论文高功率密度大功率电源关键技术是关于关键技术方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关关键技术论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
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.
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文章编号： 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600W的软开关DC/DC产品的功率密度为120W/in3[1],大功率开关电源工频隔离产品的功率密度小于0.1W/cm3,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、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]
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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.
1.2.2 DC/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等于200kW;电网波动10%;输入电压342-418V（AC）,输出电压80V（DC）,电流2500A,整机效率90%.采用的是四路相同功率单元并联输出,单路的输出功率为60kW.
2.1 输出整流部分
主接触器的规格为100A/690V,进线电流为1-2倍的安全裕量;熔断器的电流为150A;三相整流桥的输出电压为461-564V,三相整流输出电流为118-144A,输出电流的峰值为124-152A,直流输出电阻为4欧,三相整流桥的进线电流为101-124A.三相整流电路的额定电压取1600V,额定电流取300A.
为了保证输出电压的平直,一般电解电容的耐压值为400V,为了满足耐压的需要,两个电容要进行串联,电容量减为一增.为满足电容量的要求,选择3300UF/450V电解电容两两串联后半联作为滤波电容,限流电抗设定为2mH/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1026-1539V,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]
3.2 PSPICE仿真技术
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参考文献：
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