高压电源的设计_毕业设计

高压电源的设计

摘要

高压电源在日常的生产、生活中有着广泛的应用，尤其在军事、医疗、射线类探测器和静电喷涂等技术领域。传统的高压电源多采用线性技术，这种结构形式造成电源变换效率低，体积大，重量沉，操作维修不方便。随着电源技术的发展，人们对高压电源的转换效率和带负载能力提出了更高的要求。开关电源相对于线性电源有体积小，重量轻，效率高的优点，已经成为电源行业的主流形式。本论文设计研究了一种以单片机和脉宽调制（PWM）技术为基础的高压开关电源。该电源由飞思卡尔MC9S12XS128单片机产生和控制PWM波形，采用全桥变换，经高频变压器升压，输出1000V电压。该电源采用数字调节，模数电路相互结合，具有输出电压高，纹波小，输出功率较高等优点。

关键词：开关电源桥式变换器高频变压器单片机

Abstract

High-voltage power supply is applied broadly in daily life and production, especially used in military, medical, class-ray detector and electrostatic spraying. Traditional high-voltage power supply mainly adopt technology of linear power supply such type of structure makes the whole Efficiency of power supply below, large, heavy and operation and maintenance which is not convenient.With the development of power technology, people have a higher demand on the conversion efficiency of the the high-voltage power and load capacity.Switching power supply have the advantages of small size, light weight, high efficiency relative to the linear power.,it have become a mainstream form of the Power industry.This paper studies a single-chip design and pulse width modulation (PWM) technology-based high-voltage switching power supply.PWM waveform of the the power supply was generated and controlled by by Freescale MC9S12XS128 m icrocontroller，using full bridge,the high-frequency step-up transformer,1000V output voltage.The power supply with digital adjustment,modulus combined circuit,it has the advantage of a high output voltage, ripple, the higher power output and so on.

Keywords: Switching power supply Bridge converter High-frequency transformer

Microcontroller

目录

摘要 (1)

Abstract (2)

第1章绪论 (4)

1.1 课题研究的背景 (4)

1.2 研究的目的及意义 (5)

1.2.1课题研究的目的 (5)

1.2.2课题研究的意义 (5)

1.3 高频开关电源的发展情况 (5)

1.3.1开关电源的发展情况 (5)

1.3.2高频开关电源的主要新技术标志 (6)

1.4 隔离式高频开关电源简介 (7)

第2章高频开关电源的总体设计 (9)

2.1 主电路的选择 (9)

2.2 控制电路的选择 (9)

2.3 电流工作模式的方案选择 (9)

2.3.1电流连续模式分析 (9)

2.3.2电流断续模式分析 (9)

2.4 综合结构电路图 (10)

第3章开关电源输入电路设计 (11)

3.1 整流技术 (11)

3.1.1 交流输入整流滤波电路原理 (11)

3.2整流电路 (11)

3.3输入尖峰电压保护 (11)

第4章开关电源主电路设计 (12)

4.1 全桥变换器电路的工作原理 (12)

4.2 开关晶体管的设计 (13)

4.2.1器件介绍 (13)

4.2.2.功率MOSFET的结构和工作原理 (14)

4.2.3.功率MOSFET的主要特点 (14)

4.2.4MOSFET的导通特性 (15)

4.3 高频变压器的设计 (16)

4.3.1磁芯材料和结构 (16)

4.3.2绕阻计算 (16)

4.3.3绕阻的绕制 (17)

第5章开关电源控制电路设计 (18)

5.1基本原理 (18)

5.2器件简介 (18)

5.3脉冲宽度调制模块 (20)

5.4 A/D模块 (21)

5.5软件设计部分概述 (22)

5.5.1 程序设计方法 (22)

5.5.2 软件设计步骤 (23)

5.6单片机系统设计时应注意的问题 (23)

第6章辅助电路的设计 (24)

6.1辅助电源的设计 (24)

6.2MOSFET驱动电路 (24)

6.2.1器件介绍 (25)

6.2.2电路结构分析 (25)

6.3输出滤波电路的选择 (26)

第7章展望与总结 (26)

致谢 (27)

参考文献 (28)

第1章绪论

1.1 课题研究的背景

开关电源已有几十年的发展历史。1955年发明的自激推挽式晶体管单变压

器直流变换器，率先实现了高频转换控制功能；1957年发明的自激推挽式双变

压器，1964提出的无工频变压器式开关电源设计方案，有力地推动了开关电源

技术进步。1977年脉宽调制（PWM）控制器集成电路的问世，1994年单片开关电

源的问世，为开关电源的推广和普及创造了条件。与此同时，开关电源的频率也

从最初的20KHz提高到几千赫兹至几兆赫兹。目前，开关电源正朝高效节能，安

全环保、短、小、轻、薄的方向发展。各种新技术、新工艺和新器件如雨后春笋，

不断问世，开关电源的应用也日益普及。

开关电源技术发展趋势可以归纳以下几点：

①小型化、薄型化、轻量化、高频化是开关电源的主要发展方向。