毕设题目 移相全桥DC DC变换器的设计 院系 班级 姓名 学号 指导教师 毕业设计开题报告 通信设备用直流远供电源系统是通信领域中的重要设备 有些基站建设在城乡或山区 电网环境恶劣 轻则造成系统失效 重则造成系统崩溃 设备损坏 无论是失效还是崩溃都直接影响了通信信号的稳定及服务质量 因此 基站供电问题成为目前运营商亟待解决的问题 其意义在于解决各种特殊场景的供电问题 如UPS 蓄电池被盗以及当地接电不便或供电不稳定的通信设备提供稳定 可靠 经济的电源供应 一 选题的依据和意义 直流远供电源主要应用模式 场景 案例 WLAN楼宇覆盖系统 室内型 远供应用组网示意图 二 本课题国内外研究动态综述 直流远程供电系统图 全桥DC DC变换器主要优点 1 开关管截止时期间承受电压低输出电压高 输出功率大 2 通过变压器实现隔离以及相同或不同的多路电压输出相比Buck Half Bridge等电路更适合高压输入和中大功率的场合 是国内外在基站的直流远程供电方案当中首选的电路拓扑结构 高频化 小型化 轻量化的开关电源及其技术已成为现代电子设备供电系统的主流 20世纪80年代初美国弗吉尼亚电力电子中心李泽元教授首先提出软开关技术并应用于DC DC变换器中 来解决DC DC变换器在高频化的过程中变换器处理功率的能力大幅下降开关损耗及无源元件的损耗增大和高频EMI问题等 硬开关 软开关 移相控制方式是80年代以来国内外电力电子界和电源界广泛接受并应用的一种全桥变换电路软开关控制方式 相比于双极性和有限双极性控制方式主要有以下优点 1 通过电路自身寄生参数实现软开关过程 2 开关频率恒定 结构简单 3 输出电压可以快速调节 输出电压范围较大 20世纪90年代 各种软开关技术 如ZVS ZCS PWM ZVT ZCT PWM 移相全桥ZVS PWM 有源箝位ZVS PWM等的开发和应用都有较大的发展 移相全桥ZVS DCDC变换器和ZVSZCS DCDC变换器是目前内外电源界研究的热门课题 在80年代初 我国科学家研究员方资端在美国完成一项逆变器研究课题时已经实现了3kW 150kHz 移相全DC AC变换器模块 美国VICOR公司生产的48V 600WDC DC开关变换器模块 由于采用高频软开关技术 功率密度达到7 32W cm3 效率为90 2008年以来 控制技术和器件技术的进步使得更合理的拓扑得以应用 以整流器效率高于96 为显著标志的第四代电源产品开始商用2017年以前世界上大型2G设备将退网 4G时代已经到来 新一代高性能的基站也提出了更高的供电要求 在通讯设备上 由于现时所需的容量增加 4G发展 宽频应用等 造成所需的电源功率大大增加 其它问题也相应提出 必须在整体设计上考虑EMI 防干扰 浪涌 瞬态保护 散热设计等重要因素 三 研究的基本内容 拟解决的主要问题 掌握移项全桥DC DC隔离电源的工作原理 了解移相全桥技术发展趋势 分析实现软开关的关键因素与解决办法 对比移相全桥DC DC变换器的ZVS和ZVZCS两种软开关技术 选择一种合适的拓扑进行设计 设计一台1kW的通信远供电源 包括主电路 控制电路 驱动电路设计 输出容量达到如下指标要求 1 直流输入300V 直流输出48V 2 输出直流电流20 8A 3 输出电压稳定精度1 4 输出纹波电压和尖峰电压VPP小于200mV 5 具备短路保护 过压保护和过流保护功能 移相控制零电压开关PWMDC DC全桥变换器 其基本电路和波形如图所示 基本原理 ZVS移相全桥变换器利用高频变压器的漏感或串联电感与功率管的寄生电容或并联的电容发生谐振的原理来实现超前臂和滞后臂的零电压开关 移相控制ZVSDC DC全桥变换器的缺陷 1 变换器的效率有待进一步提高 2 副边电流换向时存在整流管同时导通的情况 造成占空比丢失最大占空度利用不充分 3 副边整流管的电压应力较高 吸收电路的损耗较大且有较大的开关噪音 4 轻载难以实现软开关 滞后臂软开关实现困难 针对全桥ZVS软开关方案的问题 本毕业设计采用ZVZCS方案 超前臂实现零电压开关 ZVS 滞后臂实现零电流开关 ZCS 实现ZVZCS的条件 抽走将要开通的开关管的结电容 或外部附加电容 上的电荷 给同一桥臂关断的开关管的结电容 或外部附加电容 充电 抽走变压器原边绕组寄生电容上的电荷 在续流期间将原边电流复位至零 四 研究步骤 方法及措施 1 查阅相关文献资料 掌握移相全桥DC DC变换器的原理 了解其最新的发展现状 2 查阅相关书籍 掌握UC3875的特性及其使用方法 3 设计全桥变换器的主电路结构 超前桥臂实现ZVS 滞后桥臂实现ZCS 4 设计驱动和控制电路 选择适当的调节器 通过计算初步确定主电路和调节器的参数 5 利用PSPICE进行仿真 分析仿真结果 优化系统参数 第1 2周查阅并消化理解远供电源DC DC变换器 掌握移相全桥变换器的基本工作原理 第3周了解实现全桥软开关的关键因素与解决办法 第4周开题报告答辩 第5 7周设计 计算电路有关参数 第8 10周利用PSPICE仿真软件对电路的额定工作点开环仿真 第11 15周分析仿真结果 给出全部工程图纸和元器件表撰写论文 第16 17周绘画A0大图 准备答辩 五 研究工作进度安排 六 主要参考文献 1 王兆安 刘进军 电力电子技术 第五版 M 机械工业出版社 2009 2 赵慧敏 张宪 电力电子技术 M 化学工业出版社 2012 3 阮新波 严仰光 脉宽调制DC DC全桥变换器的软开关技术 M 科学出版社 1999 4 林渭勋 现代电力电子电路 M 浙江大学出版社 2002 5 王聪 软开关功率变换器及其应用 M 科学出版社 2000 6 许峰 徐殿国 柳玉秀 一种新型的全桥零电压零电流开关PWM变换器 J 中国电机工程学报 2004 24 1 pp 147 152 7 徐文杰 直流远供电源在通讯系统的应用 J 电源世界 2013 02pp 53 55 8 张冬梅 ZVZCS移相全桥PWM变换器的设计与仿真 J 电子设计工程 2012 05pp 16 18 9 崔磊 3kW高功率因数直流电源研究与实现 D 华中科技大学硕士学位论文 2011 01 10 芮骐骅 滞后臂串联二极管的ZVZCS移相全桥变换器研究 D 合肥工业大学硕士学位论文 2010 11 刘鑫 5kW移相全桥ZVSDC DC变换器的研究 D 哈尔滨工业大学硕士学位论文 2011 6 12 KenDierberger ANewGenerationOfPowerMOSFETsOffersImprovedPerformanceAtReducedCost AdvancedPowerTechnology 1997 13 JoyLong ZongChen TheImplementationofaHighEfficiencyFull BridgeConverterEngineering 2011 3 331 339 14 RedlR SokalNO BaloghL ANovelSoft switchingFull bridgeDC DCConverter Analysis DesignConsiderations at1 5kW 100kHz J IEEETransOnPowerElectronics 1991 15 电信技术高效电源专题 2012年11月刊 请各位老师给出宝贵意见谢谢