高精度半導(dǎo)體制冷大功率程控電源關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、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。針對半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動過程中大功率、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，針對半導(dǎo)體制冷的應(yīng)用背景，對開關(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)

2、用背景與問題，本文對開關(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)計與研制，進(jìn)行了相關(guān)性能測試。
　　本文主要內(nèi)容如下：
　　首先，針對半導(dǎo)體制冷用大功率開關(guān)電源的設(shè)計要求，對電源的電路結(jié)構(gòu)、材料器件、工作方式等各個方面進(jìn)行了調(diào)查和綜述。經(jīng)過對比分析后，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)的實際使用需求，核

3、算開關(guān)電源的設(shè)計指標(biāo)，并完成基于全橋變換器架構(gòu)的功率開關(guān)驅(qū)動脈沖調(diào)制方式、驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)、輸出整流電路拓?fù)?、電路穩(wěn)壓環(huán)路反饋控制方式等關(guān)鍵模塊的選擇設(shè)計，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

4、真，經(jīng)分析驗證設(shè)計結(jié)果正確、參數(shù)合理；對開關(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)計了低漏感的變壓器，滿足課題參數(shù)與功能需要；同時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)路控制的小信號模型，計算出各個模塊傳遞函數(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，對電源穩(wěn)壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了開

5、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，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)增加緩啟動電路與兩級過流保護(hù)電路，并設(shè)計完成了基于單片機(jī)的檢測電路與數(shù)控系統(tǒng)等輔助工作環(huán)節(jié)；
　　最后，對開關(guān)電源中核心環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行仿真驗證和實驗測試，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