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开发大功率开关电源可行性分析报告

针对部门计划进行大功率开关电源自主研发，现从业内电源技术优势与成本控制两

方面对该项目进行可行性分析：

一、技术比较

电源技术经历了近三十年的革命性发展，高频开关电源逐渐代替相控电源而进入了高频时

代。纵观开关电源的发展历史，可以将它划分为三个阶段，初始阶段，即早期硬开关脉冲宽度

调制（PWM）阶段，近些年进入了它的第二个阶段，主要为软开关（PWM/PFM）变换器。其主流代表是移相全桥软开关技术，它是相当于早期硬开关（PWM）技术的一次革命性的进展。它在相当程度上改善了电源产品的可靠性、效率和电磁干扰三大关键性能。但它也有不足之处，比如：它的软开关效果并不是特别的优良，重载时占空比丢失影响了输出能力，环流损耗降低

了电源效率，它的工作电流同硬开关一样，呈脉冲状态而产生了一定的谐波干扰，功率开关管

控制结构复杂等等，这都制约了电源性能的提高。这些年学术界提出了多种的谐振电路模式特

别是多谐振变换器（LLC）模式。也就是电源发展的第三阶段了。它的转化效率很高，工作电

流呈正弦状态，电磁干扰底，电路简单新颖。但由于它对于原边输入侧的波动与干扰过于敏感，

又有着滞后惯性传输特征。加上电感类器件（电感和变压器）加工中的不一致性以及分布杂散

电容与电感的作用，其生产一致性很差，致使它的可靠性和稳定性也受到影响，由于诸多因素

阻碍了它的发展，这种电路方案一直没有得到实际的推广应用。因此现在大功率电源大部分还

是采用第二个阶段的技术。下面对电源的几个主要技术要求进行比较。

1.开关电源各种拓扑结构的比较

拓扑功率范围(W)V in(dc)范围(V)输入输出

典型效率相对

隔离(%)

成本

Buck0-10005-40无70 1.0

Boost0-1505-40无80 1.0

Buck-Boost0-1505-40无80 1.0

正激式0-1505-500有78 1.4

反激式0-1505-500有80 1.2

推挽式100-100050-1000有75 2.0

半桥式100-50050-1000有75 2.2

全桥式400-2000+50-1000有75 2.5

根据我们项目基本性能要求：输入，三相380V；输出，2000W+。拓扑结构只能确

定为全桥式。

2.控制技术的比较

开关电源的控制技术主要有两种：(1)脉冲宽度调制(PWM) ；(2)脉冲频率调制(PFM)。

PWM：（pulse width modulation）脉冲宽度调制

所谓脉冲宽度调制的方法是一种在整个工作过程中，开关频率不变，而开关接通的

时间按照要求变化的方法。

PFM：（pulse frequency modulation) 脉冲频率调制

所谓脉冲频率调制的方法是一种在整个工作过程中，开关接通的时间不变，而开关

频率按照要求变化的方法。

每位工程师接触的领域不一样，可能有的领域是用PFM 比较多，有的是用PWM 比

较多，但从整个电源行业来说,相信目前还是PWM 用的多.上世纪80年代至今，PWM 开

始了在电源变换领域的“王朝统治"地位,因为每种方式都有缺点和优点.关键还是看是否

适合客户需要。在论坛看到一位网友是这样写的，我觉得写的比较形象，他说如果把PFM

与PWM 的电源用车来比较的话,用PFM 的=奔驰,用PWM 的=大众。

PFM 相比较PWM 主要优点在于效率

①、对于外围电路一样的PFM 和PWM 而言,其峰值效率PFM 与PWM 相当,但在峰

值效率以前,PFM 的效率远远高于PWM 的效率,这是PFM 的主要优势.

②、PWM 由于误差放大器的影响，回路增益及响应速度受到限制，PFM 具有较快

的响应速度

PFM 相比较PWM 主要缺点在于滤波困难

①、滤波困难（谐波频谱太宽）。

②、峰值效率以前,PFM 的频率低于PWM 的频率,会造成输出纹波比PWM 偏大。

③、PFM 控制相比PWM 控制IC 价格要贵。

综合考虑这些情况后可以确定为PWM 模式。

3、软开关技术

软开关技术可以按软开关电路分成准谐振电路、零开关PWM 电路和零转换PWM 电路, 准谐振电路：谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高；谐振电流有效值很大，电路

中存在大量无功功率的交换，电路导通损耗加大；谐振周期随输入电压、负载变化而改变，

因此电路只能采用脉冲频率调制（PFM）方式来控制。

零开关PWM 电路：电压和电流基本上是方波，只是上升沿和下降沿较缓，开关承受的

电压明显降低；电路可以采用开关频率固定的PWM 控制方式。

零转换PWM 电路：电路在很宽的输入电压范围内和从零负载到满载都能工作在软开关

状态；电路中无功功率的交换被削减到最小，这使得电路效率有了进一步提高。

目前应用最广泛的是零开关PWM 电路中的零开关PWM 移相控制技术（即开篇提到的电源发展的第二个阶段中的软开关实现技术）。

经以上三个方面的分析后，由于目前仿制的航星2500W 开关电源为全桥PWM 移相软开关技术。正是电源发展的第二个阶段的主流代表技术，是可以满足客户需要的。

二、成本控制（粗略预估算）

PCB 板：板材，300 元；加工费,400 元。

元器件：800元

机箱：500 元(包含加工费)

其它：<200 元

费用总计：2200元

成本2200 为样机首次开发成本，后续批量生产后成本会有所下降。

综上所述，我们的大功率开关电源采用的全桥PWM 移相软开关技术是目前应用较广泛、较成熟的技术，可以满足客户的需求。样机开发成本可以控制在2200以内，后续稳定生产后继续进行成本有效控制。