AC-DC反激升压变换器设计开题报告

 2021-12-16 21:43:47

全文总字数:5651字

1. 研究目的与意义(文献综述)

电源是电子设备和电子产品的最重要动力,电子设备及电子产品,甚至整个用电系统的可靠性和安全性取决于电源的好坏。 随着科技进步,电力电子技术的发展,开关电源技术越来越成熟。开关电源以其体积小,效率高,可靠性好等优势获得了广泛的应用。如在led照明,计算机等高端电子设备中应用广泛。随着电子产品的功能越来越丰富,人们需求越来越大,如手机,笔记本电脑等。对于充电器,适配器中ac-dc变换器的需求也增加。一般开关电源的基本结构由升压(boost)型,降压(buck)型以及升降压(buck-boost)型这三种结构演化而成。而反激变换器便是由升降压型演化而成的。ac-dc反激变换器由于电路结构简单,可靠性高,具有电气隔离,制造成本低等优点,在led照明设备,手机充电器等中小功率场合获得了广泛的应用。

ac-dc反激变换器从出现到现今的广泛应用,其设计趋势一直向小体积,高效率,高功率因素,高可靠性,高性能等方面发展。随着集成电路的发展,开关电源逐渐向集成化方向发展,趋于小型化和模块化。1977年国外首先研制成脉宽调制(pwm)控制器集成电路,美国motorola公司、silicongeneral公司、unitrode公司等相继推出一系列pwm芯片,这些芯片的出现让变换器的结构更加简单,可靠性更高。为了实现更高的效率和更小的体积,可将工作频率提高。高工作频率能够减小外围电感和电容的大小,从而减少系统的体积。随着技术的进步,pwm芯片的工作频率也越来越高,如uc3842芯片工作频率最高达500khz。反激式变換器工作时温度较高,其可靠性主要由电解电容、光耦合器、功率mosfet等元件决定,原边反馈技术使反激式变换器结构更加简单,增强了系统的可靠性。

朱彩莲等使用uc3842芯片进行了反激变换器开关电源设计,设计电路具有精度高、纹波小、效率高、性能可靠等优点[1]。刘晓龙等人设计了基于 topswitch-gx的多输出反激式开关电源变压器,可靠性好和实用性高[2]。t j liang 和 k c tseng设计了集成升压-反激变换器 ibfc(integrated boost-flyback converter)。该电路集成了反激变换器和升压变换器来实现电路的高升压比和高效率,取得了较好的效果[3]。王天兵等人在集成升压-反激变换器的基础上, 在 boost 电路部分引入耦合电感提出了集成耦合电感的升压-反激变换器 icbfc(integrated coupled-inductor boost-flyback converter)。克服了t j liang等人在文献[3]中因占空比增加导致效率变低,成本较高,结构复杂的缺点[4]。y.t. lin等人实现了单级交直流反激变换器的一次侧控制集成电路。采用原边反馈技术使反激式变换器结构更加简单,增强了系统的可靠性,节省了成本[5]。韩志超等人提出了一种应用于原边反馈的高精度恒流控制方法。该控制方法引入原边电流斜率检测来估计真正的原边峰值电流,以此提高输出恒流精度[6]。王钊等人设计的反激变换器实现二次升压功能[7]。杨杰等人对基于原边负反馈的高精度恒流恒压ac-dc转换器进行设计研究,设计的变换器达到高精度的效果[8][9][10]。廖小军设计了一款脉冲宽度调制(pwm)峰值电流模控制的反激型ac-dc转换器xd 1576。芯片xd1576引入负载状态检测机制。提高了系统转换效率。提高了系统器件的安全和延长了使用寿命[11]。罗小青等人提出一种高效的恒压控制策略,找出系统关键参数的取值对系统损耗的影响,降低系统功率损耗[12]。yahui leng等人提出了一种没有光耦合器或辅助绕组的2.7w led驱动器。 采用新的退磁时间采样方法,将反馈电路完全集成到控制器中,减少了元件个数,降低了成本[13]。mantzanas等人设计了带有阶梯式气隙变压器的反激变换器,减少因磁芯气隙引起的损耗,相比较传统的气隙变压器效率更高[14]。changyuan chang等人提出了一种基于数字辅助技术的恒压交流直流变换器,具有快速的动态响应能力[15]。彭云华等人对反激变压器的具体参数设计给出了一般设计步骤[16]。林万芳等人在考虑到反激变压器断续与连续两种工作模式的优缺点情况下,给出了一种折中设计方案[17]

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2. 研究的基本内容与方案

本文设计内容为100khz,30w输入的ac-dc反激变压器,除了完成整个变换器主电路设计,还从基础的单端反激式变换器入手,对其核心部件变压器,对其各项参数进行研究分析,进行设计以及优化。主要工作如下:

(1)主电路设计,各器件选择;辅助电路设计,参数考虑;磁芯选择,效率分析(磁芯尺寸考虑)匝数分析、铜损计算等分析;

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3. 研究计划与安排

2.24-3.20.查阅收集相关技术资料,整理系统方案,和技术路线初步拟定。完成要求的外文参考文献的翻译工作。

3.20.完成开题报告

3.21-4.10.撰写第一阶段报告,系统整体框架,及初步硬件主电路设计,辅助电路,功能模块整定。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]朱彩莲,熊丽萍,魏海红.基于 uc3842反激式 ac-dc 开关电源设计[j].电子设计工程,2017,25(24):148-156.

[2]刘晓龙,钱 炜,孙福佳.反激式开关电源变压器的设计研究[j].机械工程与自动化,2015,2:200-202.

[3]t j liang and k c tseng. analysis of integrated boost-flyback step-up converter[j]. ieee trans. iee proc.-electr.power appl,2005,152(2):217- 225.

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