开题报告-自动化

1．国内外研究现状

   在国际上，自美国在20 世纪50 年代相继出现单端式和推挽式开关电源之后，在60 年代就提出了逐步取消工频整流式电源的要求。70 年代，SG 公司首先制造出了单片集成脉宽调制(PWM）控制芯片，使开关电源更加小型化，可靠性也得到了进一步提高。80 年代初，英国较早地研制出了48V 成套的高频开关式通信基础电源系统，从那时到现在的几十年中，美国、德国、加拿大、新西兰、瑞典、日本、法国、西班牙、挪威等国家，都先后研制出了高频开关式通信基础电源系统，并得到推广应用。我国虽然从20 世纪60 年代就开始研究开关电源，但直到80 年代才开发出直流－直流变换器，而且质量很不稳定。80 年代后期，首次从澳大利亚引进了48V /50A（40KHz）和48V /100A（20KHz）的高频开关电源。从那时开始，我国越来越重视高频开关式通信基础电源的开发与应用，积极参加各种有关的国际学术会议。近几年用于通信的高频开关整流电源发展迅速，单个模块已先后推出48V /20A 、48V /30A、48V /50A、48V /75A、48V /100A、48V /200A 等系列化产品，以满足不同容量不同场合的用电需求。产品技术水平能与进口产品相媲美，部分产品已有少量出口。当然，国内也有不少进口品牌电源，因此在这一领域已经形成竞争局面。

   目前，国内外通信电源仍然大都采用模拟和数字相结合的控制方式，大量应用数字化技术的还主要是保护和监控电路以及与系统的通信，完成电源的起动、输入与输出的过、欠压保护，输出的过流与短路保护及过热保护等，通过特定的界面电路，也能完成与系统间的通信与显示，但PWM部分仍然采用专门的模拟芯片。虽然模拟电路比较成熟，但其存在很多固有的缺点

    1、控制电路的元器件比较多，体积庞大，结构复杂;

    2、灵活性不够，硬件电路一旦设计完成，控制策略就不能改变;

    3、调试比较麻烦，由于元器件特性的差异，致使电源一致性差，且模拟器件的工作点漂移，会导致系统参数的漂移，从而给调试带来不便。

    随着高速、廉价的数字信号处理器(DSP-Digital Signal Processor)的问世 ，数字电源越来越表现出模拟电源无法比拟的优势：

    1、数字化更容易实现数字芯片的处理和控制，避免模拟信号传递的畸变、失真，减少杂散信号的干扰。

    2、便于系统调试，尝试各种不同的控制方法。

    3、如果将网络通迅和电源软件调试技术相结合，可实现远程遥感、遥测、遥调。

2．选题依据

    随着通信技术的不断发展，人们对通信电源提出了更高的要求。本文对通信电源中DC/DC 变换器的移相全桥主电路进行了分析和研究，在此基础上提出了采用改进型倍流整流移相全桥电路，来克服传统ZVS PWM 全桥变换器存在的一些问题。分析了改进型倍流整流移相全桥电路的工作原理，利用状态空间平均法分析了倍流整流移相全桥变换器主电路，对其建立了动态模型，并采用移相控制芯片UC3875 进行了仿真研究。因为和传统的变压器相比，平面变压器具有体积小、高电流密度、高效率、低漏感等优点，数字控制具有高灵活性、高精度等优点，所以两者成为当前开关电源的研究热点，也是通信电源的发展方向。因此，本文详细介绍了平面变压器的特点及其设计方法，并对数字控制方法进行了研究。主电路中采用平面变压器，控制部分采用以单片机为核心，加上调理、通信等电路构成的数字控制平台，实现对整个变换器的控制、保护和监控。最后给出了实验波形，验证了上述理论的正确性。

3．研究的目的与意义

1)小型化、薄型化、轻量化、高频化———开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积；在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是开关电源的主要发展方向。

2)高可靠性———开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所以，要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。

3)低噪声———开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追求高频化，噪声也会随之增大。采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。

输出直流电压48V，输出电源Io=25A，输出电压纹波峰峰值不超过0.24V，输出电流2.5A时，副边电感电流仍然连续，采用PWM控制方案，最大占空比Dmax=0.8。

2. 设计内容：

（1） 总体方案设计

（2） 高频变电器设计

（3） 功率开关器件的选择

（4） 驱动电路的设计

（5） 谐振电感的设计

（6） 副边滤波电感电容的设计与选择