高功率密度大功率電源關(guān)鍵技術(shù)研究

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1、高功率密度大功率電源關(guān)鍵技術(shù)研究摘要：本文根據(jù)電源研發(fā)的指標(biāo)要求，基于大功率開(kāi)關(guān)電源的實(shí)現(xiàn)方案，研究了高功率密度大功率電源的關(guān)鍵技術(shù)，主要內(nèi)容包括主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、方案設(shè)計(jì)、整流濾波技術(shù)、仿真技術(shù)等。中國(guó)4/vie　　關(guān)鍵詞：高功率密度;大功率;電源;關(guān)鍵技術(shù)　　中圖分類號(hào)：TL503.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A：1673-1069（2017）01-176-2　　0引言　　經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，電源技術(shù)已經(jīng)非常成熟，包括軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、組裝技術(shù)、整流技術(shù)、智能化控制技術(shù)等，電源技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向?yàn)橹悄芑?、高頻化、綠色化、高功率密度以及高可靠性等?！　?duì)于

2、電源工程師來(lái)說(shuō)，高功率密度是主要的追求目標(biāo)，提高開(kāi)關(guān)的頻率、減小變壓器和濾波電感電容的體積是研發(fā)重點(diǎn)，要想達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，高頻變壓器的磁芯要使用高導(dǎo)磁率、高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、低損耗以及良好穩(wěn)定性的鐵磁材料，現(xiàn)在市場(chǎng)上小功率開(kāi)關(guān)電源的功率密度較高，例如，最大輸出功率6003，相對(duì)于小功率開(kāi)關(guān)電源，大功率開(kāi)關(guān)電源的功率密度有較大的提升空間。　　1開(kāi)關(guān)電源的方案設(shè)計(jì)　　1.1結(jié)構(gòu)方案　　如果是一個(gè)閉環(huán)數(shù)字控制直流電源系統(tǒng)，一般包括功率變換、檢測(cè)反饋和控制驅(qū)動(dòng)三部分。（如圖1所示）大功率開(kāi)關(guān)電源常用的結(jié)構(gòu)方案有三種：分別是單功率單元單控制方案、

3、多功率單元井聯(lián)單控制系統(tǒng)方案和多功率單元多控制系統(tǒng)方案。其中單功率單元單控制方案下，一個(gè)控制器控制一個(gè)功率單元，其優(yōu)點(diǎn)是高頻變壓器副邊具有較好的均流特性，其缺點(diǎn)是對(duì)元器件的性能要求較高，大容量高頻變壓器的設(shè)計(jì)和制作比較困難;多功率單元井聯(lián)單控制系統(tǒng)中多個(gè)功率單元共用控制系統(tǒng)，每個(gè)功率單元具有相同的硬件電路，[2]其優(yōu)點(diǎn)是控制器成本相對(duì)較低，但是如果全功率輸出電源，各個(gè)功率單元不均流;多功率單元多控制系統(tǒng)中每個(gè)功率單元具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，解決了各功率單元并聯(lián)均流的問(wèn)題，可以進(jìn)行模塊化生產(chǎn)，但是控制相對(duì)較復(fù)雜，不易進(jìn)行同步控制。[3]　

4、　<E：＼123＼中小企業(yè)管理與科技?上旬刊201701＼1-197＼88-1.jpg>　　圖1　　1.2主電路方案　　1.2.1輸入整流方案　　輸入整流電路將市電整流為直流電，供給逆變電路，包括二極管整流技術(shù)和晶閘管整流技術(shù)。二極管整流設(shè)備比較簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的高次諧波較少，晶閘管整流可以調(diào)節(jié)整流輸出電壓，但設(shè)備較復(fù)雜，可靠性不高，產(chǎn)生的高次諧波較多。從設(shè)計(jì)應(yīng)用背景的角度，采用較多的是二極管整流方式。　　1.2.2DC/DC方案　　直流變換器分為不帶隔離變壓器和帶隔離變壓器，逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括正激、反激、推挽、半球等結(jié)構(gòu)。如果

5、功率開(kāi)關(guān)的電壓和電流相同，輸出功率與開(kāi)關(guān)管的數(shù)量成正比。全橋直流變換器廣泛應(yīng)用于大功率場(chǎng)合，[4]如果直流變換器沒(méi)有電氣隔離，可以通過(guò)改變占空比來(lái)改變輸出電壓，有隔離變壓器的直流變換器具有電氣隔離作用，電源的利用率較高。輸出高頻整流有半波、全流和全橋三種，其中全波整流應(yīng)用于低壓場(chǎng)合。本文采用的是全橋有電氣隔離的全波整流輸出DC/DC變換器?！　?開(kāi)關(guān)電源的參數(shù)設(shè)計(jì)　　功率電路的基本參數(shù)為：P=200kH/200A?！　?.2逆變部分　　IGBT承受的正向電壓即為前端整流器的輸出電壓，留有2-3倍的安全裕量，IGBT的額定電壓為102

6、6-1539V，負(fù)載電壓取1200V，逆變輸出基波電流為144A，最大電流為180.49A?！　?開(kāi)關(guān)電源關(guān)鍵技術(shù)　　3.1濾波技術(shù)　　濾波器設(shè)計(jì)是電磁兼容設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，濾波器的性能決定著電器設(shè)備是否正常運(yùn)行，一般根據(jù)電壓電流的紋波要求來(lái)選擇濾波器參數(shù)。濾波技術(shù)下可以選擇性地傳輸信號(hào)，濾波器可以減少開(kāi)關(guān)器件的電應(yīng)力，抑制輸入端的脈動(dòng)電壓和輸出紋波?！　「鶕?jù)處理信號(hào)的不同，濾波器可以分為數(shù)字和模擬兩種，根據(jù)應(yīng)用的器件不同可以分為有源和無(wú)源兩種。有源濾波器是可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)濾波，補(bǔ)充功率。本文研究的開(kāi)關(guān)電源采用的是無(wú)源濾波技術(shù)?！　≡陔娐?/p>

7、中，陰極和陽(yáng)極各有三個(gè)二極管，陽(yáng)極所接入的交流電壓值最高，陰極接入的交流電壓值最低，不論哪種情況下共陽(yáng)極和共陰極組都有一個(gè)二極管是導(dǎo)通的。整流輸出波形為六個(gè)波頭，如果沒(méi)有二極管導(dǎo)通，則電容供電，電壓逐漸下降，二極管組成的三相整流電路將交流電轉(zhuǎn)換，濾波后為直流電壓，供給逆變電路。[5]　　3.2PSPICE仿真技術(shù)