889曹向丽高压开关电路的设计与应用 .docx

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1、精品名师归纳总结中国石油高校 华东）现代远程训练毕业设计 论文）题目： 高压开关电路的设计与应用学习中心： 重庆信息工程专修学院奥鹏学习中心年级专业： 0509 级电子信息工程同学姓名： 曹向丽学 号： 0541580189指导老师： 杨秀珍 职 称： 讲师导师单位： 重庆信息工程专修学院中国石油高校 和储备器。对运算速度增长的需要促使时钟频率和供电电流的相应增加，有些设备的供电电流已经超过100A。随着供电电流的增加，而供电电压却反而呈下降的趋势，这主要是由于运算设备此时可以用很好的线宽工艺来制造。此外，低电压、大电流对功耗是特别敏锐的，所以对于电源设计者来说，需要采纳更先进的新器件、新技术

2、、新材料、新工艺来逐步减小开关电源的体积和重 量，改善电气性能指标，提高工作牢靠性，降低对电网的污染，排除对其它设备的干扰，增强智能化程度等是其基本进展方向。在复印设备、医学仪器等精密电子系统中，广泛使用高电压、低电流的小功率电源。同时要求电源系统具有重量轻、响应速度快、稳固性好、牢靠性高等特点。为了上述满意精密电子系统的要求，设计制作了一种新型高压开关电源。该电源具有稳固性好、响应速度快等优点， 能广泛应用于复印设备、医学仪器等精密电子系统中。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第 2 章 通信电源设计面临的挑战在当今的很多系统中，通信系统里线路板的成本是最昂贵的。故而尺寸的限制

3、，加上低成本和新技术挑战的压力，使低压、大电流电源的设计成为通信系统设计中最难任务之一。2.1 稳压器的挑战由于供电电压不断降低，已经达到1V，即使在电源干线上低到mV级的纹波，都可能给运算设备带来很大的影响。而大电流是产生电压纹波的主要根源，包括它在 PCB板走线上，或在电源与 CPU电源引脚间连接器上产生的 10-50mV的电压降。当输出电压在 l-1.5V范畴内时，这种电压降就显得更为重要。因此，就必需在正向输出干线和输出 回路 或负向输出 干线上进行电压采样。另外一个问题是现代的运算设备可以依据系统发出的命令不同而使供电电流瞬时转变，甚至高达20A。这样大幅度的负载变化，相伴着快速的电

4、流转换速率使电压产生过冲。为了处理这些动态负载和减小输出电容，必需采纳具有极其快速瞬态响应的电源。2.2 散热的挑战随着系统复杂性的增加，系统封装的密度也相应增大。散热成 为系统硬件设计者必需面对的挑战之一。同时，对电压的稳固性要求苛刻的高性能的运算设备仍要求对它供电的电源进行治理。因此，减小电源的功耗，排除 PCB和功率器件上的过热点是特别重要的，这可以防止为已经很热的运算设备增加热量。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.3 输入噪声的挑战由于在很多通信子系统中，负载电源的分布总线通常使用 3.3V ， 3.3V 总线上的噪声必需减小，以确保从电源总线上获得功率的规律设备正确

5、工作。由于在降压开关电源中输入电流存在波动，这就需要大量的输人电容或LC 滤波器用以滤除输入噪声。这样的滤波电路通常会由于输出电流的增加或输人电压的降低而使体积和成本增加。2.4 低成本要求的挑战成品的电源模块，如“砖型模块”是特别昂贵的。此外，标淮电源模块对大多数应用而言，都远远超过实际所用电源的指标要求。因此，定制一种模块会花费时间和额外的费用，系统设计者应查找其他节约成本的电源 。2.5 减小功率晶体管开关缺失可以实行的措施1）回能吸取电路：是将缓冲电容上的储能返回电源或负载， 或称为无损吸取电路。2 ）有源箱位：是将电容器上的储能，由功率晶体管操作，在所需时间加以利用。和零电流转移 Z

6、CT谐振电路全部的几乎是固定的对应于近于两倍额定负载重量的峰值电流。和零电压转换 ZCT：主开关管并联一个吸取电容器，减小关断损耗，相当于回能吸取电路。ZVS 工作过程是先将电容电压放电到零，再开通主开关管。ZVT 是指在主开关管两端并联一个谐振电感与帮助开关管串联通路，来实现零电压开通的电路。和零电流转换 ZCT：ZCS 是指先将主开关管的电流减小到零，再关断主开关管。ZCT 是指在主开关管两端并联一个谐振电容器、谐振电感与帮助开关管串联通路，来实现零电流关断的电 路。2.6 通信电源设计新技术2.6.1 多相技术为提高电流容量，传统的单相方案采纳多个 MOSFET并联，再用一个巨大的电感器

7、滤波，这种方法一方面会导致在 MOSFET上产生较大的开关损耗，且在电感器和 MOSFET焊盘上引起电流积累，影响 PCB板的牢靠性。另一方面，由于效率与开关频率都很低，必需使用大输出电感器，使瞬态响应变慢。多相拓扑结构基于现有的单相结构之上，能有效解决单相结构中较大的纹波电压和较慢的瞬态响应之间的冲突，特别适合低电压大电流精密电源的设计。多相技术的主要优点：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结降低。纹波电流的排除使输人电容、输出电感和输出电容的体积及成本输人纹波电流的排除削减了输人噪声，这对于3.3V 分布式总线可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结的应用更具有吸引力。

8、可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可达到更快的负载瞬态响应。由于并联输出电感可以改善瞬态响应，比较小的等效电感可以提高输出电流的转换速率。可获得更高的效率。这是由干多相技术有较低的开关损耗和一样的电流分布，这更有助于削减热量，提高整个系统的牢靠性。一般来说相对于一般的单相PWM掌握，多相 PWM掌握 DC/DC变换器增加了一个或多个变换器，而且每个变换器的相位相对有肯定间隔，如上图的两相PWM掌握变换器的两个变换器ON/OFF相对间隔为180。工作中功率被平均安排到两个通道中，从而减小了各相承担的 电流，防止了开关管、整流管、输出电感等器件过于疲惫，发热过于集 中。并且由于通道之

9、间交叉开闭，电流相互叠加，大大削减了输入、输 出电流纹波，减小电磁干扰EMI。多相 PWM掌握使输入电流有效值减小，可提高效率。在有效瞬态响应模式下，相位是按时间分布的，所获得的电流斜率是全部相位斜率之和，因此可大大缩短调剂时间 过渡时间，提高电源的快速瞬态响应才能。2.6.2 板载电源在低电压大电流电源应用中，由于每个板上的电源额定功率可以依据实际消耗的功率很简洁的调整，电源的成本和体积就可以减小。因而板载电源已成为必定趋势，与标准电源模块相比，板载电源具有以下优势：1）更强的负载调剂才能：板载电源不存在电源输出与负载之间的互联电阻和电感，可以获得更好的直流和瞬态调剂成效。2）更高的效率：板

10、载电源排除了电源连接器上的传导损耗，而且可以使用接的层和其它直流电源层传导直流电源，接的层和其它直流电可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结源层的阻抗低于电源模块的阻抗，从而降低了使电源具有更高的效率。PCB引线上的传导损耗，3）更好的散热治理：对板载电源而言，整个系统电路板起到了散热器的作用，因此，热点位置的温度要比电源模块上的低得多，从而提高了系统的长期牢靠性。4）更低的成本：板载电源的额定功率可以依据实际功率需要来确定，另外，它仍节约了大电留恋接器，在抱负的瞬态调剂才能下，仅使用单个或几个输出去耦电容，就能达到抱负的性能要求，因此，与标准大功率电源模块相比，板载电源成本更低、体

11、积更小。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第 3 章电路原理系统原理框图如图3-1220V 的沟通市电，经整流滤波后与所示。高压电源的输入信号来自PWM脉冲调制器的输出信号一起驱动高频变压器，通过高频变压器得到的高压电源再经整流滤波后，输出直流高压。输出反馈信号经光电隔离后反馈给脉冲调制器，通过与脉冲调制器中误差放大器的基准电压比较，掌握脉冲调制器的输出占空比， 以调剂输出电压。图 3-1 系统原理框图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第 4 章电路设计要点4.1 PWM掌握电路系统采纳的 PWM调制器为 SG3524型号4 的芯片，电路如图 4-1 所示。在芯片的

12、电源信号入口端并联一电容C2构成一个软启动电路。设计软启动电路的目的是防止在电源突然开通时产生的过大电 流对芯片造成冲击。在刚通电时，电容两端电压不能突变，它的电压随 外部电源对其充电而逐步上升，经过一段时间后，电路进入正常工作状 态。这样保证了输入电压缓慢的建立起来，确保芯片不受损坏。输出电 路的开关功率管选用 MOS功率管。由于功率管是在高频状态下工作会产生振荡。为了排除这种寄生振荡，应尽量削减与功率管各管脚的连线长 度，特殊是栅极引线的长度。如无法削减其长度，可以串联小电阻，且尽量靠近管子栅极。图中 R3 既是功率管的栅极限流电阻，又与R4一起排除功率管工作时产生的寄生振荡。可编辑资料

13、- - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 4-1PWM电路图4.2变压器驱动电路图 4-2高压变压器驱动电路驱动电路采纳单端驱动工作方式，这种电路简洁、工作牢靠性高。功率 管由来自 SG3524 芯片的信号驱动。 11、14 脚的单端并联输出。当SG3524 输出高电平常，功率管导通，在电感L 中储能。输出低电平时，功率管截止，导致流过电感L 上的电流突然下降为零， L 产生反电可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结势。该反电势的脉冲电压加在高频变压器的输入端，驱动变压器工作。同时，电感 L 作变压器的阻抗匹配元件。由高频变压器输出的沟通电压经二极管VD2、VD3 进行整流倍压后，再经

14、 C2 滤波，得到高压输出。4.3采样反馈电路反馈回路中，对输出电压信号的取样，采纳在输出端并联电阻，再将高压经电阻串联衰减的方法实现。R3、R4、RW为电压取样反馈电阻。电压经隔离反馈后，从SG3524 芯片的 1 脚输入，掌握占空比，进而调剂输出电压，达到稳压的目的。其稳压原理是：如输出电压偏高，采样反馈的信号也偏高，与SG3524 中误差放大器的基准电压比较后的电压偏低，导致占空比的宽度变窄，引起输出电压下降。反之亦然。RW是可调电阻，通过调剂RW来调剂输出电压。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第 5 章性能测试系统的输出电压通过取样电阻RW来调剂，转变可变电阻的值可以转

15、变输出电压。图 5-1 是取样电阻 RW为 20k 时的输出电压波形图。由图中可以看出，输出电压从0V 上升到 5kV 的响应时间为 0.5s 左右， 电源系统具有较快的响应速度。同时，由图输出电压响应图b电压波形局部放大图 5-1可变电阻为 20k 时的电压输出波形图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结当 RW调剂至 10k 时，电压输出如图5-2 ，此时输出电压约为2500V。此时高压电源的响应速度有所提高，而稳固性基本不变。图 5-2 可变电阻为 10k 时的电压输出波形图第 6 章结 论采纳单端反激式变换器，设计制作了一高压开关电源。通过对所制作电源的性能测试可以得出，此高

16、压开关电源具有体积小、稳固性好、响应速度快等优点。能广泛应用于要求高电压、低电流的小型电源系统中。用板载电源的设计技术和多相工作技术可以满意通信系统中所需要的低电压、大电流电源的要求。总之，它与传统方法相比降低了成本， 并可以得到更好的性能。对于有隔离的电源，同步整流和副边掌握技术也正由于它们的效率高和快速瞬态响应的特性而被普遍采纳。随着这种电源应用量的不断增加，证明其具有较高的工作效率和良好的牢靠性，完全满意雷达系统对各分机设计要求。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结致谢感谢我的指导老师仍有全部教过我的老师，他们严谨细致、一丝不苟的作风始终是我工作、学习中的榜样。他们循循善诱的

17、教诲和不拘一格的思路赐予我无尽的启发。感谢我的高校同学对我的帮忙和指点。没有他们的帮忙和供应资料对于我一个对网络学问一窍不通的人来说要想在短短的几个的时间里学习到网络学问并完成毕业论文是几乎不行能的事情。感谢我的全部同学和伴侣对我的支持和关怀。在论文即将完成之际，我的心情无法安静，从开头进入课题到论文的顺当完成，有多少可敬的师长、同学、伴侣给了我无言的帮忙，在这里请接受我真诚的谢意！可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结更感谢我的养我的黄土高原，感谢父老乡亲，感谢一把屎一把尿把我喂大的父母。感谢我忘不掉的甘甜的泉水。参考文献1 陈绪胜.SH412 高压开关电源的设计 . 微电子学， 1996，262）： 75-782 戴晓明，李振国 . 新型高压开关电源的研制。原子能科学技术，2000，34S 上七 l 并联开关在开关电源中的应用. 通信电源技术， 1997.可编辑资料 - - - 欢迎下载