高频软开关电镀电源的设计

论文摘要

电镀镀槽是一种特殊的负载,它要求电镀电源提供可调节的直流低电压大电流,以满足不同镀件的工艺要求。本文在分析了电镀电源发展历程和研究现状以后,结合开关电源的基本原理,设计了单台输出容量为12V/600A,可多台并联输出的高频软开关电镀电源。传统的开关电源采用的是可控硅整流,其体积和重量大,纹波大,稳定性不高,效率低,电源效率一般约为70%;单台电源不能长期无故障工作,无冗余系统来保证稳定性。而采用高频软开关技术设计的软开关电源能够极大的提升整体电源的性能。在参阅了大量国内外文献的基础上,本文通过对几种典型功率变换电路拓扑的分析与比较,选择全桥零电压脉宽调制(FBZVS PWM)软开关电路拓扑作为主电路拓扑。采用UC3875作为主控制器,实现对输出电压和电流的调节。采用倍流整流技术,在变压器原边加入隔直电容,原边超前桥臂和滞后臂保持较宽范围的零电压开通条件;副边的倍流整流输出方式,两个二极管实现了自然换流,两个输出电感交错并联的方式,大大减小了系统电流纹波,减小了电感的尺寸,从而减小系统的体积和重量;运用均流控制芯片UC3907设计了电源模块的均流控制电路,实现了多模块并联组成大功率的电镀电源系统,提高了电源输出性能。最后给出了结论,参与研制的高频开关电镀电源达到了预期的技术指标,为提高电源性能所做的工作达到了预期要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 电镀电源的发展
• 1.2 开关电镀电源的研究现状与发展概况
• 1.2.1 国内外开关电镀电源的研究现状
• 1.3 软开关技术的提出和应用
• 1.3.1 开关损耗的成因
• 1.3.2 软开关技术
• 1.3.3 软开关技术的一般实现方法
• 1.3.4 软开关的发展历程主要分类
• 2 移相控制全桥软开关变换器
• 2.1 全桥整流移相控制全桥软开关变换器
• 2.1.1 稳态分析
• 2.1.2 ZVS的实现及副边占空比丢失
• 2.2 倍流整流ZVS软开关全桥变换器
• 2.2.1 系统分析与工作原理
• 2.2.2 倍流整流电路软开关的实现
• 3 电镀电源硬件电路的设计
• 3.1 电镀电源系统组成与功能
• 3.1.1 电源的主要设计指标
• 3.1.2 电源系统组成及其功能
• 3.1.3 输入整流二极管的选取
• 3.1.4 输入滤波电容的选择
• 3.1.5 饱和电感的设计
• 3.1.6 隔直电容的选取
• 3.2 移相谐振控制器的设计
• 3.2.1 基于UC3875移相控制器的设计
• 3.2.2 移相控制器设计
• 3.2.3 电压反馈环节
• 3.2.4 过流保护电路
• 3.2.5 驱动电路设计
• 4 大功率开关电源并联均流电路设计
• 4.1 多电源并联及其均流
• 4.1.1 常用并联均流技术其主要工作原理及特点
• 4.1.2 常用几种均流技术的工作原理
• 4.2 基于集成控制芯片UC3907的均流系统实际设计与应用
• 4.2.1 均流控制单元的分析与设计
• 4.2.2 UC3907外围参数选择
• 4.3 电源控制回路反馈调节过程分析设计
• 5 高频变压器和电感的参数设计
• 5.1 高频开关变压器的选择
• 5.1.1 变压器磁芯材料的选择
• 5.1.2 变压器磁芯结构的选择
• 5.1.3 变压器线圈的绕制
• 5.2 高频开关变压器的计算
• 5.2.1 变压器磁芯的计算
• 5.2.2 变压器原副边匝数的计算
• 5.2.3 确定绕线线径
• 5.3 输出滤波电感的设计
• 5.4 整流二极管的选择
• 5.5 输出滤波电容的设计
• 6 仿真及实验结果
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢