新型谐振式高效智能开关电源

新型谐振式高效智能开关电源

选题背景

当前市面上开关电源存在缺点：输入电压范围与电源效率矛盾。要想在一个宽输入范围下实现效率90％以上很难。而实际应用中又存在这样的应用场合，如风力发电等新能源的利用。这些新能源的特点是变化较大，如风速的变化范围很宽，光照强度在一天之中也可以有很大变化。因此，宽输入范围的高效电源的研究很有实际意义。下图为各种新能源的利用：

一、现有资源

硬件资源:工科楼电工电子实验室（各种实验设备）。

软件资源: 电力电子PISM仿真软件。

二、变换器特点与指标

1、以风力发电为例，变换器特点有：

风速宽范围变化时，能实现最大功率跟踪(MPPT算法)。

能量可双向流动。

在风速过快时可使后级负载能量回流，对风机电磁制动，防止过速。

采用谐振的方法实现输出开关管的零开关。

2、变换器的具体技术指标如下：

最大输出功率300W

短时过载900W(60sec)

功率为5%~100%时，效率达到90%以上

蓄电池充电管理与保护

变换器过压、过流、欠压、短路保护，过温保护

电磁干扰(传导干扰、辐射干扰)满足相关工业标准

注：实验风机为三相永磁同步电机，风速大范围变化时风机输出电压范围约为：6Vrms~50Vrms

三、主要工作

1、解决变换器的宽输入问题。

2、实现变换器的高效率。

3、电力电子变换器的主要损耗：开关器件的通态损耗与开关损耗。

（1）通态损耗◊选用通态电阻小的开关管（如:trench MOSFET）

（2）开关损耗◊采用谐振开关或其它先进控制技术，实现开关管的ZVS、ZCS 四、已做的工作

选定主电路拓扑：Z源PWM整流电路。拓扑特点：宽输入范围升降压均可，输入功率因数接近1，无需外加电路实现6个桥臂开关管的零电压开通，能量的双向流动。

电路仿真：验证拓扑的功能。电路拓扑及仿真波形如下：

以上两图中红色曲线为输入电压，青色曲线为输入电流，米黄色曲线为输出电压，由这两组仿真波形可看出，Z源PWM整流器在6～50V的输入电压下可实现输出电压稳定为12V，输入功率因数近似为1。

五、下一步的工作

输出开关管的零电压开通（ZVS）。

对电路拓扑的进一步仿真分析。

实际调试、制作电路。

印制电路板制作，完成作品。

变换器性能测试。

作品总结报告。

过程与收获。

动手能力。

在项目开展的过程中，自己动手绕制变压器，焊接电路，选购元器件。

对电路拓扑进行仿真分析。

六、经营团队

建立队员之间的相互信任,是成功的基石求同存异,允许有不同的声音存在,激发队员的创造力团队责任感,热爱团队，团队的成功就是每个队员的成功

七、过程与收获

1、项目管理

进度管理,制定合理的项目时间表

分工合作,队员各司其职,提高团队效率

交流总结,队员之间定期展开讨论交流活动

2、搜集资料

图书馆管藏,借阅相关书籍

图书馆数据库（IEEE论文、万方数据库等）

八、前景展望

面对全球化的能源危机，利用新型能源是出路。风能、太阳能等新型能源前景广阔。它们都是清洁型能源，不用燃料，不占耕地，没有污染，运行成本低。我国风力资源、太阳能资源等新型能源均较丰富，利用这些能源意义重大。

以上新型能源的利用大都需要经过电力电子装置进行变换后，才能并网或直接使用。因此，提高电力电子变换装置的效率将会产生巨大的经济效益。

Z源PWM变换器是一种宽输入的新型变换拓扑，目前技术还不够成熟，需要进一步的研究并改进该拓扑特性，取得更大的效益。该项目产品化,投入使用,可以获得巨大的社会经济效益。