一种绿色模式开关电源的研究与设计

分类号密级UDC编号南华大学硕士学位论文一种绿色模式开关电源的研究与设计研究生姓名：郭忠银指导教师姓名、职称：高飞燕副教授学科、专业名称：检测技术与自动化装置研究方向：智能检测技术与智能化仪器仪表2010年5月南华大学学位论文原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南华大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年月日南华大学学位论文版权使用授权书本学位论文是本人在南华大学攻读（博/硕）士学位期间在导师指导下完成的学位论文。本论文的研究成果归南华大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人同意南华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保留学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》，并按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。同意授权中国科学信息技术研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。对于涉密的学位论文，解密后适用该授权。作者签名：导师签名：年月日年月日i目录摘要....................................................1Abstract.................................................21绪论...................................................41.1研究背景...........................................41.2研究现状...........................................41.3本课题研究工作及内容安排............................52开关电源的工作原理.....................................82.1开关电源的原理......................................82.2反激式开关电源的基本原理............................92.3正激式开关电源的基本原理............................92.4半桥电路原理......................................112.5全桥电路原理......................................132.6推挽电路原理......................................142.7开关电源的结构与线性电源的联系.....................162.8本章小结..........................................173反激逆变器的原理与电路设计............................183.1反激逆变器构成及基本工作原理.......................183.2反激变换器的缓冲电路...............................213.3输入滤波电容与变压器匝比优化设计...................233.4功率校正电路的理论基础与设计.......................253.5高频变压器参数分析与设计...........................34ii3.6电流模式PWM控制设计与软开关技术...................413.7软开关设计........................................483.8同步整流设计......................................503.9本章小结..........................................524控制环路的设计........................................534.1控制环路设计的基本要求.............................534.2控制环路的设计.....................................534.3参数优化与仿真.....................................554.4本章小结..........................................565电源系统综合测试......................................575.1测试基本原理与chroma6000ATS简介...................575.2测试数据..........................................595.3测试波形..........................................615.4本章小结..........................................656总结和展望............................................666.1工作总结..........................................666.2展望..............................................66参考文献................................................67附录A成果目录(攻读学位期间发表的论文)..................71附录B整机原理图......................................72致谢...................................................731摘要随着科学技术的发展，通信设备、消费电子产品以及仪器仪表等设备对开关电源需求迅猛增长，电源是仪器仪表的重要组成部分，绿色环保型开关电源是仪器仪表和消费电子产品电源的发展方向。目前各种电器都在大量使用开关电源，故进一步研究开关电源的工作原理，提高其可靠性，研发绿色环保型开关电源具有重要的现实意义。而所谓绿色环保型开关电源首先要求节能，其次是电源不能(或较少地)对电网以及周围设备产生污染和干扰。本论文主要研究一种用于笔记本电脑以及仪器仪表的反激式开关电源，以开关电源的稳定精度、动态性能、稳定裕度为目标,应用Matlab和PSPICE软件，深入研究开关电源的工作原理。根据其性能指标和特点，设计一种具有频率特性好、线性度高、输出电压纹波较小等优点的高效率绿色电源。本论文主要研究和设计开关电源的主要组成模块电路，包括PFC、变压器、PWM控制技术、同步整流以及控制环路设计等。从理论上推导开关电源控制环路的线性传递函数模型，通过分析零极点的布局，改善反馈网络补偿电路，使系统满足三个指标：(1)有足够大的增益以提高稳定精度；(2)为防止-40dB/10倍频程增益斜率的电路相位快速变化，系统的闭环增益频率特性曲线在0dB附近的斜率应为-20dB/10倍频程；(3)保证系统有足够大的相位裕度，要求相位裕度大于45°。最后完成电路板的制作，且采用chroma6000ATS测试和验证实验电路的性能指标。仿真结果表明开关电源的各性能指标达到要求。关键词：开关电源；绿色模式；PWM电流型模式；PFC；同步整流2ADesignandStudyofaGreenMode’sSwitchingPowerSupplyAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology，thedemandsoftheSwitchPowerSupplyforCommunication&ConsumerElectricalProductsaregrowingrapidly，andtheEnvironmentFriendlyisthedevelopmentdirectionofSwitchPowerSupply.CurrentlytheSwitchPowerSupplyiswidelyusedinthevarietyofelectricalequipments,soitisnecessarytofurtherstudytheworkingprinciple,increasethereliability,andowntheenvironmentfriendlyforSwitchPowerSupply,thesestudieshaveveryimportantrealisticsignificance.ThestudiesofGreenModeSwitchPowerSupplyincludetwoconcepts,oneistheefficientenergystorage,secondisthereducingdisturbanceandpollutionofthegridandtheperipheralequipmentsfromtheSwitchPowerSupply.Thispapermainlyresearchthestabilityprecision,dynamicperformance,stabilitymarginfortheflybackSwitchingPowerSupplyofnotebookPC,andtheworkingprincipleofSwitchPowerSupplyisfurtherresearchedinMatlabandPSPICE.Accordingtoitsperformanceindicatorsandthecharacteristics,akindofEnvironmentFriendlySwitchPowerSupplywithgoodfrequencycharacteristic,highlinearity,loweroutputripplevoltagewasdesigned.Thispapermainlypresentsthedesignofthecircuitmodulesincluded:PFC,transformers,PWMcontroltechnology,synchronousrectificationandcontrolloopdesign,etc.ThelineartransferfunctionmodelofloopcontrolofSwitchPowerSupplywasdeducedbythetheory,andimprovedthecompensationcircuitfeedbacknetworkbyanalyzingtheplacementofthezero-pole,inordertomakethesystemmeetthreeobjects:(1)Open-looptransferfunctiongainislargeenoughtoimprovethestability;(2)Inordertopreventthe-40dB/decgainslopeofthephaseofcircuitchangingrapidly,thesystem'sclosedloopgaincurveinthevicinityofthegaincrossoverfrequencyshouldb