毕业设计·基于DSP的高压直流开关电源的设计正文.doc

李文杰：基于DSP的高压直流开关电源的设计辽宁工程技术大学毕业设计（论文）0引言开关电源[1]是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/264002.htm"开HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/38452.htm"关HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/13542.htm"电源一般由脉冲宽度调制（HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/168039.htm"PWM）控制IC和IGBT构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100KHz、用MOS-FET制成的500KHz电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。其中，为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可采用R-C或L-C缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。1绪论1.1高压直流电源概况高压直流电源在日常生活中，应用于广泛的领域，在电力系统中，广泛的应用于高压电气设备的直流耐压和泄露试验，例如，电缆、避雷器、变压器绕组及发电机现场试验；在医学方面，常用在CT机、X光机等设备；在工业生产中，通过放电来达到静电除尘、激光器、污水处理等等；此外，在科研、军事上也大有用处[1]。传统的高压直流电源通常用于工频交流电源经升压、直流滤波而获得直流高压。直流高压电源的接线方式很多，有半波整流电路，桥式、全波、倍压、多相整流电路及串级电路等。半波整流电路优点是接线简单，缺点是设备、元件的电压较高，体积、重量、占地面积较大，一般只在实验室内使用。桥式、全波、倍压整流电路等电路较半波整流电路来说，纹波小，但在体积、重量的小型化方面，优越性不太明显。要求容量较大，纹波较小的直流电源还可采用三相或多相交流电源经整流滤波后而获得。高电压、小电流的直流电源通常用串级直流电路。串级直流电路可大大减小试验电源的体积、重量，电路简单，过载能力强，故障率低，但由于采用工频倍压，一般无闭环反馈，因而稳定度差。随着电力电子技术及开关器件的发展，新器件、新材料的进步以及控制的智能化等等，开关电源技术已广泛地应用于高压直流电源技术中。采用开关电源技术产生比工频高上千倍频率的方波或正弦波可以大大减小高压电源的体积和重量，这是高压直流电源的重要发展趋势。用电力电子器件产生直流高压的方框图如图1-1所示，交流电源经整流单元1整流、滤波后，变成低压直流，再经过逆变单元2逆变成高频方波电压，然后经高频高压变压器和串级直流倍压单元3将电压升高到直流高压，反馈单元6将输出的高压信号反馈到控制单元5，控制单元5触发逆变单元2电路中开关管的导通，只要通过调整控制单元5的触发预置电压，就可调节直流高压的输出电压。单元4是触发单元5的辅助电源[2]。图1-1电力电子器件产生直流高压原理框图Fig.1-1DChighvoltagepowerelectronicdevicesproducedblockdiagram利用开关电源技术的高压直流电源具有体积小、重量轻、控制精度高、稳定度