高频开关电源技术方案

高频开关电源技术方案1 客户需求

技术参数30929003.pdf

2 技术方案

2.1 概述

现场的实际应用情况：12台15V/12000A的电源配1台90V/2000A的电源，每6台15V/12000A 的电源配一台6kV/380V/1MW的变压器，其中90V/2000A电源由于只是用于去除氧化膜，并不需要长时间工作。

电源关注核心指标是可靠性和系统效率。

电源可以考虑采用3种主回路方式，每种方式各有优缺点。

2.2主回路原理图方案1

2.2.1方案1

总体思想为输入36脉波移相变压器，6组功率模块并联的方式，具体电路如下：

15V/12000A开关电源最大输出功率180kW，90V/2000A开关电源最大输出功率，功率等级一样，考虑采用同样的主回路原理，如下：180kW．

整输出15V/12000A功率模块1流或90V/2000A器整功率模块2流器36整脉功率模块3流输入380V/50Hz移器相变整压功率模块4流器器整功率模块5流器整功率模块6流器功率模块原理如下：

高频变压器及整流

输入端配置36脉波移相变压器，可有效拟制输入电流谐波，基本能满足3%的要求；

每台开关电源采用6个功率模块并联的方式，如1个模块出现异常，其他模块还能继续降额工作，提高了工作可靠性；模块之间的均流精度可达5%以内，因此15V/12000A的开关电源每个模块的等级设计为15V/2200A，90V/2000A的开关电源每个模块的等级设计为90V/360A。

逆变采用移相全桥软开关技术，效率高，比普通硬开关技术效率平均多2%左右；

二次整流采用同步整流技术，效率远远大于采用一般二极管整流的方式，一般同步整流比普通二极管整流效率高出5%～6%。

输出加LC滤波，如不加LC滤波，输出导电排由于高频肌肤效应的缘故，导电排发热严重。

90V/2000A电源由于只是用于去除氧化膜，并不需要长时间工作，从降低成本角度滤波，直流输出高频方波电压。LC脉波移相变压器，输出也不需要36考虑，可以不加．

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2.2.2方案

组功率模块并联的方式，具体电路如下：PWM整流器，4总体思想为输入

6脉波整流器输出15V/12000A功率模块1或90V/2000A功率模块2输入380V/50Hz PWM整流器功率模块3功率模块4

输入端配置PWM整流器，可有效拟制输入电流谐波，基本能满足3%的要求；PWM整流器再备份一组6脉波整流器，只是在PWM整流器出故障时投入运行；

每台开关电源采用4个功率模块并联的方式，如1个模块出现异常，其他模块还能继续降额工作，提高了工作可靠性；模块之间的均流精度可达5%以内，因此15V/12000A的开关电源每个模块的等级设计为15V/3000A，90V/2000A的开关电源每个模块的等级设计为90V/500A。

逆变采用移相全桥软开关技术，效率高，比普通硬开关技术效率平均多2%左右；

二次整流采用同步整流技术，效率远远大于采用一般二极管整流的方式，一般同步整流比普通二极管整流效率高出5%～6%。

输出加LC滤波，如不加LC滤波，输出导电排由于高频肌肤效应的缘故，导电排发热严重。

90V/2000A电源由于只是用于去除氧化膜，并不需要长时间工作，从降低成本角度考虑，可以不加PWM，输出也不需要LC滤波，直流输出高频方波电压。

2.2.3方案3

总体思想为综合6kV高压配电，系统设计，利用6kV高压变压器直接做成36脉波移相变压器，具体电路如下：

输出15V/12000A开关电源1或90V/2000A36脉波移输入6kV/50Hz相变压器输出15V/12000A开关电源6或90V/2000A

输出15V/12000A功率模块1或90V/2000A功率模块2380V/50Hz6脉波整流器功率模块3功率模块4

6kV变压器直接设计为36脉波移相变压器，高压侧几乎没有谐波，每一组输出接入一台开关电源。．

开关电源就采用普通6脉波整流；

每台开关电源采用4个功率模块并联的方式，如1个模块出现异常，其他模块还能继续降额工作，提高了工作可靠性；模块之间的均流精度可达5%以内，因此15V/12000A的开关电源每个模块的等级设计为15V/3000A，90V/2000A的开关电源每个模块的等级设计为90V/500A。

逆变采用移相全桥软开关技术，效率高，比普通硬开关技术效率平均多2%左右；

二次整流采用同步整流技术，效率远远大于采用一般二极管整流的方式，一般同步整流比普通二极管整流效率高出5%～6%。

输出加LC滤波，如不加LC滤波，输出导电排由于高频肌肤效应的缘故，导电排发热严重。

90V/2000A电源由于只是用于去除氧化膜，并不需要长时间工作，从降低成本角度考虑，可以不加PWM，输出也不需要LC滤波，直流输出高频方波电压。

2.2.4方案比较

从系统可靠性、系统效率这两个主要关心的方面进行比较。

本方案的逆变、二次整流、输出滤波采用的最先进的技术，在前面的方案叙述中已经提出，逆变采用全软开关技术，比硬开关的效率高出2%左右；二次整流采用同步整流技术，比普通二极管的效率高出5%～6%左右；输出经过LC后为平滑的直流，不会引起后级导电排高频发热；电源内部输出的直流汇流排全部采用铜排，比采用铝排的效率高出1%左右；

方案选择主要针对输入采用哪一种方式更合理进行比较分析。

可靠性分析：

36脉波移相变压器的可靠性远远高出PWM整流器，而且方案1采用6个模块并联，及时2个模块出现故障，也不会影响系统使用，方案1的可靠性远远高出方案2的可靠性；

方案3把高压变压器引入，作为电源设计的一部分，相当于减少了一个变压器的可靠性影响，因此方案3比方案1的可靠性更高。

系统效率分析：

方案1中变压器损耗约为1.5%，整流器约为0.5%，前级总和约为2%；方案2中PWM整流器的损耗约为3%；方案1比方案2的效率略微高出一些；

方案3中比方案1只有一级变压器的损耗，效率自然多出1.5%左右。

综合比较：方案排序为方案3、方案1、方案2。

2.2控制系统

功率模块1模拟控制板