本文關(guān)鍵詞：高精度半導(dǎo)體制冷大功率程控電源關(guān)鍵技術(shù)研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：現(xiàn)代超精密儀器裝備需要高精度恒溫循環(huán)冷卻水來減少溫度誤差的影響,半導(dǎo)體制冷器可以為循環(huán)恒溫冷卻水系統(tǒng)提供優(yōu)良的制冷性能。針對(duì)半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)過程中大功率、大電流與系統(tǒng)中可編程控制的需求,開關(guān)電源是最佳選擇。然而開關(guān)電源的開關(guān)工作原理使其輸出耦合大量的噪聲與諧波,將會(huì)影響半導(dǎo)體制冷功率控制精度,進(jìn)而影響循環(huán)冷卻水的溫控精度。因此,針對(duì)半導(dǎo)體制冷的應(yīng)用背景,對(duì)開關(guān)電源中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究并改善開關(guān)電源輸出性能十分必要。根據(jù)以上應(yīng)用背景與問題,本文對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行原理分析,具體研究改良開關(guān)電源輸出特性的關(guān)鍵技術(shù),并完成了開關(guān)電源樣機(jī)的整體設(shè)計(jì)與研制,進(jìn)行了相關(guān)性能測(cè)試。本文主要內(nèi)容如下:首先,針對(duì)半導(dǎo)體制冷用大功率開關(guān)電源的設(shè)計(jì)要求,對(duì)電源的電路結(jié)構(gòu)、材料器件、工作方式等各個(gè)方面進(jìn)行了調(diào)查和綜述。經(jīng)過對(duì)比分析后,確定了基于全橋變換器的開關(guān)電源基本架構(gòu);其次,從半導(dǎo)體制冷器的工作特性出發(fā),結(jié)合高精度循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的實(shí)際使用需求,核算開關(guān)電源的設(shè)計(jì)指標(biāo),并完成基于全橋變換器架構(gòu)的功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)脈沖調(diào)制方式、驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)、輸出整流電路拓?fù)洹㈦娐贩�(wěn)壓環(huán)路反饋控制方式等關(guān)鍵模塊的選擇設(shè)計(jì),形成完整的開關(guān)電源電路原理方案;再次,結(jié)合開關(guān)電源的工作過程,探究知輸出紋波的主要來源為功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、功率開關(guān)工作過程與整流二極管的關(guān)斷過程等工作電路開關(guān)過程中形成的振蕩,繼而分析振蕩形成的電路機(jī)理,運(yùn)用諧振分析方法,計(jì)算得到核心元器件的關(guān)鍵參數(shù),并使用標(biāo)準(zhǔn)仿真軟件進(jìn)行仿真,經(jīng)分析驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果正確、參數(shù)合理;對(duì)開關(guān)電源高頻變壓器的磁芯結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇方法進(jìn)行理論分析,推導(dǎo)建立高頻變壓器磁芯選擇公式,設(shè)計(jì)了低漏感的變壓器,滿足課題參數(shù)與功能需要;同時(shí)確定了電源輸出端所需要的輸出濾波結(jié)構(gòu)及其核心參數(shù),以滿足課題需求;然后,根據(jù)控制理論,從電源穩(wěn)壓系統(tǒng)中提取出控制環(huán)路;運(yùn)用開關(guān)電源環(huán)路控制的小信號(hào)模型,計(jì)算出各個(gè)模塊傳遞函數(shù)并最終導(dǎo)出整體控制回路的傳遞函數(shù);根據(jù)頻域分析方法,對(duì)電源穩(wěn)壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了開環(huán)傳遞函數(shù)的特性分析與三極點(diǎn)-雙零點(diǎn)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì),良好的補(bǔ)償了輸出濾波器中大容量電感與電容雙極點(diǎn),增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性,為電源系統(tǒng)增加緩啟動(dòng)電路與兩級(jí)過流保護(hù)電路,并設(shè)計(jì)完成了基于單片機(jī)的檢測(cè)電路與數(shù)控系統(tǒng)等輔助工作環(huán)節(jié);最后,對(duì)開關(guān)電源中核心環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行仿真驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)測(cè)試,證明了使用諧振分析方法確定器件參數(shù)并進(jìn)行波形整形對(duì)于輸出性能具有明顯的改善效果;在此基礎(chǔ)上,組裝工程樣機(jī),對(duì)開關(guān)電源的主要性能指標(biāo)包括控制線性度、頻率響應(yīng)、紋波與噪聲進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明,本文所設(shè)計(jì)開關(guān)電源在11.290V輸出下,經(jīng)過參數(shù)設(shè)計(jì)與波形整形,紋波從190m V降至88m V,電壓控制線性度達(dá)到0.44%,調(diào)節(jié)帶寬為1.2k Hz,最終測(cè)試最大功率可以達(dá)到933W,說明了本文中對(duì)于開關(guān)電源設(shè)計(jì)中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)研究的正確性與合理性,為進(jìn)一步研究提供基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN86

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1334784