【摘要】：本文以電火花機(jī)床電源供給系統(tǒng)中專用輔助電源的設(shè)計(jì)為主線,根據(jù)電源供給系統(tǒng)的用電需求,設(shè)計(jì)并制作了一款基于TOP224YN的380V交流電壓輸入,±15V及+24V輸出的輔助電源樣機(jī)�？紤]到控制芯片本身的耐壓能力與較大輸入電壓的矛盾,本設(shè)計(jì)采取了以TOP224YN外接MOSFET的方式,成功地解決了耐壓裕量不足的問題。由于開關(guān)電源中多采用高頻開關(guān)器件,工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾信號(hào)。因此,在本次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上融入電磁兼容分析手段,減少了電源的電磁干擾。本文的具體工作是:首先,詳細(xì)分析闡述開關(guān)電源設(shè)計(jì)基本理論,包括設(shè)計(jì)原理,主電路拓?fù)湟约霸O(shè)計(jì)方法的選擇等。著重分析反激式開關(guān)電源的工作原理、工作模式及設(shè)計(jì)方法等,為后面的元器件選取及參數(shù)計(jì)算奠定基礎(chǔ)。其次,在掌握必要理論的基礎(chǔ)上,對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要包括輸入、輸出整流濾波電路設(shè)計(jì),鉗位電路設(shè)計(jì),基于TOP224YN的控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì),高頻變壓器設(shè)計(jì),采樣和保護(hù)電路設(shè)計(jì)等。然后設(shè)計(jì)出整個(gè)電源的原理圖,采用Saber軟件對(duì)電源電路進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了電路設(shè)計(jì)參數(shù)的正確性和合理性。然后,詳細(xì)闡述了 PCB的布局布線規(guī)則,對(duì)電源PCB進(jìn)行初步設(shè)計(jì)并利用SIwave和Designer軟件對(duì)電源PCB模型進(jìn)行場(chǎng)路協(xié)同仿真,通過分析PCB干擾產(chǎn)生機(jī)理及仿真結(jié)果對(duì)電源PCB進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)。將改進(jìn)后的PCB再次進(jìn)行近場(chǎng)仿真,通過對(duì)比,驗(yàn)證了改進(jìn)后比改進(jìn)前的EMC性能更好。另外,通過3m法模擬仿真,確定了電源PCB的輻射噪聲在國(guó)標(biāo)GB 4824-2013要求范圍以內(nèi),符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。最后,對(duì)輔助電源樣機(jī)進(jìn)行調(diào)試,分析此電源的主要工作波形,包括輸入、輸出電壓電流波形,開關(guān)管MOSFET的Vds與Vgs波形,輸出電壓紋波等。樣機(jī)整體測(cè)試結(jié)果表明,電源各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求,輸出穩(wěn)定,性能良好。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN86
【圖文】：

２電源的電路設(shè)計(jì)及仿真逡逑本章首先搭建了反激電路并運(yùn)用ＰＳｐｉｃｅ軟件進(jìn)行仿真，分析了反激電路的工逡逑作特點(diǎn)，討論了邋ＣＣＭ和ＤＣＭ兩種工作模式。然后確定了本設(shè)計(jì)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，逡逑詳細(xì)闡述了各電路模塊的元器件參數(shù)選取及計(jì)算依據(jù)，采用ＴＯＰ２２４ＹＮ外接單管逡逑ＭＯＳＦＥＴ的方法解決了大電壓輸入與控制芯片耐壓能力之間的矛盾。設(shè)計(jì)出電源逡逑整體原理圖并運(yùn)用Ｓａｂｅｒ軟件對(duì)其進(jìn)行開環(huán)仿真。逡逑２．１反激電路工作原理逡逑反激電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用元器件少，成本低等優(yōu)點(diǎn)，是隔離式變換器中逡逑最常用的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它特別適合運(yùn)用在多路輸出場(chǎng)合，并且在１００Ｗ以下逡逑ＡＣ－ＤＣ變換領(lǐng)域中普遍使用［１２］。因此本設(shè)計(jì)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇反激電路，其基逡逑本原理圖和穩(wěn)態(tài)電路波形圖如圖２－１所示。逡逑ＯＮ邋ＯＦＦ邋ＯＮ逡逑－邐邐邐邋邋邋—逡逑

圖２－２反激電路仿真電路圖逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｈｅ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｆｌｙｂａｃｋ邋ｃｉｒｃｕｉｔ逡逑ＤＣ／ＤＣ反激電路仿真電路圖如圖２－２所示，主要包括直流電壓源、脈沖源、逡逑Ｍ０ＳＦＥＴ、高頻變壓器、輸出整流二極管、濾波電容和負(fù)載。圖中心和心是兩逡逑個(gè)耦合式電感，ＰＳｐｉｃｅ模型為Ｋ＿Ｌｉｎｅａｒ，分別表示變壓器的初級(jí)和次級(jí)線圈。本逡逑次仿真設(shè)定輸入直流電壓匕為１００Ｖ；脈沖源脈沖電壓為匕為８Ｖ，開關(guān)周期為逡逑１００叫，導(dǎo)通時(shí)間為２５叫，計(jì)算得占空比為０．２５；變壓器一次側(cè)電感為５００ｐＨ，逡逑二次側(cè)為２５０ｐＨ，電容為５０＾Ｆ，負(fù)載為１５０。根據(jù)ＤＣ／ＤＣ反激變換器的輸出電逡逑壓ｔ／。與輸入電壓ｔ／ｉ之間的關(guān)系［１４］：逡逑（２＿１｝逡逑式中ｄ為占空比，：ｒ?yàn)殚_關(guān)管的開關(guān)周期，也為負(fù)載阻值，ｚｐ為變壓器一次逡逑線圈的電感量。將仿真電路中設(shè)置的參數(shù)代入公式后可得：［／。＝３０．６１￥，／。＝２．０４八。逡逑通過對(duì)比如圖２－３所示的輸入、輸出電壓波形可知，本次仿真結(jié)果與理論值基本逡逑一致。逡逑８逡逑

圖２－３輸入和輸出電壓波形逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｔｈｅ邋ｖｏｌｔａｇｅ邋ｗａｖｅｆｏｒｍ邋ｏｆ邋ｉｎｐｕｔ邋ａｎｄ邋ｏｕｔｐｕｔ逡逑變壓器初、次級(jí)電流仿真波形如圖２－４所示，從圖中分析可知，在開關(guān)管導(dǎo)逡逑通期間，變壓器初級(jí)側(cè)電流逐漸增大，一次側(cè)電感開始儲(chǔ)能；在開關(guān)管關(guān)斷以后，逡逑一次側(cè)電感將能量傳遞給二次側(cè)，進(jìn)而給負(fù)載供電，隨著二次側(cè)能量的逐漸減少，逡逑變壓器次級(jí)電流也逐漸降低。逡逑１0．］邐ｉ邐ｊ邐１—逡逑

本文編號(hào)：2798195