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摘要高压电源在日常的生产、生活中有着广泛的应用，尤其在军事、医疗、射线类探测器和静电喷涂等技术领域。
传统的高压电源多采用线性技术，这种结构形式造成电源变换效率低，体积大，重量沉，操作维修不方便。
随着电源技术的发展，人们对高压电源的转换效率和带负载能力提出了更高的要求。
开关电源相对于线性电源有体积小，重量轻，效率高的优点，已经成为电源行业的主流形式。
本论文设计研究了一种以单片机和脉宽调制（PWM）技术为基础的高压开关电源。
该电源由飞思卡尔MC9S12XS128单片机产生和控制PWM波形，采用全桥变换，经高频变压器升压，输出1000V电压。
该电源采用数字调节，模数电路相互结合，具有输出电压高，纹波小，输出功率较高等优点。
关键词：开关电源桥式变换器高频变压器单片机AbstractHigh-voltage power supply is applied broadly in daily life and production, especially used in military, medical, class-ray detector and electrostatic spraying. Traditional high-voltage power supply mainly adopt technology of linear power supply such type ofstructure makes the whole Efficiency of power supply below, large, heavy and operation and maintenance which is not convenient.With the development of power technology, people have a higher demand on the conversion efficiency of the the high-voltage power and load capacity.Switching power supply have the advantages of small size, light weight, high efficiency relative to the linear power.,it have become a mainstream form of the Power industry.This paper studies a single-chip design and pulse width modulation (PWM) technology-based high-voltage switching power supply.PWM waveform of the the power supply was generated and controlled by by Freescale MC9S12XS128 m icrocontroller，using full bridge,the high-frequency step-up transformer,1000V output voltage.The power supply with digital adjustment,modulus combined circuit,it has the advantage of a high output voltage, ripple, the higher power output and so on.Keywords: Switching power supply Bridge converter High-frequency transformer Microcontroller目录摘要 0Abstract 0第1章绪论 (3)1.1 课题研究的背景 (3)1.2 研究的目的及意义 (4)1.2.1课题研究的目的 (4)1.2.2课题研究的意义 (4)1.3 高频开关电源的发展情况 (4)1.3.1开关电源的发展情况 (4)1.3.2高频开关电源的主要新技术标志 (4)1.4 隔离式高频开关电源简介 (6)第2章高频开关电源的总体设计 (7)2.1 主电路的选择 (7)2.2 控制电路的选择 (8)2.3 电流工作模式的方案选择 (8)2.3.1电流连续模式分析 (8)2.3.2电流断续模式分析 (8)2.4 综合结构电路图 (9)第3章开关电源输入电路设计 (9)3.1 整流技术 (9)3.1.1 交流输入整流滤波电路原理 (9)3.2整流电路 (10)3.3输入尖峰电压保护 (10)第4章开关电源主电路设计 (11)4.1 全桥变换器电路的工作原理 (11)4.2 开关晶体管的设计 (12)4.2.1器件介绍 (12)4.2.2.功率MOSFET的结构和工作原理 (12)4.2.3.功率MOSFET的主要特点 (13)4.2.4MOSFET的导通特性 (13)4.3 高频变压器的设计 (14)4.3.1磁芯材料和结构 (14)4.3.2绕阻计算 (15)4.3.3绕阻的绕制 (16)第5章开关电源控制电路设计 (16)5.1基本原理 (16)5.2器件简介 (16)5.3脉冲宽度调制模块 (18)5.4 A/D模块 (19)5.5软件设计部分概述 (20)5.5.1 程序设计方法 (20)5.5.2 软件设计步骤 (20)5.6单片机系统设计时应注意的问题 (21)第6章辅助电路的设计 (22)6.1辅助电源的设计 (22)6.2MOSFET驱动电路 (22)6.2.1器件介绍 (22)6.2.2电路结构分析 (23)6.3输出滤波电路的选择 (23)第7章展望与总结 (24)致谢 (25)参考文献 (26)第1章绪论1.1 课题研究的背景开关电源已有几十年的发展历史。
高频高压开关电源的设计的开题报告
一、研究背景和意义
高频高压开关电源是一种电能转换和控制的工具，广泛应用于无线电通讯、雷达设备、医疗设备等领域。
近年来，随着科技的发展，人们对高频高压开关电源的性能和应用范围的要求也越来越高，这就要求我们必须研究和开发出更加先进、可靠的高频高压开关电源。
二、研究目的
本研究的主要目的是设计一种高效率、高稳定性、高精度、高可靠性的高频高压开关电源，以满足现代化科技的需要，同时提升工业生产和实用性。
三、研究方法
本研究采用理论研究和实验验证相结合的方法，首先根据电路理论和电子学原理设计电路，并模拟分析电路的性能，最后在实验中对电路进行验证。
四、预期结果
本研究的预期结果是设计出一种长时间稳定工作，精度高，效率高的高频高压开关电源，满足现代科技发展的要求。
五、研究内容和进度
1. 研究高频高压开关电源的基础理论和电子学原理，了解高频高压开关电源相关的研究进展和应用；
2. 设计高频高压开关电源的电路方案，进行仿真分析；
3. 制作电路并进行实验测试，验证电路方案的可行性和稳定性；
4. 进行实验数据分析和总结，得出本研究的结论。
六、研究意义和实际应用
高频高压开关电源是现代化科技的重要组成部分，其在无线电通讯、雷达设备、医疗设备等领域有着广泛的应用。
设计出更加先进、可靠的高频高压开关电源对于推动现代化科技的发展，提升工业生产和实用性，具有重要的意义和实际价值。
一种大功率可调开关电源的设计方案设计方案：大功率可调开关电源一、引言在现代电子设备中，大功率可调开关电源被广泛应用于各种场合，如工业自动化设备、通信设备等。
本文旨在设计一种大功率可调开关电源，满足高效率、稳定性和可调性的需求。
二、电源拓扑结构选择在设计大功率可调开关电源时，选择合适的电源拓扑结构是关键。
常见的拓扑结构有单相桥式、全桥式、半桥式等。
鉴于本设计要求大功率输出，采用半桥式拓扑结构。
三、开关功率器件选取在选择开关功率器件时，需要考虑其导通电阻、开关速度以及工作温度等因素。
本设计选取高性能的MOSFET作为开关功率器件，具有低导通电阻、快速开关速度和良好的热耐受性。
四、控制电路设计为了实现大功率可调输出，需要设计合适的控制电路。
控制电路主要包括反馈信号采集、控制信号产生和保护电路等。
1.反馈信号采集：采用外部反馈电路监测输出电压和电流，并将反馈信号送至控制电路。
2.控制信号产生：采用PWM（脉宽调制）技术产生控制信号，通过对开关器件的开关时间比进行调节，实现输出电压的调节。
3.保护电路：为了确保开关电源的稳定性和可靠性，需要设计过压保护、过流保护以及温度保护等保护电路。
五、过渡过程优化设计由于大功率可调开关电源在输出电流和电压的调整过程中，容易出现过渡过程中的不稳定情况，需要进行优化设计。
1.输出滤波电路：采用适当设计的LC滤波电路，在输出端滤除高频噪声和谐波，确保输出电压和电流的稳定性。
2.脉宽调制优化：通过对控制信号的优化，减少输出电压和电流调节过程中的波动。
3.反馈控制算法：采用先进的控制算法，如PID控制算法，提高输出电压和电流的稳定性。
六、输出电路保护设计在大功率可调开关电源设计中，保护电路的设计尤为重要。
常见的保护功能包括过压保护、过流保护、过温保护等。
1.过压保护：通过监测输出电压，当输出电压超过预设范围时，立即切断开关器件，以防止输出负载受损。
2.过流保护：通过监测输出电流，当输出电流超过预设范围时，立即切断开关器件，以避免开关器件和输出负载过载。
一款2KW高频开关电源电路的设计方案及实现
大量集成电路、超大规模集成电路等电子通信设备日益增多，要求电源的发展趋势是小型化、轻量化。
本文主要针对滤波电感、电容和变压器的体积和重量比较大，因此提出了一款2KW高频开关电源电路的设计方案，通过方案中的电源电路的设计方法，达到了以减少它们的体积来实现小型化、轻量化。
引言
我们可以通过减少变压器的绕组匝数和金减小铁心尺寸来提高工作频率，但在提高开关频率的同时，开关损耗会随之增加，电路效率会严重下降。
针对这些问题出现了软开关技术，它利用以谐振为主的辅助换流手段，解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关电源能高频高效地运行，从20世纪70年代以来国内外就开始不断研究高频软开关技术，目前已比较成熟，下面以方案中2KW的电源为例进行设计。
设计内容和方法
1、主电路型式的选择
变换电路的型式主要根据负载要求和给定电源电压等技术条件进行选择。
在几种常用的变换电路中，因为半桥、全桥变换电路功率开关管承受的电压比推挽变换电路低一倍，由于市电电压较高，所以不选推挽变换电路。
半桥变换电路与全桥变换电路在输出同样功率时，半桥变换电路的功率开关管承受二倍的工作电流，不易选管，输出功率较全桥小，所以采用全桥变换电路。
传统的全桥变换电路开关元件在电压很高或电流很大的条件下，在门极的控制下开通或关断，开关过程中电压、电流均不为零，出现重叠，导致了开。
新型模块式高频高压大功率开关电源的设计1、问题的引出 1.1 电力电子技术的发展在电力电子技术中，开关电源占有重要地位，而现代电力电子技术的繁荣与开关电源（特别是高频开关电源）的发展紧密联系在一起，则高频化是现代电力电子技术焦点之一。
但现代高频开关电源技术的进步得力于新理论、新技术、新器件、新材料的支持。
其应用空间迅速扩展，除了计算机、电机变频控制、电悍、电镀、电感加热、超声波加工（清洗）等所用的变流设备在原有基础上升级换代外，荧光灯和新型电光源的镇流器，现代办公设备、通讯装置、运载工具、移动军事装置、航空、航天、航海装置等，都开始将注意力转向以高频变换为代表的现代电力电子技术，许多新的应用领域中其热点也陆续发展并选中高频开关电源(DC/AC)。
1.2 市场的需要在上述这些应用领域中很重要的是要求高可靠的高频高压大功率的开关电源。
根据现代电力电子技术关于高频电源电路应集成化、智能化及模块化的又一特点，纵观目前市场，由于国内在此方面起步较晚，因而具备这一特点的高可靠高频大功率开关电源还处于开发研制(包括国外厂商在内)之中，即使有,也只是AC_DC 或DC_DC 的±48v、±24v等常用通讯用的开关电源。
面对这新的桃战和机遇，我们采用了日本联美兰达（NEMIC- LAMBDA）公司产的PF1000A-360 型AC/DC 功率变换模块和IPM-4M 型全桥式DC/AC 高频大功率变换模块并将其前后级相连又与高频大功率脉冲变压器T 等一起组合而成新型模块式高频(22-25)KHZ 高压(100V-120V)大功率（1000W）开关电源, 并作为信号源(或称超声波发生器)与换能器匹配组合成高声高强度超声波管道清洗机。
值此，该新型高频高压大功率开关电源设计方案作一分析介绍。
tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。
仅供参阅！。
开关电源[1]是利用现代电力电子技术，控制开关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IGBT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。
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。
目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100KHz、用MOS-FET制成的500KHz电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。
要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。
然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。
这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。
其中，为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可采用R-C或L-C缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。
不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。
这种开关方式称为谐振式开关。
因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。
一种高压开关电源的设计
汪 超
(湖南工程学院,湖南湘潭,411101)
摘要：针对精密电子设备中所要求的高电压、低电流的小功率电源系统，设计制作了一种高压开关电源。
并对高压电源的响应特性进行了测试。
制作出的电源系统具有体积小、稳定性好、响应速度快等特点。
关键词：高压电源；PWM脉冲调制；开关电路
中图分类号：TN86 文献标识码：A
Design of a High-V oltage Switching Power Supply
WANG Chao
(Hunan Institute of Engineering, Xiangtan, 411101, China)
Abstract: In order to satisfying the requirement of precision electronic systems for power supply systems, a high-voltage switching power supply was designed and fabricated. Its response performance was analyzed. The power supply has advantage of small volume, high reliability and fast response speed.
Key words: High-voltage power supply；PWM；Switching power circuit
1 引言
在复印设备、医学仪器等精密电子系统中，广泛使用高电压、低电流的小功率电源[1]。
同时要求电源系统具有重量轻、响应速度快、稳定性好、可靠性高等特点。
为了上述满足精密电子系统的要求，设计制作了一种新型高压开关电源。
该电源具有稳定性好、响应速度快等优点，能广泛应用于复印设备、医学仪器等精密电子系统中。
2 电路原理
系统原理框图如图1所示。
高压电源的输入信号来自220V的交流市电，经整流滤波后与PWM脉冲调制器的输出信号一起驱动高频变压器，通过高频变压器得到的高压电源再经整流滤波后，输出直流高压。
输出反馈信号经光电隔离后反馈给脉冲调制器，通过与脉冲调制器中误差放大器的基准电压比较，控制脉冲调制器的输出占空比，以调节输出电压。
图1系统原理框图
3 控制与驱动电路设计
3.1 PWM控制电路
系统采用的PWM调制器为SG3524型号[4]的芯片，电路如图2所示。
在芯片的电源信号入口端并联一电容C2构成一个软启动电路。
设计软启动电路的目的是防止在电源突然开通时产生的过大电流对芯片造成冲击。
在刚通电时，电容两端电压不能突变，它的电压随外部电源对其充电而逐渐升高，经过一段时间后，电路进入正常工作状态。
这样保证了输入电压缓慢地建立起来，确保芯片不受损坏。
输出电路的开关功率管选用MOS功率管。
由于功率管是在高频状态下工作会产生振荡。
为
了消除这种寄生振荡，应尽量减少与功率管各管脚的连线长度，特别是栅极引线的长度。
若无法减少其长度，可以串联小电阻，且尽量靠近管子栅极。
图中R3既是功率管的栅极限流电阻，又与R4一起消除功率管工作时产生的寄生振荡。
图2 PWM电路图
3.2 变压器驱动电路
高压变压器驱动电路见图3。
图3 高压变压器驱动电路
驱动电路采用单端驱动工作方式，这种电路简单、工作可靠性高。
功率管由来自SG3524芯片的信号驱动。
11、14脚的单端并联输出。
当SG3524输出高电平时，功率管导通，在电感L中储能；输出低电平时，功率管截止，导致流过电感L上的电流突然下降为零，L产生反电势。
该反电势的脉冲电压加在高频变压器的输入端，驱动变压器工作。
同时，电感L作变压器的阻抗匹配元件。
由高频变压器输出的交流电压经二极管VD2、VD3进行整流倍压后，再经C2滤波，得到高压输出。
3.3采样反馈电路
反馈回路中，对输出电压信号的取样，采用在输出端并联电阻，再将高压经电阻串联衰减的方法实现。
R3、R4、R W为电压取样反馈电阻。
电压经隔离反馈后，从SG3524芯片的1脚输入，控制占空比，进而调节输出电压，达到稳压的目的。
其稳压原理是：若输出电压偏高，采样反馈的信号也偏高，与SG3524中误差放大器的基准电压比较后的电压偏低，导致占空比的宽度变窄，引起输出电压下降；反之亦然。
R W是可调电阻，通过调节R W来调节输出电压。
4 性能测试
系统的输出电压通过取样电阻R W来调节，改变可变电阻的值可以改变输出电压。
图4是取样电阻R W为20kΩ时的输出电压波形图。
由图中可以看出，输出电压从0V上升到5kV的响应时间为
0.5s左右，电源系统具有较快的响应速度。
同时，由图（b）中的电压波形局部放大图可见，输出电压为5000V时，其最大电压波动小于5%。
(a) 输出电压响应图(b) 电压波形局部放大
图4可变电阻为20kΩ时的电压输出波形图
当R W调节至10kΩ时，电压输出如图5，此时输出电压约为2500V。
与图4（a）比较可以看出，此时高压电源的响应速度有所提高，而稳定性基本不变。
同时，由图4与图5还可以看出，输出电压与调节电阻成线性关系，高压电源具有良好的可控性
图5可变电阻为10kΩ时的电压输出波形图
5 结 论
采用单端反激式变换器，设计制作了一高压开关电源。
通过对所制作电源的性能测试可以得出，此高压开关电源具有体积小、稳定性好、响应速度快等优点。
能广泛应用于要求高电压、低电流的小型电源系统中。
本文作者创新点:
1. 在本开关电源采用的PWM调制器芯片的电源信号入口端并联一电容,构成一个软启动电路。
防止了在电源突然开通时产生的过大电流对芯片造成的冲击。
2. 本开关电源设计了一电压采样反馈电路, 对输出电压隔离反馈后, 从PWM调制器芯片输入, ,从而调节输出电压，达到稳压的目的。
3. 本开关电源具有重量轻、响应速度快、稳定性好、可靠性高等特点, 广泛使用在要求高电压、低电流的小功率电源的精密仪器电子系统中。
项目经济效益: 已应用在某医学仪器上批量生产(18万元)
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作者简介：汪超（1970-）,男（汉族），湖南醴陵人，讲师，硕士，研究方向为计算机控制、数字图象处理。
Biography：Wang Chao(1970-),Male(Han nationality), Liling,Hunan, Lecturer,Master,Research:Computer control 、Digtal image processing。
