黑龍江科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告 題 目： 中間母線變換器的研究與設(shè)計(jì) 專 題： 院 （系）： 電氣與信息工程學(xué)院 班 級(jí)： 電氣07-9 姓 名： 于成哲 學(xué) 號(hào)： 0702030919 指導(dǎo)教師： 于雁南 教師職稱： 講師 黑龍江科技學(xué)院本科畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告 題 目中間母線變換器 來(lái)源工程實(shí)際1、研究目的和意義通信設(shè)備的板級(jí)供電系統(tǒng)已逐步由分布式架構(gòu)轉(zhuǎn)向中間母線架構(gòu)(Intermediate Bus Architecture，)簡(jiǎn)稱IBA。近年來(lái)隨著電子和數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及分布式供電系統(tǒng)的推廣，DC/DC變換器的應(yīng)用越來(lái)越廣。在通信領(lǐng)域，高速的CPU，DSP，F(xiàn)PGA等應(yīng)用越來(lái)越多，

2、其功能越來(lái)越復(fù)雜，導(dǎo)致通信設(shè)備單板直流供電方式也產(chǎn)生了較大的變化。新的微處理器、存儲(chǔ)器DSP及ASIC都趨于低電壓、大電流供電，這些都對(duì)電源行業(yè)提出了巨大的挑戰(zhàn)。為了迎合挑戰(zhàn)，不僅要求電源產(chǎn)品能在低電壓下輸出大電流，還要求其體積小、重量輕、動(dòng)態(tài)反應(yīng)快、噪聲小和價(jià)錢(qián)便宜，這就促使業(yè)界重新審視現(xiàn)有的技術(shù)和架構(gòu)。對(duì)于低電壓應(yīng)用，IBA架構(gòu)仍然是有效及低成本方案。雖然IBA有其局限性，如在結(jié)構(gòu)上有一定的沖突，需要協(xié)調(diào)折衷傳輸損耗與轉(zhuǎn)換損耗，及犧牲瞬態(tài)響應(yīng)來(lái)解決，但對(duì)于未來(lái)的電源架構(gòu)，IBA仍將得到廣泛的應(yīng)用。據(jù)預(yù)測(cè)，在未來(lái)5年中IBA將會(huì)有近10倍的增長(zhǎng)，從目前的2.8%增長(zhǎng)到28.1%，市場(chǎng)需求巨大

3、。2、國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況(文獻(xiàn)綜述)目前國(guó)內(nèi)外通訊市場(chǎng)上，各電源供應(yīng)商幾乎都推出了自己的中間母線變換器。種類繁多，也各具特色，針對(duì)輸入電壓、控制方式的不同，大體分為三類，開(kāi)環(huán)控制，半開(kāi)環(huán)控制，閉環(huán)控制。為了最大限度的利用中間母線架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，迄今為止使用最多的是開(kāi)環(huán)、固定占空比結(jié)構(gòu)的母線電壓變換器。(1)早在2003年，功率半導(dǎo)體專家IR公司就推出了首個(gè)直流總線轉(zhuǎn)換器芯片組系列，重新定義了用于電信及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的48V輸入、150W基板安裝功率轉(zhuǎn)換器的分布式電源架構(gòu)。IR的直流總線轉(zhuǎn)換器采用半橋結(jié)構(gòu)，開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)500kHZ，能在小于1.7inch2的電路占位上，于20A/150W輸出條件下提供96%以

4、上的效率。與業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的四分一磚設(shè)計(jì)相比，該芯片組能節(jié)省53%的體積，并可將隔離式轉(zhuǎn)換器的元件數(shù)目由約50個(gè)大幅縮減至20個(gè)。IR的直流總線轉(zhuǎn)換器省去了在中間級(jí)調(diào)節(jié)輸出的需要，無(wú)需昂貴的反饋電路。整套解決方案化繁為簡(jiǎn)，有助減少元件數(shù)目、節(jié)省轉(zhuǎn)換所需基板空間，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了96%以上的效率。(2)2004年，Vicor公司公布推出其48V輸入，中轉(zhuǎn)母線模塊(IBCs)系列的第一只模塊，該模塊為標(biāo)準(zhǔn)1/4磚型封裝，輸入電壓為3855V。中轉(zhuǎn)母線模塊是把VI晶片中的中轉(zhuǎn)母線模塊(IBCs)放入1/4磚型電路板上, 構(gòu)成“VIC-in-a-Brick”封裝。它的功率處理能力比市場(chǎng)上最優(yōu)秀的中轉(zhuǎn)母線組件高出一

5、倍。這種引腳款式與其它1/4磚型中轉(zhuǎn)母線模塊完全兼容。具體地說(shuō)，這種引腳兼容的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)磚型模塊可內(nèi)含單只BCM (Bus Converter Module)，功率達(dá)300W，亦可由兩只BCM并聯(lián)構(gòu)成，功率達(dá)600W。IBCs的效率由95%(3V)至97%(48V)。BCMs的瞬變反應(yīng)極快，100%的負(fù)載階躍反應(yīng)小于1S，IBC的高效率及優(yōu)良的瞬變反應(yīng)源于它采用正弦振幅轉(zhuǎn)換(SAC)技術(shù)，令它在零電流及零電壓瞬間以固定頻率開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)上百萬(wàn)赫茲。這些SAC令組件的輸入輸出噪聲極低，大大減低甚至可免除高成本及占空間的濾波器。(3)同步整流專家SynQor也推出了自己的母線電壓轉(zhuǎn)換器BusQo

6、r，輸入電壓為4253V，輸出的電壓為12V，輸出電流高達(dá)20A，輸出功率可達(dá)240 W，效率高達(dá)97。通過(guò)與SynQor的12V BusQor DC變換器結(jié)合起來(lái)，電源設(shè)計(jì)師就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)真正的中間總線結(jié)構(gòu)(IBA)。從隔離的中間總線向多個(gè)低電壓負(fù)載提供電源可以大大節(jié)約成本。 (4)BEL目前推薦的新型中間母線型電源結(jié)構(gòu)，是采用不調(diào)整的高功率密度的總線變換器(Bus Converter)級(jí)聯(lián)多個(gè)寬輸入、寬輸出的POL變換器的架構(gòu)，與其它的電源結(jié)構(gòu)相比，能有效的減小系統(tǒng)體積和成本，并具有很好的可擴(kuò)展性和靈活性。目前BEL已能為客戶提供全系列電源解決方案，Bus Converter家族包含1/2

7、磚、1/4磚和1/8磚系列，輸出功率從120W至500W。POL變換器包含SMD、SIP、Arrowhead、Diamondback、Keystone五大類，共有70多個(gè)系列，能有效滿足用戶的需求。(5)Artesyn公司同樣采用標(biāo)準(zhǔn)的1/8磚尺寸和管腳設(shè)計(jì)，輸出功率最高可達(dá)82.5W，輸入電壓為3675V寬范圍，輸出電壓從1.2V到3.3V有5個(gè)級(jí)別，其中LES20A48-3.3V的典型效率高達(dá)91%，并且模塊有很好的溫度特性，在環(huán)境溫度到60甚至80的降額下使用曲線都很平直，沒(méi)有很陡的下降。而且模塊效率曲線也很好，能在很寬的負(fù)載范圍都能保持很高的效率，同時(shí)模塊具有優(yōu)異的暫態(tài)響應(yīng)特性，恢復(fù)時(shí)

8、間只有20S。(6)艾默生網(wǎng)絡(luò)能源公司則是采用(雅達(dá)專利US5113334)推挽式正激諧振結(jié)構(gòu)，利用諧振電容和變壓器漏感的諧振，實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管的零電壓/近似零電流開(kāi)通，近似零電壓/近似零電流關(guān)斷，獲得了主開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)以及輸入輸出的低噪音。減少了開(kāi)關(guān)損耗，提高了開(kāi)關(guān)頻率以及功率密度，額定輸入、滿載輸出條件下效率高達(dá)96。通過(guò)以上的調(diào)查分析，充分說(shuō)明了中間母線變換器的市場(chǎng)巨大，在中間母線供電架構(gòu)中具有重要作用。因此對(duì)中間母線變換器進(jìn)行深入的研究是非常值得的。3、研究的主要方法、手段 ：首先了解目前通訊系統(tǒng)中單板直流供電方式的主要四種架構(gòu)，通過(guò)對(duì)各種供電架構(gòu)的分析，進(jìn)而明確中間母線變換器，

9、并且學(xué)習(xí)中間母線變換器在中間母線電源架構(gòu)中的作用。其次，對(duì)比、分析了國(guó)內(nèi)外各主要電源模塊生產(chǎn)商各自中間母線變換器產(chǎn)品的異同，明確了中間母線變換器主要的發(fā)展進(jìn)程和方法。然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和書(shū)籍學(xué)習(xí)不同的變換器，通過(guò)分析使用合適的推挽正激變換器。自己做出實(shí)物，通過(guò)實(shí)物的試驗(yàn)驗(yàn)證理論的正確。4、可行性分析：在中間母線電壓供電架構(gòu)中，電源的供電可以分為兩級(jí)，即第一級(jí)提供隔離變壓功能，通過(guò)中間母線變換器實(shí)現(xiàn)。第二級(jí)提供穩(wěn)壓功能，通過(guò)niPoL非隔離點(diǎn)負(fù)載轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。這樣，對(duì)于一個(gè)通用的中間母線變換器，需要考慮兩方面的問(wèn)題：直流母線電壓選擇；在電路板上進(jìn)行配電，最好的方法是使用一個(gè)3.3V與12V之間的中間電壓

10、。在使用兩級(jí)功率轉(zhuǎn)換的情況下，這個(gè)中間母線電壓不需要嚴(yán)格地進(jìn)行穩(wěn)壓。新型負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍很寬，這就是說(shuō)，產(chǎn)生中間母線電壓的隔離式轉(zhuǎn)換器可以用比較簡(jiǎn)單的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器來(lái)講，最優(yōu)的輸入電壓介于6V至8V之間，這時(shí)功率損失最小。就兩級(jí)轉(zhuǎn)換的優(yōu)化而言，這是最好的辦法，尤其是對(duì)于功率為 150W的系統(tǒng)。我們可以在很小的面積下、用數(shù)量很少的元件，設(shè)計(jì)出一個(gè)高效率的隔離式轉(zhuǎn)換器。即中間母線變換器，然后再由中間母線變換器為負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器供電。圖為推挽式正激變換器IBC采用推挽式正激結(jié)構(gòu)。主開(kāi)關(guān)管VQ1，VQ2在交替工作模式下可實(shí)現(xiàn)ZVS/ZCS，它們由相位上相差180°的信號(hào)驅(qū)

11、動(dòng)，適當(dāng)控制死區(qū)時(shí)間對(duì)實(shí)現(xiàn)變換器的軟開(kāi)關(guān)非常重要。變換器的隔離變壓器T1與Uin、輸入電感Lc，諧振電容Cr構(gòu)成變換器的初級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該電路主要利用Cr與T1的漏感Lr構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，同時(shí)適當(dāng)控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和死區(qū)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)。Lc將低阻抗的Uin與諧振電路隔離。次級(jí)采用同步整流技術(shù)，可有效降低電路損耗中間母線變換器采用的方案：使用推挽式正激變換器，它有正激變換器和推挽變換器的優(yōu)點(diǎn)，其磁芯工作在一、三象限、磁芯利用率高、開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力低、能自動(dòng)抑制變壓器的偏磁。與四階系統(tǒng)的半橋變換器相比，該推挽正激變換器是一個(gè)二階系統(tǒng)，它的控制相對(duì)簡(jiǎn)單并且瞬態(tài)響應(yīng)更快，設(shè)計(jì)相對(duì)容易。由于

12、輸入電流紋波減少，它的輸入濾波器也可以簡(jiǎn)化，可以選用較小的濾波電感電容，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。推挽正激變換器具有抑制開(kāi)關(guān)管電壓尖峰、抑制變壓器偏磁、輸入電流紋波小、變壓器雙向磁化、利用率高和開(kāi)關(guān)管電壓電流應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn)。5、論文提綱1、了解現(xiàn)今通信開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r。2、從各種拓?fù)涞淖儞Q器比較入手，分析推挽正激式變換器適合中間母線的原因和其工作原理，并在此基礎(chǔ)上詳細(xì)推挽正激變換器拓?fù)涞姆€(wěn)態(tài)運(yùn)行原理和損耗分析 。給出推挽正激電路的結(jié)構(gòu)圖3、副邊電路從中心抽頭二次側(cè)、正激二次側(cè)、倍流二次側(cè)選擇一種作為副邊整流電路，并了解工作原理。 4 、對(duì)整個(gè)變換器的主功率電路包括變壓器、輸出濾波電容、電感

13、等進(jìn)行設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)定 。給出包括主功率電路、控制和驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路的系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)框圖，控制部分圍繞控制芯片來(lái)畫(huà)，這樣的話首先就要確定控制芯片，你要去選一款可以適合推挽正激變換器的控制芯片，找出3款，結(jié)合提出的要求選出一款。這一個(gè)步驟非常重要，做項(xiàng)目都要經(jīng)過(guò)這一個(gè)選型環(huán)節(jié)。5 、對(duì)控制和保護(hù)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化，極大地提高DC/DC變換器的效率等各項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)，使對(duì)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的實(shí)際意義 。6、分析提高通信開(kāi)關(guān)電源的功率密度，試從體積、變換技術(shù)、制版多角度來(lái)分析。6、時(shí)間進(jìn)程第一周：搜集畢業(yè)設(shè)計(jì)的有關(guān)資料。第二周:查閱相關(guān)材料，初步確定設(shè)計(jì)任務(wù)。第三周：整理研究相關(guān)材料。第四周：填

14、寫(xiě)完成開(kāi)題設(shè)計(jì)報(bào)告，并整理設(shè)計(jì)材料。第五周：硬件組成和設(shè)計(jì)。第六周：推挽正激變換器的設(shè)計(jì)。第七周：對(duì)變換器的主功率電路的參數(shù)設(shè)定。第九周：分析提高通信開(kāi)關(guān)電源的功率密度。第十一周：確定方案。第十二周：選取元件。第十三周：焊接電路。第十四周：調(diào)試電路。第十五周：設(shè)計(jì)整理，修改，打印論文。整體思路的順序是主功率電路、控制和驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路，三大塊，稍微改動(dòng)下。7、參考文獻(xiàn)：1 陳道煉. 軟開(kāi)關(guān)PWM 組合式航空靜止變流器研究D.南京航空航天大學(xué) 博士論文 , 1998.2 楊正龍, 王慧貞. 一種推挽正激變換器 J . 電力電子技術(shù), 2002, 2( 1) : 3639.4張方華，王慧貞，嚴(yán)仰光.正激推挽電路的ZCS方案J.電力電子技術(shù)，2003，（41）：6062.5張方華，嚴(yán)仰光.帶隔離變壓器的DC/DC變換器零電流轉(zhuǎn)換方案J.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003，（99）：6366.6周維，羅全明，周林積分復(fù)位控制三相六開(kāi)關(guān)Boost型功率因數(shù)校正J電工技術(shù)學(xué)報(bào)，