电火花机床电源供给系统专用辅助电源的研制

发布时间：2020-08-20 16:36

【摘要】：本文以电火花机床电源供给系统中专用辅助电源的设计为主线,根据电源供给系统的用电需求,设计并制作了一款基于TOP224YN的380V交流电压输入,±15V及+24V输出的辅助电源样机。考虑到控制芯片本身的耐压能力与较大输入电压的矛盾,本设计采取了以TOP224YN外接MOSFET的方式,成功地解决了耐压裕量不足的问题。由于开关电源中多采用高频开关器件,工作时会产生较强的电磁干扰信号。因此,在本次设计的基础上融入电磁兼容分析手段,减少了电源的电磁干扰。本文的具体工作是:首先,详细分析阐述开关电源设计基本理论,包括设计原理,主电路拓扑以及设计方法的选择等。着重分析反激式开关电源的工作原理、工作模式及设计方法等,为后面的元器件选取及参数计算奠定基础。其次,在掌握必要理论的基础上,对电路进行设计。主要包括输入、输出整流滤波电路设计,钳位电路设计,基于TOP224YN的控制系统电路设计,高频变压器设计,采样和保护电路设计等。然后设计出整个电源的原理图,采用Saber软件对电源电路进行仿真,验证了电路设计参数的正确性和合理性。然后,详细阐述了 PCB的布局布线规则,对电源PCB进行初步设计并利用SIwave和Designer软件对电源PCB模型进行场路协同仿真,通过分析PCB干扰产生机理及仿真结果对电源PCB进行有针对性的改进。将改进后的PCB再次进行近场仿真,通过对比,验证了改进后比改进前的EMC性能更好。另外,通过3m法模拟仿真,确定了电源PCB的辐射噪声在国标GB 4824-2013要求范围以内,符合设计标准。最后,对辅助电源样机进行调试,分析此电源的主要工作波形,包括输入、输出电压电流波形,开关管MOSFET的Vds与Vgs波形,输出电压纹波等。样机整体测试结果表明,电源各项指标均符合要求,输出稳定,性能良好。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN86
【图文】：

２电源的电路设计及仿真逡逑本章首先搭建了反激电路并运用ＰＳｐｉｃｅ软件进行仿真，分析了反激电路的工逡逑作特点，讨论了邋ＣＣＭ和ＤＣＭ两种工作模式。然后确定了本设计的各项性能指标，逡逑详细阐述了各电路模块的元器件参数选取及计算依据，采用ＴＯＰ２２４ＹＮ外接单管逡逑ＭＯＳＦＥＴ的方法解决了大电压输入与控制芯片耐压能力之间的矛盾。设计出电源逡逑整体原理图并运用Ｓａｂｅｒ软件对其进行开环仿真。逡逑２．１反激电路工作原理逡逑反激电路具有结构简单，所用元器件少，成本低等优点，是隔离式变换器中逡逑最常用的一种拓扑结构。它特别适合运用在多路输出场合，并且在１００Ｗ以下逡逑ＡＣ－ＤＣ变换领域中普遍使用［１２］。因此本设计主电路拓扑结构选择反激电路，其基逡逑本原理图和稳态电路波形图如图２－１所示。逡逑ＯＮ邋ＯＦＦ邋ＯＮ逡逑－逦逦逦邋邋邋—逡逑

图２－２反激电路仿真电路图逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｈｅ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｆｌｙｂａｃｋ邋ｃｉｒｃｕｉｔ逡逑ＤＣ／ＤＣ反激电路仿真电路图如图２－２所示，主要包括直流电压源、脉冲源、逡逑Ｍ０ＳＦＥＴ、高频变压器、输出整流二极管、滤波电容和负载。图中心和心是两逡逑个耦合式电感，ＰＳｐｉｃｅ模型为Ｋ＿Ｌｉｎｅａｒ，分别表示变压器的初级和次级线圈。本逡逑次仿真设定输入直流电压匕为１００Ｖ；脉冲源脉冲电压为匕为８Ｖ，开关周期为逡逑１００叫，导通时间为２５叫，计算得占空比为０．２５；变压器一次侧电感为５００ｐＨ，逡逑二次侧为２５０ｐＨ，电容为５０＾Ｆ，负载为１５０。根据ＤＣ／ＤＣ反激变换器的输出电逡逑压ｔ／。与输入电压ｔ／ｉ之间的关系［１４］：逡逑（２＿１｝逡逑式中ｄ为占空比，：ｒ为开关管的开关周期，也为负载阻值，ｚｐ为变压器一次逡逑线圈的电感量。将仿真电路中设置的参数代入公式后可得：［／。＝３０．６１￥，／。＝２．０４八。逡逑通过对比如图２－３所示的输入、输出电压波形可知，本次仿真结果与理论值基本逡逑一致。逡逑８逡逑

图２－３输入和输出电压波形逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｔｈｅ邋ｖｏｌｔａｇｅ邋ｗａｖｅｆｏｒｍ邋ｏｆ邋ｉｎｐｕｔ邋ａｎｄ邋ｏｕｔｐｕｔ逡逑变压器初、次级电流仿真波形如图２－４所示，从图中分析可知，在开关管导逡逑通期间，变压器初级侧电流逐渐增大，一次侧电感开始储能；在开关管关断以后，逡逑一次侧电感将能量传递给二次侧，进而给负载供电，随着二次侧能量的逐渐减少，逡逑变压器次级电流也逐渐降低。逡逑１0．］逦ｉ逦ｊ逦１—逡逑

本文编号：2798195