10KV/3A直流开关电源的设计与研发

摘要

随着开关电源技术的不断发展，电力电子器件的性能不断提高，使得开关电源的转换效率与可靠性越来越高，日渐成熟的数字化控制系统使其应用越来越广泛。为了满足工业实际应用对于电源系统小型化和智能化的需求，开关电源的研发逐渐趋于模块化和数字化的方向。本文介绍了一种大功率高压开关直流电源设计方案，该电源基于模块化思想完成了电源硬件电路设计，以Ansoff仿真和AnsysMaxwell仿真来实现高频大功率变压器的优化设计，并以DSP处理器为控制核心实现了数字化电源控制系统。本文主要从以下几个方面开展了设计与研发:
　　1、针对10KV/3A直流开关电源的实现方案进行了分析，完成了开关电源的电路系统设计，从原理上分析了主要元器件的选型依据及硬件电路组成，并阐述了其工作原理及特点。
　　2、明确了开关电源中高频大功率变压器的设计难点，分析了它的等效电路与磁芯材料的选择，并对其参数与损耗计算进行了理论分析，然后以计算机仿真分析为基础，建立了变压器设计的仿真流程。通过Ansoft软件建立了变压器的3D模型，通过高频变压器3D仿真实例介绍了变压器Ansoft磁分析的仿真设计流程，最后通过Ansoft磁分析与Ansys热分析耦合实现了变压器的散热分析，从而完成了变压器的优化设计。
　　3、基于TI公司DSP控制器TMS320F2809，实现了反馈控制回路的硬件设计和软件开发，主要完成了基于分布式设计的温度保护控制以及基于增量式PI算法的移相全桥控制方案。最后以实际控制模块为基础，设计了电源控制系统的调试流程，完成了电源系统的调试。

目录

摘要

1 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要工作内容和章节安排

2 系统总体设计及主电路分析

2．1 功能需求分析

2．2 总体设计方案

2．3 调压模块原理与设计

2．3．1 整流电路原理

2．3．2 滤波电路设计

2．4 逆变模块原理与设计

2．5 整流输出模块设计

2．6 主电路的工作原理

2．7 本章小结

3 高频变压器设计

3．1 高频变压器的研究难点

3．2 高频变压器电路特性分析

3．2．1 高频变压器的等效电路

3．2．2 高频变压器的分布参数

3．2．3 高频变压器的损耗分析

3．3 大功率高频变压器的优化设计

3．3．1 磁芯材料选择

3．3．2 变压器设计的实用计算

3．4 大功率高频变压器的仿真分析

3．4．1 有限元仿真软件简介

3．4．2 高频大功率变压器设计方案

3．5 本章小结

4 电源控制模块设计

4．1 采样调理模块的设计

4．1．1 采样电路设计

4．1．2 采样调理模块的设计

4．2 反馈控制模块的设计

4．2．1 增量式PID控制设计

4．2．2 分布式温度保护控制子系统设计

4．2．3 移相全桥控制系统设计

4．3 电源控制系统设计与调试分析

4．4 本章小结

5 全文总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研工作情况

致谢

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