开题报告-水晶闪电球电源的设计
9页1、北方工业大学 本科毕业设计(论文)开题报告书题 目: 水晶闪电球电源的设计 指导教师: 专业班级: 电气11-1班 学 号: 姓 名: 日 期: 2015年3月19日 一、 选题的目的、意义闪电球,又叫等离子球,是一种新型的灯饰工艺品。其外观为高强度玻璃球壳,球内充有稀薄的惰性气体,玻璃球中央电极。球的底部有一块震荡电路板,通过电源变换器,将低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射。由于电极上电压很高,故所发生的光是一些辐射状的辉光,而当用手触及球时,球周围的电场、电势分布不再均匀对称,因此光线在手指的周围处变得更为明亮,产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲。在闪电球中,最为核心的部分就是其高压电源部分。高压直流电源在日常的生产、生活中有着广泛的应用,尤其在军事、医疗和绝缘测试等领域应用更为频繁。传统的高压直流电源采用线性电源技术的较多,其产生高电压输出的过程通常是,从工频交流电源得到交流供电,然后经过高压隔离升压变压器升压,得到高电压交流,再通过整流滤波最终输出直流高电压。它有半波整流,桥式整流、全波整流、倍压整流、多相整流等多重接线方式,
2、其中,半波整流电路的电路最简单,缺点是所需的设备、元件耐压要求高,体积重量大,多作为高压测试试验设备在实验室的室内环境中使用。相比于半波整流电路,桥式和全波整流电路,虽然输出电压纹波小一些,但是体积和重量方面是相当的。如果高压电源要求功率容量大的同时输出高电压纹波小的话,就要用到多相交流整流滤波技术实现。随着新技术的进步,新器件的涌现以及控制智能化的实践等,电力电子技术不断大步向前发展。开关电源现在已经普遍地应用到高压电源的研制中。根据开关电源技术的原理,使用功率开关器件能够产生数十KHZ甚至更高频率的脉冲方波或正弦波,使选用更小体积重量的高压隔离变压器、高压电容和高压整流二极管等成为可能,这样高压电源就可以使在很大程度上抛弃原有庞大的体积重量的限制。图1:开关电源原理框图如图1,输入交流电源经整流滤波单元后,转换成直流电;之后通过半桥、全桥等各种形式的逆变电路构成的逆变单元来产生得到高频方波脉冲;然后,高频方波脉冲进入高频隔离升压变压器一次升压,以及倍压整流单元整流后二次升压,将直流电压升高到输出高压指标范围;通过反馈单元高压分压采样,或者高压隔离采样,将输出的高压反馈信号送到高压电
3、源的控制检测单元;由高压电源的控制检测单元处理反馈信号,调整开关管驱动信号脉冲的频率或脉宽,改变在逆变单元内功率开关管导通的频率或时间,实现输出电压幅度的调节。高压电源自从采用开关电源技术以来,就具备了开关电源与生俱来的很多优点,比如,小型化效果好、控制性能较高、输出纹波较低、容易设置快速保护等。随着微电子集成技术的发展,在高压开关电源控制领域中,数字控制方式超越了模拟控制方式,成为了热门的研究方向。数字化高压电源能够直接检测电源的运行状态,对工作环境和性能指标的离散性有很好的适应力,在同一硬件平台下可以通过软件灵活地改变控制算法、增删控制和保护功能,使上位的发射机控制单元的检测通信等需求得到满足。另外,数字化高压电源还可以通过软件设置自动诊断、输出量在线调整、故障告警管理等功能,提升高压电源的自动化和智能化程度,提高电源系统的可维护性及可靠性。对比模拟控制方式的特点,数字控制技术的优势在在于:可以实现模拟控制难以实现的先进复杂的控制方法;有效改善模拟器件老化和温漂引起的控制性能劣化,提高系统可靠性;控制算法由软件编程实现,避免模拟器件参数离散性所引起的控制特性不一致;控制方法及参数的
4、软件修改简便周期短成本低;能使控制与监测集成在一起,适应对电源系统不断提高的智能化需求;在软件编制方面通过更新控制算法、提高开关调节频率和数据采样精度,还可以更加优化控制性能,以满足系统多样性的需求。随着现代技术的不断发展,设备对高压电源性能和功能的要求正在变得越来越严苛。新的高压电源核心控制器除了调节电压和电流等功率上的指标之外,其多样化功能上的要求也必须得到满足,比如,控制功能编程实现、输出量在线调节、加电顺序控制、自动诊断、实时监测、多功能保护措施以及与上位机的有效通信等。而本次毕业设计,就是研究有关数字化高压电源的设计制作方式,在能满足功能指标的前提下,加入通信,显示功能,使得数字高压电源满足实时监测,远程控制等现代化要求。二、本题的基本内容开关电源中,通常逆变器有以下几种:单端正激、单端反激、推挽、半桥、全桥等。其各种电路优缺点比较如表1:表1:常见逆变电路优缺点分析电路优点缺点功率范围应用领域正激电路较简单,成本低,可靠性高,驱动简单变压器单向激磁,利用率低百瓦-千瓦各种中小功率电源反激电路简单,成本很低,可靠性高,驱动简单变压器单向激磁,利用率低数十瓦小功率电子设备,计算
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