毕业设计（论文）-高功率密度小功率DC-DC模块电源的研究

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1、CENTRALSOUTHUNIVERSITY本科生毕业论文(设计)题目高功率密度小功率DC-DC模块电源的研究学生姓名刘翔指导教师学院信息科学与工程学院专业班级完成时间2012年5月本科生院制高功率密度小功率DC-DC模块电源的研究目录目录摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1开关电源的发展趋势11.2功率密度21.3模块电源的关键技术31.3.1开关电源高频化31.3.2软开关技术与同步整流技术31.4本课题研究的目的和内容61.4.1本课题研究的主要目的61.4.2本课题研究的主要内容61.5本文

2、结构7第二章小功率模块电源主电路基本拓扑82.1小功率模块电源基本拓扑的分析82.1.1降压型变换器82.1.2反激式变换器82.1.3正激式变换器92.2主电路选择92.3本章小结11第三章Buck型变换器的设计123.1Buck型变换器主电路设计123.1.1输出电感的设计133.1.2输出电容的设计133.2反馈回路的设计143.2.13型误差放大器的原理143.2.2应用PSIM的SmartCtrl组件设计3型误差放大器163.2.3Buck型变换器的闭环仿真193.3本章小结20第四章软开关电路的

3、分析、设计与仿真214.1组合吸收电路224.1.1RCD与L的组合吸收电路的原理分析224.1.2仿真设计与结果分析22高功率密度小功率DC-DC模块电源的研究目录4.2Buck型ZVS-PWM电路244.2.1Buck型ZVS-PWM电路的原理分析244.2.2仿真电路的设计264.2.3仿真结果与分析274.3应用同步整流技术的Buck型ZVS-PWM电路304.4本章小结32第五章总结与展望335.1主要完成的工作335.2研究中的不足33结束语35参考文献36高功率密度小功率DC-DC模块电源的研

4、究摘要摘要近年来开关电源产业发展迅速，开关电源技术在消费电子类电源、通讯领域电源和工业领域电源中得到了广泛的应用，人们对电源高频化、小型化、轻量化、模块化等需求也随之提高，大力推动了开关电源技术的迅速发展。本文主要研究高功率密度小功率DC-DC模块电源拓扑以及提高模块电源功率密度、能量转换效率的方法。通过提高开关频率，减小模块电源无源器件的体积，同时应用软开关技术、同步整流技术减小开关器件的损耗，提高电源效率，以减小散热片的面积，进一步提高电源的功率密度。本文采用Powersim公司的PSIM软件做仿真研究

5、，相比于其他的电力电子仿真软件，其具有仿真速度快、功能模块齐全且可配置性强、容易上手等优点。文中首先对三种常用于小功率开关电源主电路拓扑的基本工作原理和各自的优缺点进行了分析，最后确定以Buck型变换器作为模块电源的主电路拓扑。其次，以一个输入5~12V、输出3.3V/33W并工作在250kHz的高频模块电源为目标，对Buck型拓扑主电路以及反馈回路进行分析与设计，计算选择相应的元件参数，应用PSIM软件的SmartCtrl组件对反馈回路的3型误差放大器进行设计，并通过仿真验证系统的闭环稳定性，分析主开关的

6、电压、电流应力，以此作为之后设计的软开关电路性能分析的基础。再次，针对模块电源高频化带来的“硬开关”损耗高、开关器件工作环境恶劣等问题，引入了组合吸收电路、Buck型ZVS-PWM电路以及应用同步整流技术的Buck型ZVS-PWM电路，文中分析了它们的工作原理，并在之前设计的Buck型变换器的基础上对上述三种软开关电路的主电路和控制策略进行了设计。通过仿真验证了这三种软开关电路的引入在保证主电路稳定性能的基础上，分别从一定程度上改善了开关器件的工作应力；Buck型ZVS-PWM电路提供了主开关零电压导通条件

7、，减小了主开关导通时的交叠损耗，很大程度上提高了模块电源的效率；同步整流技术的应用则减小了电路中的传导损耗，进一步提高了效率，使电源的效率达到90%以上。最后，总结全文所做的工作，指出研究中的不足以及下一步的工作。关键词：开关电源功率密度模块电源软开关同步整流PSIMI高功率密度小功率DC-DC模块电源的研究ABSTRACTABSTRACTInrecentyears,withtherapiddevelopmentoftheswitchingmodepowersupplyindustry,theswitchi

8、ngmodepowersupplytechnologyhasbeenwidelyusedinthefieldoftheconsumerelectronics,communications,industrialpowersupplies,thedemandforhigh-frequency,smaller,lightweight,andmodular,stronglypushesthedevelopmentofth