连续可调高压开关电源的研究

摘要

在安规测试(如绝缘耐压测试仪、漏电开关测试仪、绝缘电阻测试仪)、医用器械(如激光治疗仪、电泳装置)、电子设备老化工艺等领域中,经常会用到电压(电流、功率)从零起连续可调的千伏级或万伏级的直流高压电源。这类高压开关电源既要适应电网电压的变化,又要具有输出电压和电流从零到额定值连续平滑的调整能力,低压段的稳定度、纹波问题一直是很棘手的难点。
　　 本文利用PWM控制芯片SG3525(不只限于SG3525)的变频控制功能,成功地将变频控制运用到PWM开关电源的脉冲宽度控制和电流反馈电路中;同时利用了Buck变换器和半桥变换器的优点,将它们有机地组合成两级拓朴结构,提高了开关电源在输出参数大范围可调的纹波特性和负载突变的可控能力。开关电源的反馈控制采用硬件反馈回路和微处理器控制两种,硬件反馈又分内环和外环,Buck变换器和半桥变换器的变频控制作为内环、采用比例调节器,电源输出电压负反馈作为外环、采用PID调节器。微处理器不仅协同硬件反馈进行开关电源的反馈控制,而且完成了恒电压、恒电流、恒功率工作模式以及按客户要求参数变化的设置与运行,实现了友好的人机对话方式。
　　 测试结果表明,本文所设计的开关电源提高了纹波特性、源效应特性、负载效应特性。本文的控制思路和分析方法在安规测试、医用器械、电子设备老化工艺等领域中有一定的利用或参考价值。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 开关电源技术发展概况

1.2.1 开关电源技术的发展历程

1.2.2 开关电源的展望

1.3 连续可调高压开关电源的研究现状

1.4 本文主要研究内容

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 本文结构

第2章 方案的论证与确定

2.1 开关电源的工作方式

2.2 开关电源的电路拓朴结构

2.3 PWM控制器芯片SG3525的变频控制

2.4 功率开关管的选择

2.5 微处理器控制系统方案

2.6 总体方案的确定

2.7 本章小结

第3章 开关电源电路的设计

3.1 Buck调压稳压电路的设计

3.1.1 Buck变换器电路的设计

3.1.2 控制电路的设计

3.2 半桥升压电路的设计

3.2.1 半桥变换器电路的设计

3.2.2 高频变压器的设计

3.2.3 控制电路的设计

3.3 光耦隔离电路与保护电路的设计

3.4 本章小结

第4章 微处理器控制系统的设计

4.1 微处理器控制电路的设计

4.1.1 AT89C58外围电路的设计

4.1.2 A/D、D/A电路的设计

4.2 液晶显示电路与按键的设计

4.3 微处理器程序的设计

4.4 本章小结

第5章 装配与调试

5.1 结构设计与装配

5.2 PID参数的调试

5.3 微处理器程序的调试

5.4 电源性能测试

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢