毕业设计（论文）-高压软开关充电电源硬件设计.doc

新疆轻工职业技术学院
毕业论文
论文题目: 高压软开关充电电源硬件设计
姓名:
班级: 普高05级机电一体化
指导教师:
二○○八年三月二十日
摘要
电源对于所有用电设备是必不可少的。开关电源取消了传统电源采用的笨重的工频变压器,使得电源的体积大大缩小。电源中的电力电子器件工作在开关状态,使整机效率很高。由于它具有体积小、重量轻和效率高的优点,因而发展非常迅速,应用范围日益扩大。
本文简要介绍了开关电源的基本结构、工作原理以及其发展状况和技术的发展趋势,并对开关电源的分类和优缺点进行了阐述。本文还介绍了减小开关电源体积和开关损耗的技术——软开关技术。
在前面知识的基础上,本论文利用谐振开关技术设计了一台给高压脉冲电容充电的高压软开关电源。在谐振开关技术中最适合给脉冲电容充电的电路是串联谐振开关电路,输出近似为恒流源或称“等台阶充电”,突出的优点是充电效率高且电路本身具有短路保护能力。整个装置利用DSP实现电路的控制、PWM信号形成及电路的保护。
由于采用了全数字的控制,充电的稳定度很高。装置的开关频率是20kHz,属于高频,因此使得每次开关所充的电量较小,这大大提高了充电的精度。

关键词开关电源;软开关;充电
目录
摘要 1
第1章绪论 3
开关电源的发展状况 3
5
6
第2章开关电源原理 7
开关电源基本工作原理 7
开关电源的分类 8
开关电源优缺点 9
开关电源的优点 9
开关电源的缺点 10
软开关技术简介 11
硬开关与软开关 11
软开关的分类 12
本章小结 13
第3章高压软开关充电电源硬件设计 14
主电路设计 14
主要技术指标 14
主电路选型 14
电路的工作原理及方式 15
主电路的各项参数 19
控制及触发电路的设计 22
电压电流检测 22
IGBT的驱动 23
DSP的选择 24
PWM波的形成 28
电路的理想波形 29
本章小结 30
第4章结论 31
参考文献 32
致谢 33
绪论
开关电源的发展状况
开关电源属于电力电子技术,他运用功率变换器进行电能变换,经过变换电能,他可以满足各种用电要求。开关电源是美国NASA用于宇宙火箭搭载电源目的而开发的。与线性电源相比开关电源具有体积小、重量轻、效率高的特点,被广泛用于电视机、计算机、自动控制装置、产业机械、通信装置等各个领域。特别是随着半导体技术的进步和信息产业的发展,开关电源的需求量不断扩大。随着现代半导体技术的发展,尤其是高性能的全控器件的产生,开关电源迎来了一个生机勃勃的春天。
1. 发展史1955年美国的科学家罗耶首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后, 利用这一技术的各种形式的晶体管直流变换器不断地研制和涌现出来, 从而取代了早期采用的旋转式或机械振子式的寿命短、可靠性差、转换效率低的换流设备。由于变换器中的功率开关管工作在开关状态, 所以由此而制成的开关电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻, 在当时被广泛地应用于航天及军事电子设备上。由于那时的微电子技术十分落后, 不能制作出耐压高、速度快、功率大的晶体管, 所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入, 并且转换的速度也不能太高。60年代末, 由于微电子技术的快速发展, 高反压的晶体管出现了, 从此以后直流变换器就可以直接由市电经整流滤波后输入, 不再需要有降压变压器了, 从而极大地扩大了开关电源的应用范围, 并在此基础上诞生了无工频降压变压器开关电源, 省掉了工频降压变压器, 使开关电源的体积和重量大为减小。开关稳压电源才真正做到效率高、体积小、重量轻。70年代以后, 与该技术有关的高频高反压的大功率晶体管、场效应管、高频电容、肖特基二极管、高频磁芯材料等元器件也不断地被研制和生产出来, 使这一技术得到了飞速的发展, 并且被广泛地应用于计算机、通信、航天、彩色电视等领域中, 从而使无工频变压器开关电源成为各种电源中的佼佼者[1]。
2. 目前正在克服的困难随着半导体技术和微电子技术的高速发展, 集成度高、功能强的大规模集成电路的不断出现, 使得电子设备的体积在不断地缩小,
重量在不断地减轻,所以从事这方面的研究和生产的人们对电源中的开关变压器还感到不是十分理想, 他们正致力于研制出效率更高、体积和重量更小的开关变压器或通过别的途径来取代它, 使之能满足