AC-DC-DC电源技术方案

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1、目录直流电源设计方案目录目录1.概述12系统的整体结构设计33．三相六开关APFC电路设计224.移相全桥ZVSPWM变换器分析与设计275．高压直流二次电源DC／DC变换器设计336.器材选取397.电源系统散热分析528.参数设计仿真结果55概述1.概述1.1目的和意义目前，越来越多的电力电子设备投入到电网中，由于不可控整流器在大功率电源设备中的广泛应用，其对电网造成的谐波污染日益严重，使得电能生产、传输和利用的效率降低，并影响电网的安全运行。为了保证电网的正常运行，现在采取的办法往往是限制接入电网的整流设备的容量，这就限制了一些大功率直流电源的使用。电力电子装置，尤其是各种直流

2、变换装置向高频化、高功率密度化发展，其关键技术是软开关技术。因此，大功率开关电源的功率因数校正技术及DC/DC变换器软开关技术是当前研究的热点。1.2开关电源技术发展现状开关电源是采用功率半导体器件作为开关元件，通过控制开关元件的占空比进而调整输出电压的电源变换装置，开关电源的前置级将电网工频电压经整流滤波为直流电压，再经直流变换电路即开关电源后即处理后输出、整流、滤波。为了稳定输出电压，设计电压反馈电路对输出的电压进行采样，并把所采样的电压信号送到控制电路中，进行比较处理，调节输出的控制脉冲的占空比，最终使输出电压的纹波及电源的稳定满足设计指标。开关电源通常包括EMI滤波模块、AC

3、/DC变换模块、DC/DC变换模块、控制、驱动及保护模块、辅助电源模块等。传统的开关电源输入电流中谐波含量高,功率因数低,开关损耗大、电磁干扰严重等一系列问题阻碍了电源技术向着高效率、绿色化、实用化的方向发展。自20世纪80年代以来,随着有源功率因数校正技术和软开关技术的发展,上述问题得到了较好的解决，开关电源技术也步入了一个新的迅速发展的阶段。1.3本次设计的主要内容本次设计一款符合《航天地面直流电源通用规范》要求的直流电源系统。其采用两级结构，前级AC/DC部分采用三相六概述开关APFC电路，后级采用移相全桥ZVSPWM变换电路。前级采用三相APFC整流电路，保证系统在6KW功率

4、下平稳工作，功率因素大于0.99，具有较强鲁棒性，具有过压、欠压指示，输出过压、限流等保护功能。后级采用全桥变换器，采用软开关技术，减小系统能量损耗，且保证输出电压在45V-100V连续可调，且电压稳定（峰峰值小于500mV，电压稳定度不大于1%）,具有良好的屏蔽性能，屏蔽性能大于40dB，系统具有双模式（电压源模式，电流源模式）工作特点。具有友好的人机界面，提供外接显示屏，可实时显示输出电压、电流、输入侧功率因数等实时信息，方便用户调整系统参数，并预留CAN总线端口。整体尺寸不大于600mm*500mm*500mm,整体质量不大于50Kg，产品符合GJB1412-92《航天地面直流

5、电源通用规范》。并根据相关要求依据设计所需采购工业级以上(含工业级)电源元件。系统的整体结构设计2系统的整体结构设计2.1主要技术参数Ø输入电压：三相交流380V(±10%),50HZØ输出电压45V～100V可调Ø输出电流：DC100AØ功率因数：>0.99Ø电源效率：>90%Ø输出电压稳定度：不大于1%Ø输出电压纹波（峰-峰值）：不大于500mVØ过载能力：120%额定值Ø冷却方式：风冷或强制风冷2.2系统设计方案为了兼顾电源性能与电路复杂度，电源采用两级结构，前级为APFCAC/DC变换模块，实现三相交流电到直流电的变换，该变换模块具备APFC功能，用以提高电路功率因数，减少电

6、源对电网的谐波污染；后级DC/DC模块完成直流电压的变换与输出，采用软开关技术，使DC/DC变换电路中的开关管均工作在软开关状态，减少开关电源电路在高频时的开关损耗，提高电源效率。另外电路中还包含辅助电源电路、EMI电路、控制电路、驱动电路、保护电路等，电源的整体设计方案如图2-1所示。系统的整体结构设计图2-1开关电源整体设计方案2.3前级AC/DCAPFC变换电路2.3.1APFC主电路结构设计按照开关电源接入电网方式的不同，APFC电路可以分为单相APFC电路和三相APFC电路。其中在小功率场合常采用单相APFC电路，其结构与控制方式相对简单，国内外的一些研究结构和科研公司均开

7、发了一些专用的APFC控制芯片，经过近些年的发展，技术臻于成熟；三相APFC电路适合于中大功率的场合，其中三相电压与电流之间的耦合问题是其存在的主要问题。探究简单可靠的三相APFC拓扑，将三相APFC电路实用化是现代研究的热点。本次设计开关电源采用三相380V交流输入，以下将对各种三相PFC电路进行比较与分析。（1）三相单开关PFC电路三相单开关PFC电路是三相PFC电路中结构和控制最为简单的电路，其可以看为单相PFC整流电路在三相PFC整流电路中的拓展。