【《试论大功率开关的电源研制和开发技术》3700字（论文）】.docx

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1、大功率开关电源研制和开发技术发展综述目录大功率开关电源研制和开发技术发展综述一、前言1二、高压大功率电源的研究进展11 .高压大功率变换技术12 .大功率开关电源驱动技术2三、研究展望及结语3参考文献4一、前言随着社会经济水平的提高，越来越多的电子产品和电气设备进入了人们的日常生活。人们不仅需要越来越多的电力，功耗范围已扩展到通信、计算机、工业、航空航天技术等许多领域。许多设备在同一时间需要不同级别的功率。在传统单级变换器的基础上，每个电源使用一个独立的输出模块。这样，每个输出电压都能满足负载要求，但这噌加了设备的尺寸和成本，而且由于不同输出的频率不一致，可能会产生多频干扰，导致每个输出电压处

2、的纹波电压较大。在这种情况下，多输出功率模块的研究成为一个热点。通过只使用一个或几个转换器，减少了相位间的频率干扰，减少了体积降低了设备成本。目前，多输出技术的拓扑结构是多样化的，总体趋势是朝着效率高、体积小、控制灵活等一系列优点，因此对于大功率开关电源研制和开发技术的研究也成为当前的热点研究问题。二、高压大功率电源的研究进展十四五规划纲要中明确提出加快发展方式向绿色转型。这将极大推动国家能源消耗转向其他清洁能源和可再生能源，而这些新能源最终都需要经过大功率开关电源才能转化为方便使用的二次能源电能。2023年国家提出“新型基础设施建设”，这其中包括特高压、新能源汽车充电柱，这意味着电车将会大面

3、积普及，而电动车的一个痛点问题就是里程焦虑和充电慢，在电池储能密度还未取得突破性进展的情况下，提高电动车的充电速度就成为必然选择，其中某些新能源汽车公司生产的充电桩充电峰值功率可达250kWWo因此高压大功率开关电源的未来市场规模庞大，且符合人们提高生活水平的要求，是一项惠及人类家园的技术。1 .高压大功率变换技术杨枫等人分析了采用串联谐振变换器作为主拓扑的大功率开关电源,对其恒流充电过程建立数学模型并分析，设计了适用于大功率开关电源的高频高压变压器，并针对串联谐振变换器的工作特点，开发了与之匹配的控制器。吕鹏提出了一种新型倍流整流ZVS全桥两电平直流变换器拓扑结构，解决了传统的ZVS全桥整流

4、变换器存在的开关管电压应力高而半桥功率低的问题通过增加一个辅助电感实现了宽负载下的软开关,还引入了钳位吸收网络，大大降低了开关管驱动过程中的吸收电压尖峰网络的损耗问题。周海发现了开关电源的功率受制于交流电源容量的限制，针对此问题，该文献设计了大功率开关电源的回馈电路,将全桥整流器的输出经过一个电感连接到全桥逆变器的输出侧。这样可以避免输出加在纯电阻负载上使能量以发热的形式耗散掉，输出能量通过回馈电路最终重新回馈到前级电路，避免了能量的浪费。YamazakiC采用IEGTs的先进自整流电流源型变换器(ACSC)和混合滤波器构成的10兆瓦级高精度电源用于电磁铁电源束流加速实验叫杜汝全针对磁共振成像

5、(MRI)系统中产生梯度磁场的问题提出了一种采用开关电源电流跟踪技术的双并联PWM放大器。WatanabeS提到大功率通常难以通过单台电源实现，因此大功率开关电源通常会使用几台相同的电源进行并联以满足大功率要求网。这样就面临着各个单独的电源之间的均流问题，该文献给出了几种常用的均流方法。申翔重点研究了功率MOSFET的并联均流状况，静态均流通常使用元件匹配法和强怕均流法；动态均流需要并联功率MoSFET的跨导曲线越接近越好，非直接耦合方式的跨导曲线一致性要优于直接耦合方式的跨导曲线，因此选择非直接耦合方式作为并联功率MOSFET的栅极连接方式网。高峰研究了级联H桥多电平逆变器作为高压大功率逆变

6、器的特性，分析了采用载波相移法作为级联H桥调制方法的输出电压谐波，证明其具有良好的谐波特性也刘敬提出了用于级联H桥的特定谐波消除法，该方法是根据所要消除的低频谐波次数计算出开关管的导通时长，该文在传统的特定谐波消除法上做了改进工作用来平衡不同单元之间的功率平衡问题口也2 .大功率开关电源驱动技术在驱动技术上，美国、日本等国家很早就开始了深入研究，一方面在改进拓扑结构、控制策略上投入了大量时间，另一方面对电源芯片及外延片的研发也投入了大量资源。而我国在产业及驱动电源的研究起步较晚，所以目前这些国家拥有着一定的技术优势t,1o近二十年来，我国的产业快速发展，已经能够自主研发生产驱动电源芯片及外延片

7、。近几年国内大学研究有关驱动电源的方向有高效率、高可靠性、高功率因数、高功率密度、智能化调光和多路输出均流等“2】。在高效率和高功率因数方面，苏州大学的研究者设计了一种240W驱动电源，该电源采用了“BoostPFC+半桥11C谐振变换器+恒流驱动模块”的结构方案，实现了功率因数校正和调光功能，且通过软开关技术极大降低了开关损耗，提高了电源整体效率口久而在调光方面需要手动改变电位器阻值来调节灯光亮度。华南理工大学的研究者设计了一种150W路灯驱动电源，该电源采用了”升压型APFC+SRC半桥谐振”两级驱动方案，并对SRC半桥谐振参数进行了详细设计，提高了电源的整体效率图“露在调节亮度方面采用1

8、M3404HV控制芯片，输入可调占空比的PWM(Pu1sewidthmodu1ation,PWM)进而调节亮度，调光精度不够高【。在智能调光方面，长春工业大学的两名研究者设计了一种具有自适应调光功能的电源，基于DSP芯片TMS320F2812,设计了一种单神经元自适应PD的控制算法，通过检测环境的亮度智能调节亮度，有利于节能减排，并且还降低了输出电流的纹波U支此外还有针对输出独立多路驱动电源的研究。李莎提出一种基于Forward变换器串联多个输出模块的多路独立输出方法。每个输出模块由功率开关管、高频变压器、电容、二极管、电感及负载等组成，且利用独目的功率开关管闭环调节每路输出电流，调光精度高。

9、但该电路为DC/DC变换器，不能直接接入市电220V,且采用大量变压器和电感，导致电源体积较大，功率密度较低u%张斌杰提出了一种直流分布式的两级驱动电源，此架构为一路前级变换器供电N路后级变换器，后级变换器之间是串联关系。其中，前级为实现功率因数校正和电气隔离功能，采用PFC+F1yback方案，为后级输出稳定的直流母线电流；后级采用恒流型BUCk变换器，通过独立控制后可输出不同的电流驱动。该方案中任何一路后级变换器损坏后，其他后级变换器便不能工作，可靠性较低。三、研究展望及结语总结国内外的研究现状，可看到目前直接针对大功率电源的研究较少，而在电源中通常针对高效率、高可靠性、高功率因数、高功率

10、密度、智能化调光和多路输出均流中某个方向研究。大功率电源由于使用场景的特殊性，需要同时满足多个要求P”再分析实际工程应用现状，上述市场调研的三个方案基本上都是多个ACDC电源模块的组合，为实现可编程输出以及良好的人机交互，还设计了工业触控屏，以便对多路输出进行控制。因此当前开关电源的发展主要有以下几个方向：(1)高频化提高开关电源的工作频率，可以很好地提高开关电源的动态响应速度，从而大大提高输出精度。同时，可以有效减小变压器、电感器、输出滤波电容器等占电力系统容量较大的磁性元件的尺寸，从而有效提高电力系统的功率集成密度。(2)高效化噌加开关电源的工作频率会大大噌加开关电源开关管的通断和关断损耗

11、。同时，对于低电压、大电流输出的应用，二次整流固定的导压降会影响系统的整体效率。因此，在这两种情况下，通过软开关技术和同步整流技术可以有效地提高开关电源电路的整体效率。此外，对于实际供电电路优化设计、提高系统效率也是开关电源设计的重要组成部分。(3)高可靠性供电系统是电子电路的核心,供电系统的安全可靠运行是电子电路安全可靠运行的保证。随着开关电源电路的广泛应用，开关电源电路的可靠性也越来越高。由于器件数量多，开关电源的可靠性比线性稳压电源差。然而，随着实际开关电源电路研发过程中各种保护电路的引入，使得开关电源电路的可靠性不断提高。参考文献1杨枫.高压大功率开关电源相关技术研究J.中国新通信，2

12、018,20(24)：221.21吕鹏涛，张秋霞，雷佳.高压大功率开关电源技术分析及研究J.电子世界，2019(16)：161-162.31ZhouH,ChenJ.DengQ,eta1.Input-SeriesOutput-Equiva1ent-Para11e1Mu1ti-InverterSystemforHigh-Vo1UgeandHigh-PowerWire1essPowerTransferJ.IEETransactionsonPowerE1ectronics,2023,PP(99):1-1.41YamazakiC,IkawaE,YoshinoT,eta1.Beamacce1eration

13、experimentwithdeve1oped10MWc1asshigh-precisionpowersupp1yforacce1eratore1ectromagnets.IEEE,2010.51杜汝全.大功率开关电源的研究D.华南理工大学，2012.6Wa1anabeS,BoyagodaP,FukudaH,eta1.DSP-basedhighprecisioncurrenttrackingcontro1ofgradientcoi1intwo-para11ePWMamp1ifiersforMRIsystems(CZIEEEPowerE1ectronicsSpecia1istsConferenc

14、e.IEEE,1998.71申翔.大功率开关电源并联均流系统的研究D.合肥工业大学，2007.81高峰.大功率高频开关电源的研究D西安理工大学，2006.9 Mehdi,Hajizadeh,Seyed,eta1.Se1ectiveharmonice1iminationstrategyforcascadedH-bridgefive-1eve1inverterwitharbitrarypowersharingamongthece11sJ1.IETPowerE1ectronics,2016,9(1):95-101.9刘敬.H桥级联型多电平逆变器的研究D.上海交通大学，2011.H张志.多电平变换器脉

15、宽调制及其非线性控制方法研究D.华南理工大学，2010.张兴,杜少武，黄海宏.电力电子技术M.北京：科学出版社,2010,7.13李思奇，蒋晓华.磁共振成像系统中梯度放大器的控制算法IJ清华大学学报(自然科学版)，2011,51(04)：571-576.4吕清松、基于11C谐振变换器的大功率恒流驱动电源研究与设计D1苏州大学，2019.15李春秀.15OW路灯驱动电源设计D.华南理工大学，2017.16李莎.大功率自调节驱动电源研究D.长春工业大学，2018.17司宇航.具有自适应调光功能的大功率驱动电源设计D.长春工业大学，2019.“8梁真，许济金.大功率无线可调式驱动电源设计J.科学技术创新，2018(31)：134-135.”9张斌杰，毛鹏，张世奇，张晨，丁字华，基于ZigBee无线调光的路灯控制系统设计J物联网技术，2018,8(02)：61-63+66.20ThomasW,PforJ.Power-transferofiso1atedconverterwihintegratedpowersharingfor1ightingsystemdependentontransformercoup1ingC.Shenzhen:EnergyConversionCongressandExposition.2010.pp.449-456.