望远镜用5kW高频开关电源系统的设计

发布时间：2017-10-20 01:18

  本文关键词：望远镜用5kW高频开关电源系统的设计

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【摘要】：高性能、高精度的望远镜需要不同等级电压、不同功率输出的轴系驱动电源。随着新型材料、控制技术和经济的发展,望远镜轴系驱动电源先后经历了相控电源、线性电源和开关电源的发展历程。相比于相控电源和线性电源,开关电源在望远镜轴系驱动控制系统的电源要求中表现出了集成度高、抗干扰能力强、稳压范围宽、电路形式灵活多样等特点,逐步成为主流。并且随着开关电源电路拓扑、控制理论的逐渐成熟,以及望远镜轴系驱动用电容量的不断增大,将大功率高频开关电源应用于望远镜轴系驱动用功率电源领域是望远镜研制过程中十分关注的问题,具有非常重要的意义。本文是根据望远镜主轴系驱动电源的结构特点,设计了一款望远镜用5kW高频开关电源系统,开关电源的输出电压为40Vdc—140Vdc连续可调,输出最大电流为60A,输出额定功率为5kW。开关电源主电路采用全桥拓扑结构,为了满足所设计的望远镜用5kW高频开关电源的高频特性,全桥拓扑结构中的开关管采用通态阻抗小的大功率IGBT管,次级采用全波整流电路;控制电路采用单片机C8051F120作为通信监控接口,并采用SG2525作为PWM控制电路的核心芯片;驱动电路采用2SD106AI作为核心模块。望远镜用5kW高频开关电源相比于之前的高频开关电源创新之处在于采用了智能接口将开关电源与上位机相连,可实时根据望远镜驱动电源的需求通过上位机对开关电源的输出电压和输出电流进行设置,并且开关电源的输出电压、输出电流、模块温度等参数可通过液晶显示屏即时显示,方便用户实时查看电源运作情况;并且为了保证开关电源的稳定性和可靠性,对开关电源设计了一系列的保护措施;通过仿真软件对所设计的望远镜用5kW高频开关电源进行建模仿真来验证理论分析的正确性和设计方案的可行性。最后对设计的望远镜用5kW高频开关电源建立实验平台并进行性能测试,结果满足设计要求。
【关键词】：望远镜 5kW 开关电源 IGBT 脉宽调制 电压连续可调
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH743
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景12-13
• 1.2 大功率高频开关电源的发展趋势13-15
• 1.3 国内外的发展现状15
• 1.4 课题的研究意义和研究内容15-18
• 1.4.1. 研究意义15-16
• 1.4.2. 研究内容16
• 1.4.3. 论文结构16-18
• 第2章 5kW高频开关电源理论分析及研究18-30
• 2.1 引言18-19
• 2.2 开关电源主电路理论研究19-23
• 2.3 开关电源控制电路理论研究23-25
• 2.4 开关电源驱动电路理论研究25-28
• 2.5 开关电源保护电路理论研究28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 望远镜用 5kW高频开关电源的设计30-56
• 3.1 引言30-31
• 3.2 开关电源的主板设计31-40
• 3.2.1 软启动电路的设计31-32
• 3.2.2 输入整流滤波模块设计32-33
• 3.2.3 功率开关器件设计33-35
• 3.2.4 隔直电容的设计35-36
• 3.2.5 变压器电路设计36-37
• 3.2.6 输出整流滤波模块设计37-40
• 3.3 控制环路模块设计40-49
• 3.3.1 电压环路设计44-47
• 3.3.2 电流环路设计47-49
• 3.4 驱动电路设计49-50
• 3.5 保护电路设计50-51
• 3.6 监控显示电路设计51-54
• 3.7 本章小结54-56
• 第4章 望远镜用 5kW高频开关电源的建模与仿真56-64
• 4.1 引言56
• 4.2 Saber软件介绍56-58
• 4.3 望远镜用 5kW高频开关电源的saber模型58-62
• 4.3.1 开关电源输入电压仿真分析59-60
• 4.3.2 整流后电源电压仿真分析60
• 4.3.3 控制电路输出波形仿真分析60-61
• 4.3.4 高频变换器原边电压电流仿真分析61-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第5章 实验平台的搭建和实验验证64-74
• 5.1 引言64-65
• 5.2 调试结果及分析65-70
• 5.2.1 开关电源的阶跃响应66
• 5.2.2 变压器的工作状态66-67
• 5.2.3 输出纹波波形67-68
• 5.2.4 液晶显示结果68-70
• 5.3 望远镜用 5kW高频开关电源系统的实物图70-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第6章 结论与展望74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 研究展望75-76
• 参考文献76-82
• 在学期间学术成果情况82-83
• 指导教师及作者简介83-84
• 致谢84-85

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本文编号：1064429