一种基于光耦隔离的多路输出模块电源的研发

摘要

进入21世纪以来，电子设备的数量与日俱增，同时这些电子设备需要多种供电电压。电子产品正朝着集成化、小型化的方向发展，这就要求配套的供电电源也必须具有小型化的特点。由于模块电源的体积小、重量轻、功率密度高，非常适用于小型化的电子系统，这就促进了多路输出模块电源的研究与开发。当前电子产品对电能质量要求越来越高，对多路输出模块电源也提出了更高的要求，不仅要求模块电源体积小、输出电压稳定、动态特性好，而且还要求模块电源具有低电压、低纹波、交叉调整率低、输出不共地等特点。为此，论文对多路隔离输出模块电源展开研究，具有重要的实际意义。
　　通过对模块电源多种拓扑的分析对比，最终选用了反激式电路拓扑，给出了多路输出模块电源的整体架构，并对其工作原理进行了详细分析。针对电源既要多路输出而又不共地的要求，本文研究了一种基于光耦隔离加权反馈控制的多路输出模块电源，能有效的改善交叉调整率问题并实现多路输出的电气隔离。与传统的多路输出电压共用一个反馈通道的方法相比，论文提出了将每路输出的反馈电压通过光耦相互隔离并实施加权反馈控制的方法。在稳定性控制方面，通过将各自光耦的输出端并联，把光耦的输出电流信号相加形成控制电流，再经采样电阻后送到控制器，由控制器形成占空比以控制开关管的通断，从而实现多路输出电量的相对稳定。所提出的基于光耦隔离加权反馈控制方法不仅能有效降低多路隔离输出电源的成本，而且使得电路的安全性增加。
　　本文还对主电路器件选型、输入滤波部分、前级部分、控制电路设计部分、后级部分、反馈部分进行了详细分析和设计，并通过对固频和变频两类芯片的对比，选用了安森美(On Semiconductor)公司推出的绿色能源芯片NCP1351B为主控芯片，很好的满足了多路隔离输出模块电源的性能要求。
　　采用PSIM软件对控制策略进行了仿真分析，并在理论研究和分析设计的基础上，研制了一台5.2V/7A、-28V/1A、5V/4A、24V/2A四路输出的模块电源样机，并对样机进行了测试实验，测试数据表明实验样机性能达到了预期性能要求。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 多路输出模块电源国内外发展概况

1．2．1 多路输出模块电源国内外发展简介

1．2．2 多路输出模块电源未来的发展方向和趋势

1．3 开关电源拓扑简介

1．3．1 单端正激变换器

1．3．2 半桥变换器

1．3．3 全桥变换器

1．3．4 推挽变换器

1．3．5 单端反激变换器

1．4 反激式多路输出模块电源中交叉调整率问题现状分析

1．4．1 交叉调整率的基本概念

1．4．2 降低交叉调整率的研究现状

1．5 本文的主要工作和章节安排

第二章 新型多路隔离输出模块电源工作原理

2．1 多路隔离输出模块电源的拓扑选择

2．1．1 正激多路输出模块电源拓扑

2．1．2 推挽式多路输出模块电源拓扑

2．1．3 反激式多路输出模块电源拓扑

2．2 固频芯片与变频芯片

2．3 新型反激式多路输出模块电源的工作原理

2．3．1 拓扑总架构与工作原理

2．3．2 新型反激式多路输出模块电源工作状态分析

2．4 本章小结

第三章 一种光耦隔离加权反馈控制系统研究

3．1 光耦隔离加权反馈控制系统工作原理

3．1．1 光耦隔离加权反馈控制系统框架

3．1．2 光耦隔离加权反馈控制系统的优点

3．2 反馈控制中权重系数

3．2．1 权重系数介绍

3．2．2 权重系数的设计

3．3 本章小结

第四章 反激式多路输出模块电源设计

4．1 反激式模块电源的性能指标

4．2 模块电源主要电路参数的设计

4．2．1 主电路器件选型

4．2．2 输入整流滤波部分

4．2．3 前级部分设计

4．2．4 控制电路设计

4．2．5 后级部分设计

4．2．6 反馈部分的设计

4．3 本章小结

第五章 仿真和实验结果分析

5．1 基于PSIM仿真和仿真结果分析

5．2 实验结果与分析

5．2．1 测试波形及分析

5．2．2 采用光耦隔离加权反馈系统的数据分析

5．2．3 样机热稳定性测试

5．3 本章小结

6．1 总结

6．2 后续展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及科研项目

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