高频开关电源设计
目录
引言 (1)
1本文概述 (2)
1.1选题背景 (2)
1.2本课题主要特点和设计目标 (2)
1.3课题设计思路 (3)
2SABER软件 (4)
2.1SABER简介 (4)
2.2SABER仿真流程 (5)
2.3本章小结 (5)
3三相桥式全控整流器的设计 (7)
3.1工作原理 (7)
3.1.1 三相桥式全控整流电路的特点 (8)
3.2保护电路 (8)
3.2.1 过电压产生的原因 (8)
3.2.2 过压保护 (8)
3.2.3 过电流产生的原因 (10)
3.2.4 过流保护 (10)
3.3SABER仿真 (13)
3.3.1 设计规范 (13)
3.3.2 建立模型 (13)
3.3.3 仿真结果 (14)
3.3.4 结果分析 (16)
3.4本章小结 (16)
4功率因素校正技术 (16)
4.1谐波 (16)
4.1.1 谐波的危害 (16)
4.1.2 谐波补偿和功率因素校正 (17)
4.2有源功率因数校正 (17)
4.2.1 APFC技术分类 (17)
4.2.2 临界导电模式APFC的控制原理 (18)
4.2.3 功率因素校正电路的缺点及解决方法 (20)
4.3本章小结 (20)
5软开关功率变换技术 (21)
5.1软开关技术的提出 (21)
5.1.1 开关损耗的成因 (22)
5.2软开关技术 (23)
5.2.1 软开关技术的一般实现方法 (24)
5.2.2 软开关的发展历程主要分类 (26)
5.3本章小结 (26)
6双管正激变换器的设计 (27)
6.1工作原理 (27)
6.2SG3525的功能介绍以及应用 (28)
6.2.1 SG3525基本工作原理和应用特点 (29)
6.2.2 SG3525在双管正激开关电源中的应用 (29)
6.3启动电路的改进 (31)
6.4SABER仿真 (31)
6.4.1 设计步骤简介 (31)
6.4.2 设计规范 (32)
6.4.3 开环设计（功率电路设计） (32)
6.4.4 调制器设计和闭环仿真 (36)
6.5仿真结果 (39)
6.6本章小结 (39)
7BOOST变换器的设计 (40)
7.1工作原理 (40)
7.2SABER仿真 (42)
7.2.1 设计规范 (42)
7.2.2 参数设计 (42)
7.2.3 仿真结果 (43)
7.3本章小结 (44)
8系统集成调试 (45)
9结论与展望 (46)
谢辞 (47)
参考文献 (48)
附录 (49)
引言
人类已经进入工业经济时代，并处于转入高新技术产业迅猛发展的时期。电源是向负载提供优质电能的供电设备，是工业的基础。
电源涉及功率半导体器件，综合电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术等多学科的边缘交叉技术。随着科学技术的发展，电源技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关。在现代通信，电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防以及某些高新技术中发挥着重要作用。
开关电源是直流电源系统的一个重要组成部分。高频开关技术是采用高频功率半导体器件和脉宽调制(PWM)技术的功率变换技术。其发展方向是高频，高功率因素，抗干扰和模块化，其中进一步实现高频化是开关电源的发展趋势，同时软开关技术也成为开关电源的主流技术，由于工作频率高，电路中的滤波电感和电容的体积可大大缩小；同时，高频变压器取代了工频变压器．则变压器的体积减小、重量降低；另外，由于开关管高频工作，功率损耗小，因而开关电源效率高。开关管一般采用PWM控制方式，稳压稳流特性极佳。
现在应用于开关电源技术的仿真软件已有多种，它们有通用的软件，也有专业的软件，其中通用的最具影响的是PSPICE 和MATLAB。PSPICE 是美国加州大学伯克利分校推出的集成电路分析软件SPICE 的微机版，广泛应用于电子电路的设计。早期的MATLAB 主要应用于控制系统的仿真和分析，经过不断扩展已经成为包括通信、电气工程、优化控制等诸多领域的科学计算软件。虽然上述两个软件均可用于开关电源系统的仿真，但是笔者认为开关电源技术作为一门跟实践紧密联系的课程，采用专业级的仿真软件效果将会更好，因此本次设计将采用专业级的电源仿真软件-SABER。
本文应用高频开关PWM技术，设计了一种开关频率50KHZ的高频开关电源，系统主电路包括三相桥式全控整流器、双管正激变换器、BOOST变换器。根据题目要求，应用SABER软件对上述几个电路进行了原理性仿真测试，并对仿真结果进行了分析。
1本文概述
1.1 选题背景
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET 构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。
从开关电源发展史来讲，如今已经走到第五代。第一代是70年初，那时候从线性电源开始走向开关电源；第二代是1976开始取得UL安规认证；第三代从80年代中期开始，开关电源走向全球通用，因此电源的开发就不能局限在北美或者日本市场，输入电压要考虑85~265V范围内，同时欧规和其他安规都要考虑进来；第四代在90年中期，欧盟要求EMC(电磁兼容)，包括PFC方面的高次谐波要求；现在进入了第五代，2006年7月，欧盟将强制执行ROHS条例，以限制有毒物质的使用，新一代的电源产品就这样诞生了。
开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。
近年来，开关电源已广泛应用于电力，通信，交通等各个领域，并取得了显著的经济效益。随着开关器件以及磁性材料性能的不断改进，开关频率逐步提高，功率逐步增大，开关电源的性能也更加优良。相关技术的发展和开发软件的改进，也使开关电源的研发水平大大提高。
1.2 本课题主要特点和设计目标
高可靠性、高电气指标等特征，使得开关电源具有更强的竞争力，应用领域不断扩大，高频开关电源向着高频、高效、高功率因素发展，必然将有更多更好的新技术出现，来不断完善它。
本文通过对开关电源的工作原理进行探究，分析了提高电源性能的新技术，设计了主体电路，分析了控制保护电路，并用SABER软件对电路进行原理性仿真模拟。
本课题所设计的开关电源，具体要求如下：
(1)输入：三相交流输入380V，在±10％变化内；
