AC-DC-DC电源技术方案.docx

1 / 63 1 / 63 2 / 63 2 / 63 直流电源设计方案 目录 1. 概述 1 2 系统的整体结构设计 3 3．三相六开关 APFC电路设计 23 4. 移相全桥 ZVS PWM变换器分析与设计 28 5．高压直流二次电源 DC／DC变换器设计 34 6. 器材选取 40 7. 电源系统散热分析 55 8. 参数设计仿真结果 58 概述 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。 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/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。 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部分采用三相六开关 APFC电路，后级采用移相全桥 ZVS PWM变换电路。 前级采用三相 APFC整流电路， 保证系统在 6KW功率下平稳工作， 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*500m整m体, 合 GJB 1412-92《航天地面直流电源通用规范》 。 质量不大于 50Kg，产品符 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。 PAGE PAGE 3 / 63 PAGE PAGE 10 / 63 系统的整体结构设计 主要技术参数 ? 输入电压：三相交流 380V( ± 10% ),50HZ ? 输出电压 45V～ 100V可调 ? 输出电流： DC 100A ? 功率因数： 0.99 ? 电源效率： 90% ? 输出电压稳定度：不大于 1% ? 输出电压纹波（峰 - 峰值）：不大于 500mV ? 过载能力： 120% 额定值 ? 冷却方式：风冷或强制风冷 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 APFC AC/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。 EMI滤波电路 EMI 滤波电路 PFC AD/DC 软开关 DC/DC 辅助电源 控制、驱动 及保护电路 B DC C N 图 2-1 开关电源整体设计方案 前级 AC/DC APFC变换电路 APFC 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