系统设备系列暂行规定”，“通信局（站）电源系统总技术要求”和电源设备行业标准等文件，多次派代表参加国际电信能源会议，并在八十年代后期才第一批引进了澳大利亚生产的 48V/50A（开关频率为40KHz）和48V/100A（开关频率为20KHz）的高频开关电源，在吸收国外先进技术的基础上，投入较大的力量，开始研制自己的开关电源。邮电部武汉电源厂、通信仪表厂等厂家开发出了自己的以PWM方式工作的开关电源，并推向电信行业应用，取得了较好的效果。随后邮电部对电源提出了更新换代和实现监控（包括监控）的要求，众多厂家都投入力量研制开发，推出了采用PWM技术的高频开关电源，有些厂家还推出了实现远程监控的解决方案，短短几年后，电信部门所用的一次通信电源几乎都更换成了采用PWM集成控制芯片、大功率晶体管、功率场效应管、绝缘栅双极晶体管的半桥或全桥电路，其开关频率为几十至100KHZ、效率高于90%、功率因数接近
