(毕业论文 页数:41 字数:18840) 摘 要:目前开关电源向着高频、高可靠性、低功耗、低噪声、抗干扰和模块化方向发展，本论文设计了一种通信系统常采用的48V/25A直流高频开关电源。
本论文首先对高频开关电源的主电路进行了设计，分析了零电压软开关技术在移相全桥电路中的应用，开关电源的软开关技术采用移相PWM控制，通过相移芯片UC3875产生具有一定相序的脉冲去触发MOSFET管。在主电路设计中，进行了高频变压器的设计，并对输出整流电路进行了分析、研究与设计。
其次，对开关通信电源的控制电路进行了设计。控制电路以UC3875芯片为控制核心，采用闭环控制模式，实现系统的稳压和限流。另外，对控制系统的过电流保护、过压保护、过热保护电路等保护电路进行了设计。
最后，用SABER仿真软件对电路进行了系统仿真与验证，仿真结果表明了设计的正确性。

关键词： 软开关， UC3875， 移相控制
Abstract
At present, the switching power supply developed high frequency, high reliability, low energy consumption, low noise, interference and modular direction. That is to develop the inverter power source controlled by microcomputer which adopts soft-switches .
This researching task is put forward on the base of discussing the characteristics and virtues of the welding inverter. The phase-shift chip UC3875 is adopted phase-shift pulse width modulate. The design about high frequency transformer is given .The amplified circuit and the commuted circuit are designed. The paper mostly researches and designs the soft-switch control system.
Secondly, the control circuit, the protect circuit of the power supply are analyzed and designed. Its control circuit is centered on UC3875, uses a control that based regulation to realize the function is composed of analog of voltage-stabilization and current-limited.
In addition, the safeguard circuit that mainly consists of over current, over heat, over voltage and circuit are studied and designed in the paper.
And the circuit is simulated by the SABER, Simulation results show that the design is correct.

Key words: soft-switch, UC3875, phase-shift

目 录
摘 要 I
Abstract II
目 录 III
第一章 引 言 1
1.1开关通信电源系统的介绍 1
1.1.1通信设备对开关通信电源的要求 1
1.1.2通信电源系统的组成 2
1.2通信直流开关电源的发展现状和发展方向 2
1.2.1开关电源的发展和趋势 2
1.2.2软开关技术的发展 3
1.3本文的主要工作 4
第二章 高频开关电源主电路的设计与实现 6
2.1高频开关电源的技术指标 6
2.2高频开关电源主电路的硬件设计 6
2.2.1输入整流电路的设计 6
2.2.2直流变换器的设计 7
2.2.3输出整流电路的设计 8
2.3移相全桥谐振软开关电路[2][3][7] 9
2.3.1移相全桥零电压PWM软开关电路的工作原理 9
2.3.2移相零电压软开关电路存在问题的解决 11
2.3.3 ZVS的实现及副边占空比丢失 12
2.3.4 结论 13
2.4主电路元件参数的选择 14
2.4.1 输入电路参数的选择[8] 14
2.4.2高频变压器的设计[1] 15
2.4.3输出滤波电感的设计 17
2.4.4输出滤波电容的选择 17
2.4.5 吸收电路器件的选择 18
2.4.6功率器件的选择 19
2.5本章小结 19
第三章 高频开关电源控制电路的硬件设计与实现 21
3.1移相控制芯片UC3875的概述 21
3.3.1 UC3875电气特性 21
3.1.2 UC3875外围电路的设计 22
3.1.3 UC3875输出波形的分析 25
3.1.4 光电耦合器 26
3.2保护电路的设计 26
3.2.1电压与电流的保护 27
3.2.2过热保护电路 28
3.3 辅助电源设计 28
3.4 本章小结 29
第四章 电路的仿真及分析 30
结 论 34
参考文献 35
致 谢 36
附 录 37

第一章 引 言
1.1开关通信电源系统的介绍
开关通信电源是通信设备的重要组成部分之一，因此也被称为通信设备的“心脏”。通信电源的瞬间故障都可能造成难以估量的损失。为了确保通信畅通，开关通信电源都采用多种能源供电。这些能源通过开关整流器后，与蓄电池组共同为通信设备提供48V基础电源。此外，各类通信设备还需要3.3V、5V、12V等多种直流电压，这些电压通常由通信设备内部的直流变换器产生。
1.1.1通信设备对开关通信电源的要求
复杂的通信系统和通信设备对开关通信电源的组成和性能都提出了较高的要求。
1.直流供电和(或)交流供电
现代通信设备普遍是电子电路和计算机电路，需要多种直流电压供电。作为一个通信设备，内部也可能有变换电源，因此通信设备的外部可分为直流供电和交流供电两类。通常，大型通信设备和计算机等专用设备采用直流供电，要求可靠性比较高；小型通信设备采用交流供电，要求机动性比较大。
2.不间断供电
通信设备的不间断供电极为重要。由蓄电池直接保证不间断直流供电系统的可靠性最高；交流不间断系统也能做到不间断，但可靠性低于直流不间断系统。
3.杂音小、干扰小
例如：语音通信时的杂音小，图象通信时的条纹干扰小，数字通信时的误码率低等。
4.效率高
节能、减小电源发热、提高可靠性、减小设备的体积与重量都要求高效率，许多电路技术(软开关、回能吸收等)的发展都是为了提高效率。
5.少污染
不影响电网的供电质量，输入功率因数高、输入谐波电流小、采用软启动减小冲击电流。
6.自动保护
一旦出现异常现象，如输入、输出电压和电流过大、温升过高等应采取切断电源等保护措施，避免故障的扩大，并能在故障消除后，系统能自动恢复正常运行。
7.自动检测和集中控制
可节省人力和提高系统可靠性。通信系统己实现了一些通信局和区域的集中控制，正在向城市集中控制方向努力，目标是全国的集中控制。
8.其他
在规定的环境温度和湿度范围内能正常工作、故障率低、寿命长等。
1.1.2通信电源系统的组成
通信电源系统由交流供电系统、直流供电系统和相应的接地系统组成。为了保证稳定、可靠、安全供电，通信电源系统可采用集中供电、分散供电、混合供电或一体化供电方式。本文以集中供电方式简要介绍通信电源系统的组成。
通信电源交流供电系统采用多种方式供电，一般包括变电站、油机发电机、通信逆变器和交流不间断电源(UPS)供电。为了不间断供电，电信局都配有自动油机发电机组。当市电中断后，油机发电机组自动启动。市电和油机发电机组的转换由低压交流配电屏完成。交流配电屏将低压交流电分别送到整流器、不间断交流电源设备(通信照明等)和空调装置。同时，交流供电系统还应给通信局(站)内一般建筑负载和保证建筑负载供电。
直流供电系统由整流器、蓄电池、直流变换器(DC/DC)和直流配电屏等组成。整流器的交流电源由交流配电屏引入，整流器与蓄电池通过直流配电屏和负载连接。当通信设备需要多种不同数值的电压时，可以采用直流变换器(DC/DC)或机架电源将48V的基础电源变换为所需的电压。在直流供电系统中设置了蓄电池组，实现直流不间断供电。市电正常时，整流器一方面给通信设备供电，一方面给蓄电池充电，以补充蓄电池因局部放电而失去的电量。在浮充工作状态下，蓄电池还能起到一定的滤波作用。市电中断时，蓄电池可以保证不间断供电。若市电中断时间过长，整流器应由油机发电机组供电。
为了提高通信系统质量、确保通信设备和人身的安全，通信电源的交流和直流供电系统都必须有好的接地装置。
1.2通信直流开关电源的发展现状和发展方向
1.2.1开关电源的发展和趋势
1955年美国罗耶（GH.Roger）发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端，1957年美国查赛（Jen Sen）发明了自激式推挽双变压器，1964年美国科学家们提出取消工频变压器的串联开关电源的设想，这对电源向体积和重量的下降获得了一条根本的途径。到了1969年由于大功率硅晶体管的耐压提高，二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善，终于做成了25千赫的开关电源。
目前，开关电源以型小、量轻和高效率的特点被广泛应用于各种通信终端设备、数字程控调度机等几乎所有的电子设备，是当今信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100KHz、用MOSFET制成的500KHz电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。其中，为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可采用R-C或L-C缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在致力于数兆赫兹的变换器的实用化研究。
1.2.2软开关技术的发展
开关频率的提高可以使开关变换器(特别是变压器、电感等磁性元件以及电容)的体积、重量大为减小，从而提高变换器的功率密度。另外，提高开关频率可以降低开关电源的音频噪声和改善动态响应。
早期的脉宽调制(PWM)开关电源工作在硬开关模式，即：强迫功率器件在其两端电压不为零时开通，电流不为零时关断，这种方式使得开通和关断损耗大。开关频率越高，损耗越大，限制了频率的提高。变换器的软开关技术是利用电感和电容对开关的轨迹进行整形，较好的解决了硬开关PWM变换器的开关损耗大的问题。同时也解决了硬开关引起的EMI问题。因此，国内外电力电子界自二十世纪七十年代以来，不断研究高频软开关技术，并得到较快的发展。