高精度循环冷却水温度控制大功率驱动电源设计

摘要

制冷单元是高精度循环冷却水系统的核心单元。半导体制冷片（TEC）利用“珀尔帖效应”可实现制冷量输出，其具有无污染、无噪声、重量轻、体积小等特点，是理想的制冷器件。高精度循环冷却水系统的制冷单元采用了多片TEC并联的方式，且对制冷精度和制冷功率提出了很高要求。
　　TEC是一种低电压、大电流的制冷器件，改变两端电压可实现制冷量的连续调节，其制冷功率和制冷精度与驱动电源功率和纹波具有直接关系。因此，研制一款大功率、低纹波、输出电压可调的TEC驱动电源具有重大意义。本文主要研究内容如下：
　　首先，根据高精度循环冷却水系统的需求和TEC的驱动特性，提出了驱动电源的设计指标。通过分析、对比国内、外TEC驱动电源的基本电路结构及输出电压调节方式，选择全桥拓扑作为驱动电源的基本电路结构，选择调节基准源的方式实现输出电压调节，并完成了基于全桥变换器的驱动电源总体方案设计；
　　其次，详细设计了驱动电源的几个关键单元电路，包括EMI滤波器电路、全桥初级吸收电路、输出LC滤波电路和缓启动电路，并给出了元件参数的确定方法；采用面积乘积法对以高频变压器和输出滤波电感为代表的磁性元件进行了详细分析、计算，确定了磁芯、匝数、线径、绕线方式等参数，并在理论上验证其符合设计要求；
　　然后，建立了驱动电源的系统小信号模型，根据自动控制理论，对驱动电源进行了系统稳定性分析，用MATLAB画出了驱动电源系统开环传递函数的波特图，结合三类补偿网络的波特图，设计了以三极点-双零点为原型的反馈补偿网络，大大提高了系统的稳定性；
　　最后，对驱动电源的主要功能性指标进行了实验测试，包括输出电压调节范围、电源输出线性度、输出功率、纹波与噪声、电源效率和频率响应。实验结果表明，本文所设计大功率TEC驱动电源的输出电压精密调节范围0~12.5V、电源输出线性度0.33％、纹波与噪声峰-峰值65mV、电源效率达到了80.6%，频率响应为1.7kHz，很好地满足了设计要求。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 课题主要研究内容

第2章 大功率TEC驱动电源总体方案

2.1 引言

2.2 TEC驱动特性及驱动电源指标分析

2.3 驱动电源拓扑结构方案

2.4 驱动电源总体方案

2.5 本章小结

第3章 驱动电源关键单元电路与磁性元件设计

3.1 引言

3.2 关键单元电路设计

3.3 高频变压器

3.4 输出滤波电感

3.5 本章小结

第4章 驱动电源系统稳定性分析与反馈补偿网络设计

4.1 引言

4.2 驱动电源的系统稳定性分析

4.3三类补偿网络分析

4.4 补偿网络设计

4.5 本章小结

第5章 实 验

5.1 引言

5.2 实验装置

5.3 输出电压调节范围

5.4 电源输出线性度实验

5.5 输出功率实验

5.6 纹波与噪声实验

5.7 效率实验

5.8 频率响应实验

5.9 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢