高频开关电源的设计

摘要
从90年代开始，开关电源逐步得到广泛的应用。开关电源的核心是DC-DC变换器。影响开关电源的主要因素是其拓扑结构、开关频率、控制方式及关键元器件，如开关管、储能电感或脉冲变压器等。
本文首先介绍了本次设计的高频开关电源的现实意义和需要达到的目标要求，并介绍了主电路和控制电路的设计，采用了理论分析和实际硬件实验相结合的研究方法。
该系统以MOSFET作为功率开关器件，构成全桥开关变换器，整个电源由输入电路、主逆变器、输出滤波电路、辅助电源等部分组成。系统主电路逆变部分采用了脉宽调制技术(PWM),PWM信号由集成控制器UC3875产生，从输出端实时采样电压、电流反馈信号，以控制输出电压和电流的变化。实现了功率开关管的零电压开通和近似零电压关断，设计出高效率(达90%)、高可靠性、低电磁干扰的高频开关整流模块(48V/20A)。

关键词：高频开关电源；相移脉宽调制；零电压开关；DC-DC变换

Abstract
Since the nineteen's of last century, switch power has been used worldwide step by step. The core of switch power is DC-DC converter. The main factors that afect the performance of switch power is its topology, switch frequency,control mode and its key device units such as the switch tube, energy-storage inductor and pulse transformer.
This paper introduces the practical significance of the high frequency  switching power supply designed by us, and introduces the corresponding railway standards of the People's Republic of China. The main circuit and the control circuit are introduced in this paper, the research method includes the theory analysis  and  the  practical experiments.
The full-bridge converter is made up of four MOSFET. The system consists of the AC input stage, main inverter, output low-pass filter, auxiliary power supply  etc. The theory of PWM is used in the system, and single of PWM is offered by controller UC3875.The feedback voltage and current achieved from output is used to control the change of the output. The Zero-Voltage Switching on and approximate Zero-Voltage Switching of the power devices are realized. High frequency switching rectifier module (48V/20A) has been designed with high efficiency (90%), high reliability and low EMI.
Key words：High frequency switching power, Phase-Shifting PWM ZVS,Zero Voltage Switching,DC-DC Conversion

高频开关电源的构成及其基本原理
高频开关电源是将交流输入(单相或三相)电压变成所需要的直流电压的装置。按各部分的功能划分，从大的方面讲，开关电源可分成:机箱(或机壳)、电源主电路、电源控制电路三部分。机箱既可起到固定的作用，也可起到屏蔽的作用。电源的主电路是负责进行功率转换的部分，通过适当的控制主电路可以将市电或其它形式的交流电转化为所需的电压或电流。而控制电路则根据实际的需要产生主电路所需的控制脉冲和提供各种保护功能。

电路的基本构成
输入整流滤波电路是将交流转化为直流的整流电路，以及将脉动电流转换成平滑直流的滤波电路。要使电子电路工作，必须要有直流电源，有的使用干电池作电源，也有的使用整电源。为了从交流获得直流，使用的器件必须是只允许电流沿一个方向流动，而不能反向流动，也就是说，使用像二极管这样的器件，使用电感、电容，可以组成输出的直流电压比交流电源电压高的电路，也可以组成比交流电源电压低的电路。

目录    30000字
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Abstract    III
第1章绪 论    1
1.1高频开关电源概述    1
1.2开关电源应用和发展趋势    2
1.3本课题研究的目的和意义    3
1.4高频开关电源的构成及其基本原理    4
1.5硬开关技术和软开关技术的应用    6
第2章高频开关电源主电路的设计    8
2.1输入整流滤波电路设计    8
   2.1.1电路的基本构成    8
   2.1.2主要器件的选择    9
2.2DC-DC变换器设计    10
   2.2.1高频开关整流器的分类    10
   2.2.2拓扑结构选择    13
   2.2.3调频开关电力电子器件    15
   2.2.4主功率变换器电路与输出滤波电路及其工作原理    18
   2.2.5主要器件的选择    21
第3章辅助电源设计    24
3.1TOPS witch器件    24
3.2辅助电源电路设计及原理    25
   3.2.1单端反激式开关电源基本原理    25
   3.2.2 TOPS witch单端反激式开关电源设计    27
3.3主要器件选择    29
第4章控制电路设计IC控制系统与驱动电路设计    36
4.1设计驱动电路要注意的问题    36
4.2总体控制方案    37
4.3UC3875芯片功能    38
4.4驱动电路设计    42
4.5保护电路    46
第5章结 论    48
参考文献    49
致 谢    50