《高频开关电源的设计说明》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频开关电源的设计说明（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学号 00812032密级学校代码 10126分类号本科学期论文（设计）I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年 级学生指导教师窦海峰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)，该电源优化了电路的主要参数，设 计了相移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
2、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 Supply s DesignAuthor： Sun zhe qi Tutor: Dou hai feng ABSTRACT：Keywords:The correspondence power switch is the tel
3、ecommunication 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 theoretical analysis and the e
4、lectric 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 rack), this power source optimi
5、zed 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 the power switching valve zer
6、o 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 also proposed based on MCS-
7、51 is the core power source monitoring module and monitoring design mentality. It has guaranteed entire machine safe reliable work.High frequency switching power, Phase-Shifting PWM ZVS, Modules1 绪论 41.1开关电源的发展及国外现状 41.2国通信电源的发展及现状51.3研究容62电路原理方案分析和选择82.1高频开关整流模块 82.2直流配电模块112.3监控模块123主要电路设计153.1高频开
8、关整流模块主电路的设计 15结论20致21参考文献221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直流电接 入通信设备，二次电源一般位于通信设备部，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部各部分使用。自1957年第一只
9、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，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，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，并在随后的几年对 晶体管的质量和性能不断完善提高后，人们就
10、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
11、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
12、 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。1.2国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
13、。在引进原德国FGD系列和前联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
14、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
15、，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1、稳压精度优于0.5%、模块化组合的高频开关电源，电信行业成套电 源技术提高到了一个崭新的水平。最近几年来，为了提高开关电源的可靠性，进一步 提高转换效率，提高工作频率，减小体积，并降低电磁干扰，在吸收国外
16、最新进展的 基础上，开始了准谐振、多谐振开关变换器和相移脉宽调制零电压（零电流）谐振变 换器的研究实验工作。尤其是由于后者具有较多的优点，受到了大家的重视，投入了 较多的研究力量，取得了一些进展，提高了效率、可靠性，降低了电磁干扰，并已有 少量应用，但总的来说仍处于研究探索阶段。从整体性能看，我国通信电源设备与国 外同类产品相比存在一定的差距。主要差距在工作的可靠性、稳定性和技术性能等方 面。因此，组织力量研制开发具有自主知识产权、技术含量高的新一代通信电源，对 振兴民族工业，提高产品的质量和市场竞争力，提高开发队伍的研究水平都具有重要 意义。1.3研究容HE型程控交换机系列（备用）电源采用可控硅整流技术，将交、直流屏组合到 一个机架成为组合电源，主要在乡镇邮电局程控机房使用。后根据邮电部对通信电源 更新换代的要求，于1997年，HE-48型高频开关电源又研制成功，这种电
