关键词： DC-DC开关电源   单电感双输出电源   次级纹波控制   次级斜坡补偿   高速高精度比较器  

摘要： 信息技术的发展催生了可携式电子设备的广泛使用，可携式产品要求体积小、结构紧凑、响应迅速，因此需要低功耗、高效率、小面积、快速响应的电源电路。单电感多输出直流-直流(DC-DC)开关电源，只采用一个片外电感，就可以实现任意多路输出，使开关电源的重量和体积大大减小，从而节省了开关电源的成本。\n 本论文在标准DC-DC开关电源基础上，重点介绍了单电感多输出开关电源的研究现状。在分析已有单电感多输出结构的基础上，提出了一种主回路采用峰值电流型控制、次回路采用纹波控制的新型单电感双输出(Single-InductorDual-Output,SIDO)降压型开关电源。对于此次级纹波控制结构，本文建立了系统模型，然后基于完整的系统模型，对双输出结构中的主要问题进行了分析并提出了解决方法:采用高速高精度的次级纹波控制模块降低交调耦合并提高瞬态响应;采用轻载PSM模式和分段驱动提高效率;采用飞电容并优化片外滤波电容降低纹波和毛刺;采用主级和次级分别斜坡补偿提高系统稳定性，最终对上述方法进行了流片验证。\n 本论文提出的新控制结构SIDO开关电源使控制回路变得简单，同时也使瞬态响应速度变快，交调耦合和纹波变小。经过流片后实测，其开关频率为1.27MHz，两路输出分别为1.8V和1.2V，在负载100mA/60mA下稳态误差分别为0.14％和4.4％，两路输出负载的典型值为100mA/60mA、200mA/200mA、50mA/200mA和20mA/20mA并可以在大范围负载条件下稳定，输出纹波和毛刺的典型值为49mV，峰值效率为89.5％，轻载效率在80％以上，在170mA负载跃变的条件下瞬态响应时间典型值为9个开关周期(7.1μs)，交调耦合的典型值为0.4mV/mA(5.7％)，芯片测试结果基本符合设计指标，验证了本文提出的SIDO的控制拓扑和优化策略。

关键词： 直流开关电源   数学建模   模糊自适应PID   高功率因数  

摘要： 大功率开关电源是工业生产中重要的电能供应环节，其功率水平、能耗水平、电能质量、智能化程度等不断的提高对工业生产效率起到了巨大的推动作用。微处理器的不断发展、更新换代和广泛应用更加促进了电力电子变换器控制技术从模拟控制向数字控制转变。本文根据项目要求，通过对移相全桥DC/DC变换器的深入分析，进行基于DSP的开关电源数字控制系统的研究设计。\n 数字电源控制器的设计通常依赖电路数学模型，通常开关电源建模只考虑系统中的主要参数，而忽略了实际电路中开关管导通损耗、变压器漏感、变压器原副边绕组电阻、变比、输出滤波电感、电容的等效串联电阻影响。这样近似得到的数学模型与实际电路特性存在较大差距，围绕这个问题，本文对DC/DC开关变换器的数学建模进行了深入分析。对比了模糊自适应PID与传统PID的控制性能，在此基础上设计了以TI公司的TMS320F2812为核心的移相全桥变换器闭环控制系统，并且，围绕系统网侧高功率因数指标，将有源功率因数校正技术应用到本系统中，进行了理论研究。\n 搭建单路60kW的电源实验样机，进行了相关实验。实验结果验证了所做分析与设计的可行性和正确性。

关键词： 高压直流开关电源   移相全桥   数模混合   控制方案   闭环控制   变换器  

摘要： 随着军事、航空以及医学领域的不断发展，寻求一种高压直流电气系统已经成为一种趋势。高压直流电气系统具有较高的效率以及控制精度，通过数模混合的方式将整个电气系统进行整合可以增强系统的稳定性，本文将对模块化高压直流开关电源数模混合控制系统进行深入研究。\n 本文首先选取带钳位二极管的零电压开关(ZVS)移相全桥变换器作为研究对象，分析其工作原理并针对一些关键性的问题给出合理的设计思路，这样保证研究对象可以稳定的工作。接下来从被控量与控制量的关系入手，建立主电路的数学模型为控制系统的设计作铺垫。其次，为了达到高精度、高可靠性的电源系统的控制要求，设计了合理的控制方案，通过PIC单片机以及移相控制芯片UCC3895设计了具有限流功能的电压闭环控制系统以及满足大功率负载并联要求的均流控制系统，充分的发挥了数字、模拟芯片的各项功能。最后，对各个测控模块进行单独设计，一方面通过单片机实施检测并输出显示，另一方面利用UCC3895进行过温、过流、过压等各种保护电路的设计，实现真正意义上的数模混合控制，使整个电源控制系统更加可靠。\n 为了验证主电路参数以及控制系统设计的正确性，本文结合了ORCAD/PSPICE以及MATLAB/SIMULINK对主电路模型以及控制系统设计进行仿真验证，此后成功研制出一台2.7kW/80kHz的实验样机，实验测试波形及数据表明:主电路参数设计合理，开关管实现了ZVS，电压尖峰得到抑制;此外，控制系统实现了各项保护功能且能通过LED灯显示，满足电源系统的性能指标，具有较好的动、静态性能。

关键词： 开关量信号   差动保护   高压直流   正常运行   信号发生   信号丢失   直流工程   运行工况  

摘要： 当系统正常运行时,一旦因电源信号丢失等原因引起开关量信号发生不正常变位,保护就有可能不正常动作。在向家坝-上海±800kV高压直流工程的某些差动保护中,为了适应不同的运行工况。

关键词： 直流系统   长电缆   分布电容   环网故障   接地故障检测  

摘要： 直流系统的可靠性、安全性直接影响到电力系统供电的可靠性和安全性,本文详细介绍了直流系统的构成与等效电路,并对直流系统几种接地故障类型进行了介绍和分析。 本文从金桥热电厂升压站在送电后,开关出现多次跳闸的故障出发,在分析故障原因后,确认都与电厂的直流系统相关,发现由于直流系统中正、负极母线的对地电容、长电缆的电容效应,使直流系统在未出现故障或者发生正负极单点接地,均可能出现保护误动,故而在理论上做一个详细的分析研究,分析金桥电厂开关频繁误跳的原因,断定都是由直流系统故障引起的,本文对直流系统故障的原因与类型做了归纳。有的放矢地对发电厂进行了改造。同时,为防患于未然,针对以上的理论研究与分析,制定了四项措施,电厂模拟了直流母线正极、负极死接地及交流串入直流系统,未出现母联开关误跳,证明了改造的有效性。 本文对直流系统故障的原因与类型,长电缆分布电容对保护的影响,重点分析了由两套或多套直流系统出现电气连接现象后,形成环网故障的特点。国内外直流系统接地故障的检测原理及优缺点等方方面面都做了细致的研究,这些工作都为发电厂变电站直流系统设计与安全稳定运行管理做好了前期的准备。最后对所做工作进行总结,并举一反三,提出后续工作及期望。

关键词： 无轴承电机   开关电源   反激式  

摘要： 无轴承电机具有无摩擦、转速高、机械结构紧凑等优良特性，因此在高速旋转机械领域具有广泛的应用前景。无轴承电机控制系统中有DSP控制器、功率驱动模块、采样电路以及保护电路等，为了保证系统正常工作，要求供电电源具有精度高、稳定性好、体积小等特点，因此设计高可靠性的供电电源，对提高无轴承电机控制系统的整体性能至关重要。 本文是针对无轴承电机控制系统，为其DSP控制器、功率驱动模块和相关电路设计一套稳定性高、体积小的供电电源。由于传统线性电源具有精度低、体积及重量较大等缺点，本文基于小功率反激式开关电源技术设计系统的供电模块，以达到高效、节能、轻便、紧凑等目的。 本文分析了无轴承电机控制系统中硬件电路的供电要求，研究了目前高精度电源技术的相关理论和关键技术，选取了相应的技术方案。通过分析开关电源中常见变换器的拓扑结构及原理特性，给出了常用变换器的优缺点和设计开关电源时的选用原则，在此基础上完成了反激式开关电源系统的设计，并给出具体模块电路的详细设计。整个设计过程主要包括主电路和控制电路的设计，详细给出了整流电路、高频变压器、RCD箝位电路和UC3842外围电路的设计原则和参数计算过程。使用Saber软件对所设计的开关电源中的各部分进行建模并仿真，分析了电路参数改变时对模型性能的影响，并以仿真结果为依据进一步修改了部分参数。 最后，根据PCB的设计规范制作出开关电源实验板，通过对所设计的开关电源进行性能测试和实验分析，验证了各项性能指标均达到设计要求，电源输出稳定，性能良好。

关键词： 直流电源系统   高频开关电源   PWM软开关技术   均流技术   集成芯片UC3907  

摘要： 随着电力工业的迅速发展,为提高电网的供电质量,使电网安全、经济运行,并实现电力系统的自动化,从而对电力控制系统的关键设备——控制电源的要求也越来越高。变电站内的继电保护、自动装置、信号装置、事故照明和电气设备的远距离操作,一般采取直流电源,所以直流电源的输出质量及可靠性直接关系到变电站的安全运行和平稳供电。基于高频开关电源的大容量直流系统因其性能可靠、效率高、寿命长等优点,成为了现代电力操作电源系统中的重要组成部分。 本文首先给出了直流电源系统的整体设计规则,分析了直流电源系统高频开关电源模块的工作原理。结合GZDW型直流电源,对直流电源系统的关键模块和技术进行了详细的研究。由于高频开关电源对蓄电池组的寿命及整个系统的各项性有着直接的影响,而传统的充电模块采用的相控整流技术存在着输出电压纹波大,谐波污染严重,转换效率低,系统体积庞大等弊端。当前采用的全桥移相PWM软开关技术的高频开关电源却可以解决上述问题。该系统采用并联的模块化结构,以IGBT作为功率开关器件,构成全桥开关变换器,系统主电路逆变部分采用了脉宽调制技术(PWM)实现对电压的调整。同时,多个独立的模块单元并联工作,采用最大电流自动均流的控制方法,从输出端实时采样电压、电流反馈信号,控制输出电压和电流的变化,从而提高系统的可靠性和安全性。 本文对用于变电站直流电源系统的均流控制作了深入的分析,详细比较了几种的均流控制方法的特点,最后对基于最大电流法的均流控制集成芯片UC3907的应用进行了研究。

关键词： 开关电源   功率因数校正   软开关   LLC谐振  

摘要： 近年来，电源技术无论在理论研究，还是生产应用方面都取得了许多成果和长足的进步。开关电源的研究涉及电力电子、自动控制等技术领域，软开关、高功率因数是开关电源的重要研究方向。因此，PFC和软开关PWM技术作为成熟的技术，近些年来在中、小功率乃至大功率开关电源中得到普遍的应用。 本文研究设计了一种具有功率因数校正和软开关技术的高效率开关电源。该电源分为前后两级，前级采用ZVT-Boost型的单相有源功率因数校正电路，后级采用半桥LLC谐振变换器。 论文首先介绍了开关电源技术的发展以及涉及到的技术领域，然后阐述了现阶段几种提高开关电源技术的新方法，最后叙述了整个系统的设计。论文中详细分析了ZVT-Boost功率因数校正的工作原理，并对功率因数校正电路的主要参数及控制回路进行了设计，然后采用Saber仿真软件进行建模，并对功率因数校正电路进行了详细的仿真分析。同时，介绍了半桥谐振变换器的特点，具体分析了半桥LLC谐振变换器的工作原理，并对半桥LLC谐振变换电路进行了相应的参数和控制设计，然后通过仿真对半桥LLC谐振电路进行了详细的分析。最后研制出了一款24V/200W的实验样机，并给出了相关的实验波形，通过实验结果分析得到电源的功率因数大于0.95，整机效率大于90%，基本达到设计指标。

关键词： 模糊自适应   DSP   移相全桥   零电压零电流  

摘要： 随着科学技术的发展，对开关电源的功率密度、效率和动态性能提出了更高的要求。通过提高开关变换器的工作频率，可以大大的减小开关变换器的体积，提高功率密度，然而提高开关变换器的工作频率后，开关损耗增加，电磁噪声增大，开关器件的电压或电流应力增加。为了解决提高工作频率所带来的问题，软开关技术被提出，采用软开关技术的开关变换器可以实现开关管的零电压或零电流开关，显著提高效率，减小电磁干扰。与其他软开关电路相比移相全桥变换器具有结构简单、控制方便，易于实现等优点，在实际中被广泛应用。 微处理器的出现促进了电力电子变换器控制技术的转变，数字控制正逐步取代传统的模拟控制，数字控制与模拟控制相比，具有控制灵活，抗干扰能力强，易于实现电力电子系统的智能化等优点，成为开关电源的发展趋势。本文通过对数字化移相全桥软开关直流变换器的分析与设计，对移相全桥软开关技术和数字控制技术进行了研究。 首先，介绍了移相全桥软开关直流变换器的种类，对移相全桥零电压零电流直流变换器的几种典型拓扑结构进行了分析，总结了各种拓扑结构的特点，选定滞后臂串二极管的移相全桥零电压零电流直流变换器作为研究对象。 其次，对滞后臂串二极管的移相全桥零电压零电流直流变换器的工作原理进行了详细分析，阐述了滞后臂串二极管的移相全桥零电压零电流直流变换器的软开关实现条件，根据课题性能指标的要求，设计了主电路元件参数，在此基础上，利用仿真软件Saber建立了主电路的仿真模型，进行了仿真分析，仿真结果表明主电路参数选择合理，满足设计要求。 然后，利用状态空间平均法建立了滞后臂串二极管的移相全桥零电压零电流直流变换器的小信号模型，在此基础上，将模糊自适应PID控制器应用到滞后臂串二极管的移相全桥零电压零电流直流变换器中，利用MATLAB软件对系统了进行仿真，仿真结果表明采用模糊自适应PID控制器的滞后臂串二极管的移相全桥零电压零电流直流变换器能获得良好的动态和静态性能。 最后，设计了基于DSP的数字控制系统，主要包括主控电路的设计，驱动电路的设计和信号调理调理电路的设计。在实验室中搭建了1000W实验样机并进行了实验，通过对实验波形的分析，可知滞后臂串二极管的移相全桥零电压零电流直流变换器成功地实现了软开关，变换器的输出满足要求。

关键词： DC/DC变换器   PFM   升压式   低输入电压  

摘要： 开关稳压电源具有集成度高、外围电路简单、转换效率高等优点，在各种电子产品中得到广泛的应用。DC/DC变换器是开关稳压电源的重要分支。DC/DC变换器有多种不同的形式。可以有升压式、降压式、升降压式等，也可分为隔离式和非隔离式，根据控制方法的不同又可分为PFM模式、PWM模式和混合调制模式等。本次论文关于UC3500的版图设计是采用PFM升压式DC/DC的转化器，适合于轻负载的情况，具有很高的效率。但因应用的场合要求，功能比较单一。可以通过对此芯片功能的扩展，增加一些功能，如输出电压可有更多的选择、增加软启动功能以避免过冲、过热关断、欠压保护等，这样可适用于更广泛的领域。 本论文采用集成电路逆向设计方法设计电路和版图。首先分析了稳压电源及DC/DC变换器的基本原理，根据功能要求和性能指标，进行了电路的总体设计；在完成电路原理分析与电路设计的基础上，对各功能模块进行了仿真、分析及设计。然后，进行了工艺设计和版图设计。电路的模拟结果显示设计满足要求，达到了设计指标；版图设计通过了DRC和LVS验证。 仿真结果表明所设计的版图满足系统稳定性、负载调整率和响应速度的设计需求，很好的实现了系统软启动和输出滤波电感充电限流功能，且具有良好的电源噪声和共模噪声抑制能力，容差性能良好。