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高功率密度ZVS移相全桥变换器研究

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第一章高频开关电源发展现状及课题来源

1.1高频开关电源现状及发展趋势

1.1.1高效率

1.1.2小型轻量化

1.1.3软开关技术的应用

1.1.4高功率因数

1.1.5高可靠性

1.1.6智能化

1.2项目来源

1.3 SMR3004整流模块主要技术指标

1.3.1交流输入

1.3.2直流输出

1.3.3其它技术指标

1.3.4外形尺寸

1.3.5重量

1.3.6色彩方案

1.3.7目标成本:

1.4试制过程中问题估计与解决途径

1.5通用化、标准化、系列化要求:

1.6课题提出的意义和主要研究内容

1.7本章小结

第二章项目的总体设计方案

2.1功能要求及相关标准

2.1.1功能要求

2.2总体设计方案

2.3本章小结

第三章方案实现

3.1输入整流滤波电路

3.1.1输入条件

3.1.2输入滤波器

3.1.3整流桥选型

3.2.辅助电源电路

3.3 APFC功率电路

3.4 DC/DC功率电路

3.5 DSP电路

3.5.1DSP控制电路设计说明

3.5.2通信接口电路

3.5.3 DSP控制电路实现的功能

3.7电路板设计

3.7.1布局

3.7.2布线

3.7.3焊盘

3.7.4 PCB及电路抗干扰措施

3.8结构设计

3.8.1结构设计分析

3.8.2模块内部结构设计方案

3.8.3结构设计方案

3.9成本

3.10本章小节

第四章样机测试数据及波形

4.1样机测试数据

4.1.1目测

4.1.2绝缘测试

4.1.3老化及测试

4.1.4均流测试(该结果另外记录)

4.1.5理想模式控制与接收

4.1.6110%负载控制与接收

4.1.7启动及停止电压:

4.1.8电流限制:

4.1.9测量U/I特性:

4.1.9输出短路

4.1.10输入电压决定的电流限制

4.1.11纹波及衡重杂音:

4.1.12负载效应:电压变化不超过输出电压整定值的±0.5%

4.1.13源效应:电压变化不超过输出电压整定值的±0.1%

4.1.14稳压精度:≤1%

4.1.15输入功率因数、效率测试:

4.1.16动态响应指标

4.1.17电磁兼容等级测试:

4.1.18温升实验

4.2样机测试波形

4.2.1输入电流波形

4.2.2预升压(PFC)输出低频电压波形

4.2.3 DC/DC主变压器次级输出波形

4.2.4输出动态响应波形

4.2.5输出纹波

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致 谢

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摘要

随着功率电子技术及控制技术的迅猛发展,开关电源在重量、体积、能耗等方面的优势日益明显,开关电源逐步取代直流线形电源,并在通讯等各个领域得到越来越普遍的应用。新型功率开关器件和磁性元件的出现,以及DSP控制器的推广,使开关电源的小型化设计成为可能,并逐步成为开关电源发展的方向。 本文研究并设计一种基本有源功率因数校正(APFC)技术和FB-ZVS移相全桥零电压DC/DC转换技术的高功率密度3000W通讯用开关电源模块。通过优化电路设计方案,在保证可靠性等性能指标要求的前提下,实现开关电源模块产品的小型化设计,其功率密度达到11.88W/in3,产品制造成本比原型机有了很大幅度的下降。该型产品可广泛的应用于中小型通信系统、中等容量的程控交换局、数字环路系统、移动通信系统、光纤传输系统、铁路中间站或通信站、微波通信系统、无人值守机站等。 本文首先综述了课题的来源及功能要求,在此基础上提出了变换器的总体设计方案及设计方法,并根据设计方案阐述实现各步骤的设计过程,最后给出样机的测试数据及部分关键点的测试波形。重点介绍功率因数校正预升压电路和DC/DC全桥移相ZVS变化器实现电路及关键元器件的设计和计算,并对其中的关键技术做了分析和介绍。

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