高功率密度大功率电源关键技术研究

《高功率密度大功率电源关键技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、高功率密度大功率电源关键技术研究摘要：本文根据电源研发的指标要求，基于大功率开关电源的实现方案，研究了高功率密度大功率电源的关键技术，主要内容包括主电路拓扑结构、方案设计、整流滤波技术、仿真技术等。中国4/vie　　关键词：高功率密度;大功率;电源;关键技术　　中图分类号：TL503.5文献标识码：A：1673-1069（2017）01-176-2　　0引言　　经过长期的发展，电源技术已经非常成熟，包括软开关技术、组装技术、整流技术、智能化控制技术等，电源技术的未来发展方向为智能化、高频化、绿色化、高功率密度以及高可靠性等。　　对于

2、电源工程师来说，高功率密度是主要的追求目标，提高开关的频率、减小变压器和滤波电感电容的体积是研发重点，要想达到这个目标，高频变压器的磁芯要使用高导磁率、高饱和磁感应强度、低损耗以及良好稳定性的铁磁材料，现在市场上小功率开关电源的功率密度较高，例如，最大输出功率6003，相对于小功率开关电源，大功率开关电源的功率密度有较大的提升空间。　　1开关电源的方案设计　　1.1结构方案　　如果是一个闭环数字控制直流电源系统，一般包括功率变换、检测反馈和控制驱动三部分。（如图1所示）大功率开关电源常用的结构方案有三种：分别是单功率单元单控制方案、

3、多功率单元井联单控制系统方案和多功率单元多控制系统方案。其中单功率单元单控制方案下，一个控制器控制一个功率单元，其优点是高频变压器副边具有较好的均流特性，其缺点是对元器件的性能要求较高，大容量高频变压器的设计和制作比较困难;多功率单元井联单控制系统中多个功率单元共用控制系统，每个功率单元具有相同的硬件电路，[2]其优点是控制器成本相对较低，但是如果全功率输出电源，各个功率单元不均流;多功率单元多控制系统中每个功率单元具有独立的控制系统，解决了各功率单元并联均流的问题，可以进行模块化生产，但是控制相对较复杂，不易进行同步控制。[3]　

4、　<E：＼123＼中小企业管理与科技・上旬刊201701＼1-197＼88-1.jpg>　　图1　　1.2主电路方案　　1.2.1输入整流方案　　输入整流电路将市电整流为直流电，供给逆变电路，包括二极管整流技术和晶闸管整流技术。二极管整流设备比较简单，产生的高次谐波较少，晶闸管整流可以调节整流输出电压，但设备较复杂，可靠性不高，产生的高次谐波较多。从设计应用背景的角度，采用较多的是二极管整流方式。　　1.2.2DC/DC方案　　直流变换器分为不带隔离变压器和带隔离变压器，逆变拓扑结构包括正激、反激、推挽、半球等结构。如果

5、功率开关的电压和电流相同，输出功率与开关管的数量成正比。全桥直流变换器广泛应用于大功率场合，[4]如果直流变换器没有电气隔离，可以通过改变占空比来改变输出电压，有隔离变压器的直流变换器具有电气隔离作用，电源的利用率较高。输出高频整流有半波、全流和全桥三种，其中全波整流应用于低压场合。本文采用的是全桥有电气隔离的全波整流输出DC/DC变换器。　　2开关电源的参数设计　　功率电路的基本参数为：P=200kH/200A。　　2.2逆变部分　　IGBT承受的正向电压即为前端整流器的输出电压，留有2-3倍的安全裕量，IGBT的额定电压为102

6、6-1539V，负载电压取1200V，逆变输出基波电流为144A，最大电流为180.49A。　　3开关电源关键技术　　3.1滤波技术　　滤波器设计是电磁兼容设计的重要环节，滤波器的性能决定着电器设备是否正常运行，一般根据电压电流的纹波要求来选择滤波器参数。滤波技术下可以选择性地传输信号，滤波器可以减少开关器件的电应力，抑制输入端的脉动电压和输出纹波。　　根据处理信号的不同，滤波器可以分为数字和模拟两种，根据应用的器件不同可以分为有源和无源两种。有源滤波器是可以进行动态滤波，补充功率。本文研究的开关电源采用的是无源滤波技术。　　在电路

7、中，阴极和阳极各有三个二极管，阳极所接入的交流电压值最高，阴极接入的交流电压值最低，不论哪种情况下共阳极和共阴极组都有一个二极管是导通的。整流输出波形为六个波头，如果没有二极管导通，则电容供电，电压逐渐下降，二极管组成的三相整流电路将交流电转换，滤波后为直流电压，供给逆变电路。[5]　　3.2PSPICE仿真技术