新型大功率开关电源的研究与仿真 开题报告

1.1理论意义

随着电子技术的高速发展，电子系统、电子设备的种类愈加丰富多样，人们和这些设备和系统之间的关键也日益紧密。电子设备不可能离开电源独自存在，一个可能且性能稳定的开关对于电子设备的正常运行也是有着举足轻重的作用。开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源，通过控制开关的占空比来调整输出电压。传统的开关设备具有很多可靠性，线性稳压电源输出的电压具有波纹小，稳定的优点，但是要保持这些优点，通常对于变压器和滤波器的体积和重量都有要求[1]。大功率开关电源以体型小、质地轻和高效能的工作优势被广泛应用于各种计算机的终端设备和各类通讯设备，现今电子信息的产业如此快速的发展，若是没有大功率开关作为重要的部件对于电子信息产业的发展造成严重的影响。

1.1实际意义

新型的大功率开关电源体积小,重量轻,效率高,性能好的优势使大功率开关得到青睐。现在的电子通讯设备对于电源开关的技术要求是与日俱增，不断提高。利用电力电子(功率半导体)器件控制或变换电能，以达到合理而高效率地使用能源，它是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科[2]。作为联系弱电与强电的纽带，电力电子技术提供了控制电功率流动与改变电能形态的有力手段，在小至数瓦，大至数千千瓦乃至数十兆瓦的范围内都得到了广泛应用。

二、论文综述（综述国内外有关选题的研究动态）

随着电子技术的高速发展，电子系统、电子设备的种类愈加丰富多样，人们和这些设备和系统之间的关键也日益紧密。电子设备不可能离开电源独自存在，一个可能且性能稳定的开关对于电子设备的正常运行也是有着举足轻重的作用。开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源，通过控制开关的占空比来调整输出电压[3]。传统的开关设备具有很多可靠性，线性稳压电源输出的电压具有波纹小，稳定的优点，但是要保持这些优点，通常对于变压器和滤波器的体积和重量都有要求[4]。大功率开关电源以体型小、质地轻和高效能的工作优势被广泛应用于各种计算机的终端设备和各类通讯设备，现今电子信息的产业如此快速的发展，若是没有大功率开关作为重要的部件对于电子信息产业的发展造成严重的影响[5]。大功率电源开关以后被广泛用于用于现代化工业建设、国防和科研项目中，前景一片光明。

大部分电子设备都在薄厚和体积都在不断的减少，像一些笔记本就是以轻薄作为卖点，手机也是一样。开关频率就成为这其中非常关键的一步，因为电子产品内部的各种电子元件随着产品的总体体积变小，总体的重量也是随之而变化的。高频化、小型化、模块化和智能化是直流开关电源的发展方向。高频化是小型化和模块化的基础，目前开关频率为数百kHZ至数MHz的开关电源已有使用[6]。小型化和模块化两者紧密相连密不可分，模块化为电源提高了其可靠性，是开关的使用方法更加的简单与人性化。模块电源的几种连接方式在生产和用户的使用方面都是有推进作用的。在维修和使用上智能化是基础，现在很多的大型设备机房都是不需要人去24小时看守的，必须具备高智能化，高智能化可以应对突发的任何情况，并且及时的进行自我管理。

现代科技赋予电子设备的的性能越来越多现代越来越复杂，同时电源负载能力也满足不断创新的电子设备的需求。无电网污染、无电磁干扰、省电节能等绿色指标是全球范围的热门话题，并有相关的国际和国家标准规范进行约束。新型的高功率开关电源本身具备很多优势，本身之地轻且小，工作效率高、性能稳定，在自动控制方面也变现的非常优秀，所以这些技术慢慢的也被用于民用[7]。

通过数学的方法，把小功率开关电源系统表示成数学模型和非线性控制模型，建立一种开关电源全系统的仿真模型，提高了仿真速度。Matlab是一个高级的数学分析软件，Simulink是运行在Matlab环境下，用于建模、仿真和分析动态系统的软件包，它支持连续、离散及两者混合的线性及非线性系统。

在Matlab7.0中有电力系统工具箱，该工具箱可以与Simulink配合使用，能够更方便地对电力电子系统进行仿真。随着电源技术的发展，PWM控制的开关电源得到了广泛的研究和应用，如通信电源，机车电源等。通过对Buck电路建模，在MATLAB上进行仿真，验证了设计思路的正确，和理论性的可实现[8]。在建模中采用闭环控制，使系统具有良好的性能，其技术指标均满足要求。建模主要是PWM和系统的开环传递函数。其调试过程比较麻烦，尤其是参数的整定，要获得良好的响应曲线必须有耐心。通过仿真对软件MATLAB有了一定的了解，能够比较熟练的应用功能强大的仿真模块simulink。

三、论文提纲

1.绪论

1.1选题背景

1.2国内外电源技术发展概况

2 系统的方案

2.1 组合式开关电源的结构

2.2 组合式开关电源的原理

3 电源主电路设计

3.1 buck变换器

3.2输出整流滤波电路设计

4 控制电路和保护电路的设计

4.1控制电路方案比较选择

4.2 控制电路设计

4.3 驱动电路设计

4.4 保护电路设计

4.5缓冲电路设计

5 系统的建模与仿真

5.1 MATLAB简介

5.2系统的建模

5.3系统的仿真及结果分析

5.4系统的建模

四、与选题相关的主要参考文献

[1]胡官昊.一种高效GaN基Buck开关电源设计[D].2013

[2]胡鹏飞.基于移相全桥和同步整流技术的大功率开关电源研究[D].2018

[3]李宾绪.新型大功率开关电源的研制与仿真[D].华北电力大学(北京), 2010

[4]徐成前.行波管高压开关电源设计与仿真研究[D].中国科学院研究生院（电子学研究所）, 2017.

[5]陈亚非.一种应用于雷达系统的高压大功率电源及控保系统的研制与PSPICE仿真[D].山东大学,2016.

[4]朱鸿志,杨永辉,刘炜.高压点火电源的Pspice仿真技术[J].电力电子技术,2011,45(9): 5-6.

[5]陈亚非,雷虹,陈银杏,et al. 高压大功率开关电源的PSPICE计算机辅助设计[J].山东大学学报(工学版),2018,37(1):119-124.

[6]陈长江.新型SOI-LDMOS高压功率器件在开关电源Buck电路中的应用研究[D].2015

[7]江凌峰.开关电源电路设计及其高压功率器件研制[D].厦门大学,2014

[8]佚名.开关电源SPICE仿真与实用设计[M]// 开关电源 SPICE 仿真与实用设计.2009.

五、论文写作进度安排