5kW通信用开关电源设计调研报告-毕业作品网站

开关电源是一种电源供应器件，它通过将输入电源的直流电转换成高频交流电，经过变压器变换、整流、滤波等过程后，输出所需的直流电压给电子设备供电。现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。而通信技术作为科学技术中的一部分，可以说无处不在，在日常生活中离不开通信。

设计5kW通信用开关电源课题，其来源和意义可以从以下几个方面考虑：随着通信技术的不断发展，通信系统对高效、稳定的电源供应的需求也在增加。5kW的通信用开关电源可以满足大型通信基站、数据中心等场景的高功率需求，确保通信系统的稳定运行。能效和可靠性是电源设计中非常重要的考量因素。设计高功率开关电源需要在保证高能效的同时，确保系统的可靠性和稳定性，以满足通信系统对电源的高标准要求。随着可再生能源的不断发展，通信系统逐渐向着更环保、可持续的方向发展。设计能够集成可再生能源的5kW开关电源，有助于推动通信系统的绿色化。在通信系统中，电能质量和波动抑制是至关重要的。高功率开关电源的设计需要考虑如何减小电能波动，提高电能质量，确保通信系统的稳定运行。在紧急情况下，例如自然灾害发生时，通信系统往往需要独立供电。设计高功率的开关电源可以用于应急通信和灾害恢复，确保通信系统在关键时刻能够持续运行。高功率通信用开关电源的设计涉及到多学科的知识，包括电力电子、控制系统、热管理等。通过开展这样的设计课题，有助于推动相关领域的技术创新，促进产业的发展。

综上所述，设计5kW通信用开关电源的课题来源于对通信系统需求的回应，同时具有推动绿色、高效、可靠通信系统发展的实际应用意义。

开关电源在通信系统中得到了广泛的应用，并已成为现代通信供电系统的主流，而通信业的迅速发展又极大地推动了开关电源的发展。在通信领域中，通常将高频整流器称为一次电源而将直流--直流(DC/DC)变换器称为二次电源。同时,开关电源也在各种电子信息设备中，如计算机、充电电源等得到了广泛的应用。

自1957年第一只可控硅(SCR)问世后，可控硅取代了笨重而且效率低下的硒或氧化亚铜整流器件，可控硅整流器就作为通信设备的一次电源使用。在随后的20年内，由于半导体工艺的进步，可控硅的电压、电流额定值及其它特性参数得到了不断提高和改进，满足了通信设备不断发展的需要，因此，直到70年代，发达国家还一直将可控硅整流器作为大多数通信设备的一次电源使用。

随着大功率硅品体管的耐压提高和二极管反向恢复时间的缩短等元器件性能的改善，1969年终于做成了25RIz的开关电源。电源界把开关电源的频率提高到20KHz以上称为电源技术的“20KHz革命”。经过几年的努J，从开关屯源的电路拓扑型式到相配套的元器件等研究都取得了相当大的进展。在电路拓扑型式上开发出了单端贮能式反激电路、双反激电路、单端正激式电路、双正激电路、推挽电路、半桥电路、全桥电路，以适应不同应用场合、不同功率档次的需要;在元器件方面，功率晶体管和整流二极管的性能也有了较人的提高。1976年美国硅通用公司第一个做出了型号为SGl52A的脉宽调制(PWM，Pulse Width Modulation)控制芯片，极大地提高了开关电源的可靠性，并进一步减小了体积。

在随后的儿年中，大功率晶体管(GTR)和功率场效应管(MOSFET)相继被研制出来，其电压、电流额定值大为提高，工作频率也提高较多，可靠性也显著增加。到80年代中后期，绝缘栅双极性晶休管(IGBT)已研制出来并投入了市场，各种通信设备所需的一次电源大多采取PWM集成控制芯片、双极型晶体管、场效应管、绝缘栅双极晶体管。

随着微电子学的发展和元器件生产技术的提高，相继开发出了耐压高的功率场效应管(VMOS管)和高电压、大电流的绝缘栅双极性品体管(IGBT)，具有软恢复特性的大功率高频整流管，各种用途的集成脉宽调制控制器和高性能的铁氧体磁芯，高频用的电解电容器，低功耗的聚丙烯电容等。主要元器件技术性能的提高，为高频开关电源向大功率、高效率、高可靠性方向发展奠定了良好基础。

随着通信用开关电源技术的广泛应用和不断深入，实际工作中人们对开关电源提出了更高的要求，提出了应用技术的高频化、硬件结构的模块化、软件控制的数字化、产品性能的绿色化、新一代电源的技术含量大大提高，使之更加可靠、稳定、高效、小型、安全。在高频化方面，为提高开关频率并克服一般的PWM和准谐振、多谐振变换器的缺点，又开发了相移脉宽调制零电压开关谐振变换器，这种电路克服了PM方式硬开关造成的较人的开关损耗的缺点，乂实现了恒频I.作，克服了准谐振和多谐振变换器工作频率变化及电压、电流幅度大的缺点。采用这种Ⅰ.作原理，人人减小了开关管的损耗，不但提高了效率也提高了I作频率，减小了体积，更重要的是降低了变换电路对分布参数的最感性,拓宽了开关器件的安全工作区,在一定程度上降低了对器什的要求，从而显著提高了开关电源的可靠性。

而我国在建国初期，我国邮电部门的科研技术人员开发了以国产大功率电动发电机组为主的成套设备作为通信电源。在引进原民主德国FGD系列和前苏联BCC51系列白动化硒整流器基础上，借鉴国外先进技术，与T.厂共同研制成功国产XZL系列白动化硒整流器，并在武汉通信电源厂批量生产,开始用硒整流器装备通信局(站)，替换原有的电动发电机组，这标志着我国国产通信电源设备跃到一个新的水平。

但后来，我国的通信电源发展相当缓慢。1963年开始研制和采用可控硅(SC R)整流器,1965年着手研制逆变器和晶休管直流—直流(DC/DC)变换器，当时与发达国家相比只落后五六年.后由于十年动乱，研制工作一直停滞不前，除了可控硅整流器丁1967年在武汉通信电源厂开始形成系列化生产，供通信设备作一次电源使用，并不断得到改进，性能和质量逐步提高外，其它方面进展十分缓慢。一直到80年代才开始生产20KHz DC/DC变换器，但由于受元器件性能的影响，质量很不稳定，无法作为通信设备的一次电源使用。只是作为通信设备的二次电源使用(二次电源对元器件的耐压及电流要求较低)。直到上世纪90年代初，我国大多数通信设备所用的一次电源仍然是可控硅整流器。这种电源工作于工频50Hz，有庞大的工频变压器、电感线圈、电解电容等，笨重庞人、效率低、噪声人、性能指标低，不易实现集中监控。

由于通信事业发展的需要，八十年代后期，邮电部加强了通信电源技术发展的各项工.作，制订了“通信基础电源系统设备系列暂行规定”，“通信局(站)电源系统总技术要求”和电源设备行业标准等文件，多次派代表参加国际电信能源会议，并在八十年代后期才第一批引进了澳大利亚生产的48V/50A(开关频率为40KHz)和48V/10OA(开关频率为20KHz)的高频开关电源，在吸收国外先进技术的基础上，投入较大的力量，开始研制白己的开关电源。邮电部武汉电源厂、通信仪表厂等厂家开发出了自己的以PWM方式工作的开关电源,并推向电信行业应用，取得了较好的效果.随后邮电部对电源提出了更新换代和实现监控(包括远程监控)的要求，众多厂家都投入力量研制开发，推出了采用PWM技术的高频开关电源，有些厂家还推出了实现远程监控的解决方案，短短几年后，电信部门所用的一次通信电源几乎都更换成了采用PWM 集成控制芯片、大功率品体管、功率场效应管、绝缘栅双极晶体管的半桥或全桥电路,其开关频率为几十~~100KH7、效率高于90%、功率因数接近1。稳压精度优于0.5%,模块化组合的高频开关电源，电信行业成套电源技术提高到了一个崭新的水平。

本次课程设计的目标是根据开关电源的相关特性，来设计出5kW通信用开关电源，设计出5kW通信用开关电源的主电路。利用软件来绘制开关电源的主电路，进行仿真。

（1）研究交流/直流(AC/DC)、直流/直流(DC/DC)、直流/交流(DC/AC)变换电路的电路结构。

（1）根据电力电子技术的相关资料，分析各种隔离式和非隔离式交流/直流(AC/DC)、直流/直流(DC/DC)、直流/交流(DC/AC)变换电路的电路结构，对比各自的优缺点和应用领域；

（2）分析通信用开关电源的特点和控制要求，设计控制逻辑和程序。

（3）根据设计目标，设计主电路、控制电路、驱动电路以及保护显示电路

（4）利用软件建立仿真模型仿真调试，确定合理控制电路模型，达到设计目标。

（1）查阅有关电力电子文献，研究交流/直流(AC/DC)、直流/直流(DC/DC)、直流/交流(DC/AC)变换电路的基本结构、功能以及调节控制方法。

（2）下载并学习pspice、keil、Altium Designer等软件，熟练掌握各个软件的应用方法。

（3）研究软开关电源电路的主电路、控制测试与驱动电路的工作原理，并且研究并且进行计算，选择相对合理的电子器件。

（4）查阅有关单片机的使用方法，研究控制测试与驱动电路的控制程序，并且进行编写程序。

（5）进行模拟仿真分析数据信息，与老师和同学们进行讨论，深入交流，寻找设计的不足之处，并且寻找解决方案。

（6）对设计过程进行反思总结，撰写毕业论文，完成毕业答辩。

第一周	查阅相关资料，完成外文翻译
第二周	查阅相关资料，完成调研报告。
第三周	查阅相关资料，修改完成调研报告
第四周	研究变换电路的基本结构、功能和调节控制方法。
第五周	设计5KW通信用开关电源的主电路。
第六周	设计5KW通信用开关电源的驱动电路。
第七周	设计5KW通信用开关电源的控制电路。
第八周	完成控制检测与保护电路的设计。
第九周	编写控制检测与控制电路的程序。
第十周	编写控制检测与驱动电路的程序。
第十一周	仿真调试分析。
第十二周	仿真调试分析。
第十三周	器件选型
第十四周	整理毕业论文资料，开始撰写毕业论文。
第十五周	撰写修改毕业设计论文。
第十六周	完成论文的撰写和装订，进行论文答辩。

（1）研究交流/直流(AC/DC)、直流/直流(DC/DC)、直流/交流(DC/AC)变换电路的基本结构、功能和调节控制方法。这可以通过查阅有关电力电子的有关资料来实现

（2）相关电路图的绘制与仿真可通过下载相关设计与仿真软件来实现。

（3）设计目标是否达到可通过与同学和教师进行分析来实现。

（5）通过以上的分析可知，根据现有的条件可以完成模拟仿真，本课题的实验方案可行，能够达到毕业设计需求。

[1]王兆安.电力电子技术（第5版）[M].北京：机械工业出版社，2019.

[2]何奇文.电力电子技术创新实践教程[M].北京：电子工业出版社，2021.

[3]雷鹏娟.一种直流开关电源的设计[J].承德石油高等专科学校学报,2024,26(01):59-64.

[4] Muhammad H Rashid. 电力电子学的SPICE仿真（第3版）[M].北京：机械工业出版社.2016.

[5]张涛,邹百威.一种低延时低功耗PWM比较器电路设计[J/OL].微电子学与计算机,1-6[2024-03-21].

[6]张玲.基于UC3844开关电源频率抖动电路的设计[J].轻工科技,2024,40(01):78-80.

[7]曹金宇,张秋妍.开关电源设计与应用[C].2023年电力行业技术监督工作交流会暨专业技术论坛论文集（下册）,2023.

[8]朱云智,冯文博,崔祖胤等.基于UC3842反激式AC-DC开关电源设计[J].电子设计工程,2024,32(02):83-88.

[9]魏建升,王志仁,张蓓.基于OB2263芯片的多路开关电源设计[J].兰州工业学院学报,2023,30(05):67-71.

[10]Fujimoto Y ,Nishizawa I S ,Saito W .Turn-off switching voltage surge analysis with dependence on IGBT cell design[J].Japanese Journal of Applied Physics,2024,63(2)