大学生研究性学习和创新性实验计划项目.doc

第七届大学生研究性学习和创新性实验计划项目 申 报 表 项目名称 高功率因数直流软开关电源设计 项目类别 创新训练项目 创业训练项目□ 项目级别 省部级□ 校级 项目主持人 段志超 学生所在学院 能源工程学院 专业班级 电子信息科学与技术 联系电话 指导老师 黄祯祥 填表日期 2014年4月18号 项目名称: 高功率因数直流软开关电源设计 学生姓名 学 号 专业名称 性别 入学年份 段志超 2011920012288 电子信息科学与技术 男 2011.9 黄鑫 201192001226 电子信息科学与技术 男 2011.9 刘添 201192001219 电子信息科学与技术 男 2011.9 田野 201192001229 电子信息科学与技术 男 2011.9 指导教师 黄祯祥 职称 副教授 项目所属一级学科 电气工程 学生曾经参与科研或创业的情况 项目组成员曾独立完成了直流电动机调速调压可控整流的电源电路设计、数字时钟电路的设计、波形发生器的设计、光敏防盗钱包的设计、线性直流稳压电源的设计、基于单片机的交通灯控制系统设计、温度采集及显示控制系统设计与简易可编程稳压电源的设计等。部分成员于2013年暑假在深圳富士康实习体验一个月。 指导教师承担科研课题情况 项目研究和实验的目的、内容和要解决的主要问题 一、项目研究和实验的目的 电源技术尤其是直流软开关电源技术是一门实践性很强的工程技术，它融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。如今开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等各行各业中都得到了广泛应用，人们对其需求量日益增长，同时，计算机和通讯技术的发展，为软开关电源技术提供了广阔的发展前景。开关电源因其具有效率高、重量轻、体积小等显著特点,许多学者投入大量的精力去研究，特别是对大容量高频开关电源的研究和开发已成为当今电力电子学的主要研究领域，并派生了很多新的研究方向。本项目的研究目的是为解决一般的线性稳压电源体积大、调整管功耗大、功率因素低、滤波电感的容量要求大、线性度不好等问题，设计带两级PFC功率因数校正电路的直流大功率软开关电源，并通过创新实训提高解决工程问题的能力，为就业上岗打下基础。 二、项目研究的内容 本项目主要利用两级PFC电路进行功率因数校正，其中前级PFC电路部分采用UC3854A/B芯片进行控制，后级零电压开关移相全桥控制电路采用UC3825芯片进行控制。在对控制电路芯片原理与外围电路进行详细分析的基础上，对主电路结构进行优化设计，对主要器件进行计算选型。同时为验证设计效果，对功率因数校正的主电路和移相全桥变换器主电路用PSpice软件进行仿真，验证设计是否达到预期效果。具体内容为： （1）建立PFC Boost电路小信号模型。结合平均电流控制思想对控制电路乘法器进行小信号建模，在此基础上设计双环控制器，结合 Boost 电路的非最小相位系统特性进行分析和处理。 （2）设计移相全桥 DC/DC 变换电路。基于 Buck 电路小信号模型，综合考虑占空比丢失等情况，进而推出精确的移相全桥 DC/DC 变换电路的小信号模型，在此基础上设计电压环控制器。并对电路占空比丢失、软开关限制条件等因素进行讨论。 （3）分析 UC3854 和 UC3825 的控制功能，设计其外围控制电路。 （4）控制、均流、驱动与保护电路设计。 （5）提出解决电磁干扰和电磁兼容问题的思路。 （6）利用 Matlab 仿真验证设计效果。（） 三、项目要解决的主要问题 （1）提高功率因数至0.95以上，降低纹波电压和尖峰电压。 （2）解决开关损耗、开关噪声问题。 国内外研究现状和发展动态 美国人罗耶在1955 年发明了自激震荡晶体管单变压器的推挽 DC-DC 变换器，开始了开关电源的实际应用研究。查赛在 1957 年发明了自激推挽双变压器变换器。1964 年美国正式提出没有工频变压器的开关稳压电源的思路，并在 1969 年成功研制了 25KHz 的开关变换器电源。 最初研制的开关稳压电源实际上是硬开关技术的应用。上世纪 60 年代美国科学家研制的直流变换器得到了应用成功在 70 年代初期开关稳压电源在发达国家得到了广泛应用。但是，这些早期的开关电源器件都采用分立元件，并且是非标准的。从 1977 年开始，出现了电源控制电路的集成化。英国科学家在 80 年代初应用集成电路成功研制了 48V 输出的电源。从上世纪 70 年代开始，开关电源的研究人员已经认识到了硬开关的不足，并开始对软开关技术进行研究。 随着节能技