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带PFC功能某型号设备专用电源设计

作　者: 刘蕴
导　师: 黄炜；沈冬远
学　校: 电子科技大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: DC/DC变换电路 PFC功率因数校正电路供电方案
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 53次
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内容摘要

电源是各种电子设备的核心,电源系统质量的优劣和可靠性高低直接决定着整个电子设备的质量。本文的研究背景是某型号安全接入控制设备供电的实现。该设备要求电源额定输出功率170W,输入是交流220V和直流24V两种配电方式,使用环境为水面舰船。该使用环境下的设备必须通过GJB151A-97中的CE101项测试。电源设计时如果不增加功率因数校正电路,功率因数的典型值在0.6左右,会向电网反馈大量谐波而无法满足要求。现有成熟市场中,1000W以下成品模块一般都没有集成PFC校正电路,因此只能自行进行设计。二次电源的转换可以通过成品模块实现。DC/DC电源转换电路最基本的拓扑结构有三种:Buck、Boost和Buck-Boost,其他电路都是通过这三种基本电路变换而来。本文首先对DC/DC开关电源的工作原理进行了系统的阐述,并对不同拓扑结构的转换电路的应用特点进行了对比。PFC功率因数校正电路根据电路形式可以分为无源PFC电路和有源PFC电路(也称为APFC电路),现代电源中所使用的主要是有源PFC校正电路。本文对有源功率因数校正电路的工作原理进行了系统的阐述,并对不同控制方式的有源功率因数校正电路进行了分析和应用特点进行了分析。变频控制(PWM)技术因其集成控制电路集成度高、外围器件少、体积小、重量轻的特点在小功率开关电源中得到了广泛应用。论文的第四章以英飞凌第二代连续导通模式(CCM)PFC控制器ICE2PCS02为例,对连续电流开关升压式PFC电路进行了详细的分析。双通道、交错式降压脉宽调制控制器属于高灵活的控制器,该种控制器可以工作在两种配置下。论文的第五章以美国国家半导体公司(National Semiconductor Corporation,NS)的一款控制芯片LM5032为例,对类似电路进行了详细的分析。最后以某型号安全接入控制设备供电需求为设计原型,完成了200W带PFC电路AC/DC电源模块的设计和设备供电的实现,并分别对电源模块和设备整体电源进行了电性能测试和电磁兼容测试,测试结果表明电源满足设备使用需求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-13
  1.1 课题研究的背景  10
  1.2 开关电源的技术现状和发展趋势  10-11
  1.3 选题背景  11-13
第二章 DC/DC 开关电源的原理  13-33
  2.1 AC/DC 电压变换电路的原理框图  13
  2.2 电路的拓扑结构介绍及选择  13-15
  2.3 降压斩波（Buck）电路  15-18
    2.3.1 稳态分析  15-16
    2.3.2 电感电流由连续状态变为不连续  16-17
    2.3.3 电感电流断续状态  17-18
  2.4 升压斩波（Boost）电路  18-19
  2.5 升-降斩波（Buck-Boost）压电路  19-21
  2.6 Buck、Boost 和Buck-Boost 变换器的比较  21
  2.7 Cuk 斩波电路  21-24
    2.7.1 变压器隔离的转换电路  22-23
    2.7.2 变压器特性  23-24
  2.8 全桥隔离的 Buck 变换电路  24-25
    2.8.1 半桥隔离Buck 电路  25
    2.8.2 其他类型隔离变换电路  25
  2.9 变换器的评价  25-26
  2.10 连续电流开关控制方式升压式PFC 电路分析  26-33
    2.10.1 升压主电路分析  27-28
    2.10.2 控制电路分析  28-30
    2.10.3 输入分析  30
    2.10.4 升压PFC 转换器分析  30
    2.10.5 软启动电路  30-31
    2.10.6 动态响应特性  31
    2.10.7 保护特性  31-32
    2.10.8 综合评价  32-33
第三章 PFC 技术的基本原理  33-44
  3.1 开关电源输入整流电路形式与谐波电流  33-34
  3.2 功率因数和THD 的关系  34
  3.3 PFC 技术的发展  34-35
  3.4 PFC 技术分类  35
  3.5 无功功率因数校正技术  35-36
  3.6 APFC 主电路拓扑形式  36-37
  3.7 APFC 的控制方式  37-40
    3.7.1 乘法器控制方式  37-38
    3.7.2 电压跟随器控制方式  38-40
  3.8 双通道交错式降压脉宽调制控制器分析  40-44
第四章某型号安全接入控制设备供电系统的实现  44-58
  4.1 设备的供电需求  44-46
  4.2 设备供电的实现方案  46
  4.3 模块功能特点及组成  46-47
  4.4 200W 带PFC 电源模块的设计  47-52
    4.4.1 模块EMI 滤波电路设计  47
    4.4.2 PFC 升压Boost 电路部分  47-49
    4.4.3 PWM 开关控制器降压电路部分  49-51
    4.4.4 主要元器件的选择  51-52
  4.5 二次电源的实现  52-54
  4.6 供电选择及切换电路  54
  4.7 电源盒的设计  54-58
第五章电源的参数测试  58-70
  5.1 200W 带PFC 控制电路AC/DC 模块测试结果  58-63
    5.1.1 输入电压176V 时电源模块测试结果  58-59
    5.1.2 输入电压220V 时电源模块测试结果  59-61
    5.1.3 输入电压265V 时电源模块测试结果  61-63
  5.2 二次电源测试  63-65
  5.3 整体电源测试  65-68
  5.4 设备的 CE101 测试结果  68
  5.5 测试结论  68
  5.6 工作总结  68-70
结语  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-73

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