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“十一五”国家科技支撑计划重点项目“电力电子关键器件及重大装备研制”课题申请指南
日期：日&&&&&
一、指南说明
“十一五”国家科技支撑计划重点项目《电力电子关键器件及重大装备研制》依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（年）》的任务要求设置。
此次发布的课题申请指南，重点支持研制IGBT、FRD及PEBB关键技术，中高压百MVA级链式及多电平变流器，电能质量复合控制技术，分布式供能系统高压变流器及软开关技术，铁路同相供电，机车牵引变流器，城市轨道牵引传动系统及能馈式牵引供电等。
本项目拟支持7个课题，实施年限为3年。
为充分调动各有关部门、地方政府、科研院所、大专院校和企业的主动性和积极性，促进科技资源优化配置，本项目采取公开申报方式择优选择课题承担单位。
二、指南内容
课题一& 新型电力电子器件及电力电子集成技术
（一）研究目标
研究和掌握IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、FRD（快恢复二极管）和全套设计技术、生产制造工艺技术、封装技术、试验和检测技术,可靠性和失效分析技术等，为我国电力电子装置提供有自主知识产权的IGBT系列器件。
研究和掌握标准化和通用化的电力电子组件(PEBB)的设计和制造工艺技术、集成化的电力电子变流器和PEBB标准单元的设计和制造技术。
（二）研究内容（申请课题须涵盖以下所有内容）
1. IGBT芯片。研制出75A/V IGBT，研制出100A/V IGBT。
2. FRD芯片。研制出75A/V FRD，研制出100A/V FRD。
3. IGBT单管。研制出75A～100A1200V IGBT单管。
4. FRD单管。研制出75A～100A1200V FRD单管。
5. IGBT模块。研制出100A/V& IGBT模块，研制出400A/1200V IGBT 模块。
6. 标准化和通用化的电力电子组件(PEBB) 系列。1～500kW系列PEBB，5个规格。
7. 集成化PEBB系列。1～30kW集成化PEBB标准单元，3个规格。
8. 集成化电力电子变流器。100W、500W和1kW 集成化DC-DC变换器。
（三）考核指标
研制出上述IGBT芯片、单管、模块各100只；FRD芯片、单管各100只。完成产品定型并通过可靠性试验：高温反偏、高温栅偏、温度循环、功率循环、温度和湿度试验。单管和模块用关键零部件国内生产配套；IGBT芯片、单管、模块主要技术参数达到目前国际同类产品水平；关键技术具有自主知识产权，申请国家发明专利、实用新型专利5项以上。
研制出不少于5个规格的PEBB，每个规格2个样品，其中最大功率的PEBB不小于500kW。研制出不少于3个规格的集成化PEBB单元，每个规格不少于2个样品，其中最大功率的集成化PEBB不小于30kW。研制出100W、500W和1kW的高功率密度集成化DC-DC变换器各5个样品。制定出PEBB产品系列的行业或国家标准（报批稿），在PEBB的结构、工艺、集成和封装方面掌握具有自主知识产权的关键技术，申请国家发明专利、实用新型专利5项以上。
主要技术参数：
1. IGBT芯片和单管主要参数 （典型值）
2. FRD芯片和单管主要参数（典型值）
3. IGBT模块 主要参数 （典型值）
5. 集成化PEBB：
直流母线电压400～650VDC，输入或输出电压220～380VAC，功率1～30kW。功率密度不低于6W/cm3。
6. 集成化DC-DC变换器：
规格1：输入电压5～12V，输出1～10V，输入输出不隔离，功率100W，功率密度30 W/cm3
规格2：输入电压36～72V，输出5～12V，输入输出隔离，功率500W，功率密度30W/cm3
规格3：输入电压400V，输出电压12～60V，输入输出隔离，功率1kW，功率密度6W/cm3
课题承担单位应该由具有新型电力电子器件IGBT及电力电子集成技术研发能力，有雄厚的技术经济实力，有研发过IGBT及电力电子集成技术业绩的单位组成的“产学研”联合体联合申报。
（五）经费预算
国拨经费拟安排5800万元。承担单位自筹资金与国拨经费比例不低于2:1。
（六）执行年限
2007年10月至2010年10月。
& 中高压、百MVA级链式及多电平变流器与静止补偿器研制
（一）研究目标
研制出用于电力系统的基于35kV/1700A链式结构高压大容量变流器及其构成的35kV 100MVA 新型静止补偿器；
研制出用于冲击性负荷补偿的基于多开关器件（IGCT或IGBT）串联的35kV/400A 三电平高压大容量变流器及其构成的35kV 20MVA 新型静止补偿器。
（二）研究内容（申请课题须涵盖以下所有内容）
1700A）技术，该变流器具有晶闸管旁路电路、直流侧接高压大容量脉冲电容器，具有简单的低损耗缓冲电路，及直流侧电压平衡调节电路，全部采用光纤输入；研究掌握多链节（20个以上）串联连接技术，使链式变流器能输出35kV电压，可以不经变压器直接接入35kV电网；研究掌握20个以上串联链节脉冲分配及控制技术，使得变流器的工作损耗低、输出电压谐波小，能够确保各链节直流侧电压与平均电压在静态与动态过程中均保持在允许的范围之内；研制完成基于35kV/1700A 链式变流器的新型静止补偿器产品，研究掌握其控制与保护技术；研究掌握等效测试技术，可以对高压大功率模块进行有效的测试同时保证测试成本低；研究掌握10个以上的IGBT/IGCT器件串联均压及驱动技术。研究掌握35kV 20MVA三电平或多电平无缓冲或简易缓冲电路变流器的结构设计制造技术与脉冲控制技术；研制完成基于35kV 20MVA 三电平或多电平变流器的静止补偿器产品，研究并掌握其控制与保护技术；研究解决链式变流器及三电平变流器的散热问题。完成编制6～35kV，几MVA～百MVA变流器技术的行业标准建议。
（三）考核指标
研制基于链式结构的35kV/1700A高压大容量变流器的35kV 100MVA 新型静止补偿器一台，通过等效额定工况运行试验、电介质强度试验、等效过流、过压保护试验，完成产品定型并通过型式认证，产品额定容量时工作效率不低于99％。链式结构变流器各链节直流侧电压静态及动态偏差不超过平均值50V，变流器输出电压谐波总谐波畸变率不超过5％（50次以下），新型静止补偿器装置响应速度小于10ms，过载能力不低于1.5倍（2秒），平均无故障时间4000小时，除开关器件外所有关键技术均拥有自主知识产权。
研制基于三电平结构的35kV/400A高压大容量变流器的35kV 20MVA 新型静止补偿器一台，通过等效额定工况运行试验、电介质强度试验、等效过流、过压保护试验，完成产品定型并通过型式认证，产品额定容量时工作效率不低于97％。变流器输出电压谐波总畸变率不超过6％（50次以下），直流侧电压不平衡不超过平均值的5％，新型静止补偿器响应速度小于10ms，过载能力不低于1.5倍（2秒），平均无故障时间4000小时，器件串联技术及控制、保护技术等均拥有自主知识产权。
（四）课题承担单位要求
　　课题承担单位应该是具有高压大电流变流器特别是链式变流器、多电平变流器研制能力、有雄厚的技术和经济实力和产业化能力的“产学研用”联合体。
（五）经费预算
国拨经费拟安排3000万元。承担单位自筹资金与国拨经费比例不低于2:1。
（六）执行年限
　　2007年10月至2010年10月。
& 电能质量复合控制技术及装置
（一）研究目标
研制2MVA可控电压质量扰动发生装置及其对应的复合电压质量调节装置样机，研制1MVA可控负荷用电品质扰动发生装置及其对应的复合电流质量调节装置样机，为电网电能质量的测量、分析、评估和控制建立基础平台，并提供能有效解决电能质量问题的设备基础。其中，复合电压质量调节装置能实现动态电压恢复（DVR）、有源滤波（APF）、短路电流限制（FCL）及负荷电压调整的多目标控制，大幅度改善敏感负荷的电压质量；复合电流质量调节装置能实现快速补偿负荷的波动有功功率、无功功率和谐波，使系统侧只需向负荷提供单位功率因数、电流波形正弦、没有冲击的有功功率,以有效改善负荷品质，提高电能质量。
（二）研究内容（申请课题须涵盖以下所有内容）
研究大容量可控电压质量扰动发生装置及复合电压质量调节装置，大容量可控负荷用电品质扰动发生装置及复合电流质量调节装置的总体设计技术，包括：电路拓扑设计、装置中电力电子器件的全工况应力计算和分析；大容量换流器的模块化技术；分部件接口技术；冷却与保护技术；器件和模块失效冗余技术；装置控制策略和高效调制算法；装置在复杂系统条件下的适应性设计。
编制大功率复合电压质量调节装置和复合电流质量调节装置的技术规范，形成指导企业的生产性技术文件。
（三）考核指标
研制2MVA的可控电压质量扰动发生装置和对应的复合电压质量调节装置，1MVA可控负荷用电品质扰动发生装置和对应的复合电流质量调节装置样机各1套。装置变流器主电路、监控系统、冷却系统等关键零部件国内研制；装置样机现场运行考核1000小时以上。主电路、控制保护、系统适应性、可靠性设计等关键技术具有自主知识产权。申请发明专利5项，实用新型专利5项。主要技术参数符合国家标准（或IEC标准）的规定。
1.可控电压质量扰动发生装置技术指标
装置电压等级：10kV；最大容量：2MVA；
电压暂降范围：下降深度90%～50%的额定电压，且连续可调，持续时间0.5个工频周期～1分钟；
电压变动范围：±20%；
三相不平衡度：20%；
过电压：1.5倍额定电压；
欠电压：0.5倍额定电压；
电压谐波：最大谐波次数不小于25次；
波动与闪变：工频基波上叠加幅度范围0～20%额定电压，频率范围0.5～25Hz的调制波形，调制波包括正弦波和方波两种形式；
过载能力：120%额定容量，30分钟。
2. 复合电压质量调节装置的技术指标
装置电压等级：10kV；最大容量：2MVA；
装置负荷侧总电压畸变率THD小于4%；
当电源侧发生电压降（升）幅50%以下的电压暂降（暂升）故障时，在规定的故障持续时间内将负荷电压补偿到额定电压±5%范围内；
负荷侧发生短路故障时，在0.5工频周期内将短路电流限制到短路保护可靠动作的最低限值；
装置运行方式阶跃响应速度小于5ms。
3.可控负荷用电品质扰动发生装置技术指标
装置电压等级：10kV；最大容量：1MVA；
电流谐波范围：最大谐波次数不小于17次；
负荷三相不平衡度：0～50%可调；
工频基波上叠加幅度范围0～50%的额定电流，频率范围0.5～25Hz的调制波形，调制波包括正弦波和方波两种形式；
功率因数可超前、滞后，并在0～1范围连续可调；
过载能力：120%额定容量，30分钟。
4.复合电流质量调节装置技术指标
装置电压等级：10kV；最大容量：1MVA；
补偿谐波范围：最大补偿的谐波次数不小于17次；
装置运行方式阶跃响应速度小于5ms；
注入系统的谐波电流总畸变率小于3%。
（四）课题承担单位要求
　　课题承担单位应该是具有大型电力电子设备研制能力、有雄厚技术经济实力和产业化能力的“产学研用”联合体。
（五）经费预算
国拨经费拟安排1700万元。承担单位自筹资金与国拨经费比例不低于2:1。
（六）执行年限
　　2007年10月至2010年10月。
课题四：分布式供能系统高压变流器及软开关技术
（一）研究目标
优先采用我国自主研发的大功率IGCT器件，研制分布式供能系统3MW/6kV高压IGCT并网变流器；掌握高压并网变流器产业化关键技术，形成相应的技术规范和标准建议，实现高压IGCT并网变流器的完全自主知识产权；根据分布式供能系统的特点，研制1.5MW功率等级软开关变流器，掌握大功率并网变流器软开关关键核心技术，并在实际系统中完成运行考核。
（二）研究内容（申请课题须涵盖以下所有内容）
研究掌握分布式供能系统3MW/6kV高压IGCT并网变流器技术及高压发电机技术；研究掌握3MW/6kV分布式供能系统高压并网变流器试验平台技术；研究掌握大功率IGCT组件技术和应用技术；研究掌握分布式供能系统1.5MW软开关变流器技术和实验技术。
（三）考核指标
完成具有自主知识产权的分布式供能系统高压IGCT并网变流器及高压发电机的研制和试验平台建设，研制完成1台3MW/6kV高压IGCT并网变流器样机；形成分布式供能系统高压并网变流器技术规范和标准建议，电磁辐射量满足相关国际标准；研制完成1台1.5MW软开关变流器样机并完成在实际系统中的运行考核，电磁辐射量满足相关国际标准。
1.分布式供能系统高压IGCT并网变流器
额定功率&&&&&&&&&&&&&&&&&& 3MW
交流侧额定电压&&&&&&&&&&&& 6kV
变流器主功率器件&&&&&&&&&& 4500V系列IGCT器件
变流器变换效率&&&&&&&&&&&& ≥95%（额定功率情况下）
网侧功率因数&&&&&&&&&&&&&& ≥0.98（可根据需要调节）
网侧电流谐波（THD）&&&&&&& ≤5％
变流器冷却方式&&&&&&&&&&&& 水冷
变流器适用环境温度&&&&&&&& -30℃～+50℃
2.高压IGCT并网变流器试验平台
试验平台采用能量互馈方式，具有试验数据的集中采集和处理功能，能够对高压电机和高压并网变流器进行试验，满足3MW/6kV高压并网变流器满功率试验的需要。
3.分布式供能系统软开关变流器
额定功率&&&&&&&&&&&&&&&&&& 1.5MW
交流侧额定电压&&&&&&&&&&&& 690V
变流器主功率器件&&&&&&&&&& IGBT器件
变流器变换效率&&&&&&&&&&&& ≥97%（额定功率情况下）
软开关工作范围&&&&&&&&&&&& 50%额定功率以上
网侧功率因数&&&&&&&&&&&&&& ≥0.98（可根据需要调节）
电机侧dv/dt&&&&&&&&&&&&&&& ≤500V/us
网侧电流谐波（THD）&&&&&&& ≤5％
适用环境温度&&&&&&&&&&&&&& -30℃～+50℃
满足国内MW级风力发电系统对并网变流器的要求，并在实际的风力发电系统中完成不少于1500小时的运行考核。
4.申请各种专利10项以上，申请软件著作权5项以上。
（四）课题承担单位要求
本课题要求课题申请单位有前期研究基础，具备大功率电力电子器件和装置开发实力和相应的试验研究设备，以及经费配套支持。要求大功率IGCT器件研发机构，大功率分布式供能系统整机厂商和具有器件集成技术、电力电子控制技术或经验的单位，和实际应用该技术的电力企业，组成“产学研用”联合体联合申报。
（五）经费预算
国拨经费拟安排2500万元，承担单位自筹资金与国拨经费比例不低于2:1。
（六）执行年限
2007年10月至2010年10月。
& 电气化铁路同相供电装置
（一）研究目标
　　研制基于当代电力电子集成与控制技术的10～20MVA同相供电装置样机，为铁路新型牵引供电系统提供设备基础。
（二）研究内容（申请课题须涵盖以下所有内容）
研究适用于同相牵引供电系统的牵引变压器接线方式，实现与同相供电装置的最佳配合；研究掌握同相供电系统功率潮流控制技术，使同相供电装置损耗降低、输出谐波小，能够确保输出电压在各种负荷情况下均保持在允许的范围之内，满足IEC相关标准和国标；研究掌握以满足实际需要为约束条件的同相供电系统功率潮流控制器的容量设置优化技术；研究掌握同相供电系统同比常规牵引供电系统的技术经济性评估方法；研究掌握10～20MVA同相供电装置制造技术；完成同相供电系统功率潮流控制器的工程化试验，并形成基于同相供电装置的供电设计技术。
（三）考核指标
研制生产10～20MW电气化铁路同相供电装置样机1台，通过等效额定工况运行试验、电介质强度试验以及过流、过压保护试验，完成产品定型并通过型式认证，能够实现有功功率及无功功率的传递。所有装置关键技术具有自主知识产权。
主要技术指标为：同相供电装置输出交流电压20～30kV可调，电压畸变率小于5％、电流谐波畸变率小于5％（50次以下）。变流器部分对于有功功率及无功功率控制的响应速度小于10ms。各种电力机车负荷情况下，牵引变电所高压侧功率因数不低于0.95,电压不平衡度（负序电压与正序电压的比值）小于2％。装置使用寿命20年并符合国家相关标准或IEC标准。
（四）课题承担单位要求
　　课题承担单位应该是具有大型电力电子设备研制能力、有雄厚技术经济实力和产业化能力的“产学研”联合体。
（五）经费预算
　　国拨经费拟安排1400万元。承担单位自筹资金与国拨经费比例不低于2:1。
（六）执行年限
　　2007年10月至2010年10月。
课题六& 高速货运机车牵引变流器研制
（一）研究目标
完成用于高速(120km/h)货运电力机车的3×1600kw通用牵引变流器与控制(含辅助变流器)产业关键技术开发和装置研制，为我国高速重载轨道货物运输装备及相关行业提供主流机型。
（二）研究内容（申请课题须涵盖以下所有内容）
研究掌握牵引变流器(脉冲整流器和牵引逆变器)主电路最佳拓扑结构、冷却方式、设计与制造技术以及结构设计准则与EMC技术；研究掌握传动控制策略、控制算法，控制器的硬、软件实现技术。
（三）考核指标
3×1600kW牵引变流器样机1套，并完成地面系统等效试验。符合如下要求：
1.使用环境条件
海拔高度：≤2500m
环境温度（遮荫处）：-25℃～+40℃
最大相对湿度（该月月平均最低温度不低于25℃）：90%
环境条件：能承受风、雨、雪、严重的煤尘、沙尘和含盐空气
冲击加速度 ：≥3g
2.主要技术指标
供电电源&&&&&&&&&&&&&&& AC 单相25KV 50Hz
额定中间直流电压：&&&&& DC3500 V （根据系统参数可作调整）
允许最高工作直流电压：& DC4300 V&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
主逆变器额定输出电流：& 400 A
变流器主功率器件&&&&&&& IGBT元件
质量：&&&&&&& &&&&&&&&&& ＜3500 kg
外形尺寸：&&&&& &&&&&&&& ＜3400 mm×1060 mm×2000 mm(L×W×H)
额定效率：&&&&&&&&&& &&& 97.5 %（脉冲整流器99.5 %；逆变器99 %）
可靠性指标：（脉冲整流器或逆变器）失效率- 2.08E-05 1/hr.
&&&&&&&&&&&& && &&两次故障之间的平均时间(MTBF) - 4.81E+04 hrs.
控制器功能：牵引变流系统的逻辑控制；四象限脉冲整流器控制；PWM逆变器控制；机车粘着控制；变流系统的保护、故障记录、诊断；辅助逆变器控制。
3.辅助逆变器：&&&
额定直流输入电压：&&&&& &&& 3500 V
额定输出交流电压:&&&&&&&&&& 三相440V(或380V)&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
额定输出容量：&&&&&& &&&&&& 200kVA
最大输出容量：&&&&&& &&&&&& 400kVA
（四）课题承担单位的要求
　　课题承担单位应该是具有大型电力电子设备研制能力、有雄厚的技术和经济实力和产业化能力的“产学研”联合体。
（五）经费预算
国拨经费拟安排3100万元。承担单位自筹资金与国拨经费比例不低于2:1。
（六）执行年限
2007年10月至2010年10月。
课题七：城市轨道交通能馈式牵引供电系统及牵引传动系统研制
（一）研究目标
完成2MW能馈式牵引供电系统样机的研制；完成2×180kW地铁动车用交流牵引传动系统及辅助变流系统样机的研制。总体技术达到国际先进水平，并形成独立设计规范和技术标准。
（二）研究内容（申请课题须涵盖以下所有内容）
研究地铁动车用牵引传动系统（牵引逆变器）的主电路拓扑结构及数学模型仿真；研究掌握牵引传动系统的控制策略、电磁兼容性技术、集成化技术、保护技术、冷却技术和可靠性技术；研究掌握牵引传动系统状态参数监测、故障诊断、传感器网络、防空转防滑行智能控制技术及安全控制技术；研究掌握牵引供电系统模型，牵引供电系统稳定性分析、牵引供电系统故障诊断技及安全保护技术；研究掌握电网能量的智能化管理和网络监测技术；研究掌握大功率PWM整流器技术，包括：主电路拓扑、控制策略、电磁兼容性设计、集成化、冷却、可靠性设计、监测、故障诊断及保护技术。研究掌握大功率PWM整流器、牵引逆变器、牵引电机和辅助变流系统（辅助变流器、辅助电机及控制系统）设计制造技术；形成相应的工程技术规范建议。
（三）考核指标
完成2MW能馈式牵引供电系统样机的研制，动态响应速度和电压稳定性满足地铁牵引供电系统的要求；完成2×180kW地铁动车用交流牵引传动系统及辅助变流系统样机的研制，加速度和剩余加速度等各项指标均满足系统的要求；牵引供电系统、牵引传动系统及辅助变流系统均满足可靠性、可维护性、可用性、可拓展性和安全性要求；牵引供电系统、牵引传动系统及辅助变流系统应为冗余设计，具有故障保护功能和故障自诊断功能；大功率PWM整流器效率（额定功率情况下）：≥92%；牵引逆变器效率（额定功率情况下）：≥92％；变流系统总谐波含量：&5%，电磁兼容性符合可靠性运行要求；电磁辐射量满足相关国际标准；申请专利4项以上。
（四）课题承担单位的要求
课题承担单位应该是具有大型电力电子设备研制能力、有雄厚的技术和经济实力和产业化能力的“产学研”联合体。
（五）经费预算
国拨经费拟安排2500万元。承担单位自筹资金与国拨经费比例不低于2:1。
（六）执行年限
2007年10月至2010年10月。
三、申报条件
1、凡在中华人民共和国境内注册，具有独立法人资格的内资或内资控股企业、事业单位均可申报。
2、鼓励产学研联合。多个单位联合申报的，各方须签订联合申报合作协议，明确约定项目申报单位、参与单位承担的工作任务、责任和经费。　　3、申报单位必须是行业骨干机构，具备较强的研制和开发能力，良好的运行管理机制，能够提供足够数量的配套资金和相关的配套条件，单位信誉度好。　　4、课题负责人一般应具备以下条件：
具备中华人民共和国国籍；年龄在60岁以下（按签订课题任务书时计算）；具备高级职称；每年（含跨年度连续）离职或出国的时间不超过三个月；过去三年内没有国家科技计划信用管理不良记录。
中央和地方各级政府公务员（包括行使科技计划管理职能的其他人员）不得作为课题负责人。
5、课题负责人及主要参加人员不得违反以下限项申请的规定：
每一位课题负责人同期只能主持一项国家主要科技计划（包括973计划、863计划、支撑计划等）课题。作为主要参加人员同期参与的国家主要科技计划课题数（含负责主持的课题数），不得超过两项。有关规定严格按《国家科技计划项目承担人员管理的暂行办法》（国科发计字[号文件）执行。
四、申报要求
1、申报材料
申报材料包括《国家科技支撑计划课题申报书》一式15份，一律采用A4纸打印，申报书及其附件装订成册（不要加塑料封皮），应加盖申请单位公章（至少有一份为正本，并在封面右上角注明）。
《国家科技支撑计划课题申报书》的格式及编制要求，请登录科技部门户网站（）。
2、申报材料受理：
受理单位：科技部高技术研究发展中心
邮政地址：北京市海淀区三里河路1号西苑饭店九号楼5913办公室
邮政编码：100044
3、申请截止日期：2007年8月30日
4、联系人：季常煦& 010-，孙鸿航 010-
申报材料电子版请发电子邮件至。
科学技术部高新技术发展及产业化司
二○○七年七月三十一日人人文库美如初恋！
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哈尔滨理工大学学士学位论文I高压软开关充电电源硬件设计摘要电源对于所有用电设备是必不可少的。开关电源取消了传统电源采用的笨重的工频变压器，使得电源的体积大大缩小。电源中的电力电子器件工作在开关状态，使整机效率很高。由于它具有体积小、重量轻和效率高的优点，因而发展非常迅速，应用范围日益扩大。本文简要介绍了开关电源的基本结构、工作原理以及其发展状况和技术的发展趋势，并对开关电源的分类和优缺点进行了阐述。本文还介绍了减小开关电源体积和开关损耗的技术软开关技术。在前面知识的基础上，本论文利用谐振开关技术设计了一台给高压脉冲电容充电的高压软开关电源。在谐振开关技术中最适合给脉冲电容充电的电路是串联谐振开关电路,输出近似为恒流源或称等台阶充电,突出的优点是充电效率高且电路本身具有短路保护能力。整个装置利用现电路的控制、号形成及电路的保护。由于采用了全数字的控制,充电的稳定度很高。装置的开关频率是20于高频,因此使得每次开关所充的电量较小,这大大提高了充电的精度。关键词开关电源软开关充电哈尔滨理工大学学士学位论文heistooftoIninsotobeisisitofbyofasasIninabeInin尔滨理工大学学士学位论文isinisorisisWMSPitis0tois尔滨理工大学学士学位论文目录摘要.............................................................................................I......................................................................................1章绪论................................................................................1关电源的发展状况.........................................................1关电源的技术发展趋势...................................................5论文的研究目的..............................................................7第2章开关电源原理.................................................................9关电源基本工作原理......................................................9关电源的分类...............................................................12电源优缺点..................................................................14关电源的优点.........................................................14关电源的缺点.........................................................16开关技术简介...............................................................17开关与软开关.........................................................17开关的分类............................................................19章小结..........................................................................22第3章高压软开关充电电源硬件设计.....................................24电路设计......................................................................24要技术指标............................................................24电路选型................................................................24哈尔滨理工大学学士学位论文V路的工作原理及方式..............................................25电路的各项参数.....................................................35制及触发电路的设计....................................................40压电流检测............................................................40驱动...............................................................41选择.................................................................44的形成...........................................................50路的理想波形...............................................................53章小结..........................................................................54结论...........................................................................................55致谢...........................................................................................57参考文献....................................................................................58附录外文翻译..........................................................................60哈尔滨理工大学学士学位论文1第1章绪论关电源的发展状况开关电源属于电力电子技术，他运用功率变换器进行电能变换，经过变换电能，他可以满足各种用电要求。开关电源是美国于宇宙火箭搭载电源目的而开发的。与线性电源相比开关电源具有体积小、重量轻、效率高的特点，被广泛用于电视机、计算机、自动控制装置、产业机械、通信装置等各个领域。特别是随着半导体技术的进步和信息产业的发展，开关电源的需求量不断扩大。随着现代半导体技术的发展，尤其是高性能的全控器件的产生，开关电源迎来了一个生机勃勃的春天。1．发展史1955年美国的科学家罗耶首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后,利用这一技术的各种形式的晶体管直流变换器不断地研制和涌现出来,从而取代了早期采用的旋转式或机械振子式的寿命短、可靠性差、转换效率低的换流设备。由于变换器中的功率开关管工作在开关状态,所以由此而制成的开关电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻,在当时被广泛地应用于航天及军事电子设备上。由于那时的微电子技术十分落后,不能制作出耐压高、速度快、功率大的晶体管,所以这个时期的哈尔滨理工大学学士学位论文2直流变换器只能采用低电压输入,并且转换的速度也不能太高。60年代末,由于微电子技术的快速发展,高反压的晶体管出现了,从此以后直流变换器就可以直接由市电经整流滤波后输入,不再需要有降压变压器了,从而极大地扩大了开关电源的应用范围,并在此基础上诞生了无工频降压变压器开关电源,省掉了工频降压变压器,使开关电源的体积和重量大为减小。开关稳压电源才真正做到效率高、体积小、重量轻。70年代以后,与该技术有关的高频高反压的大功率晶体管、场效应管、高频电容、肖特基二极管、高频磁芯材料等元器件也不断地被研制和生产出来,使这一技术得到了飞速的发展,并且被广泛地应用于计算机、通信、航天、彩色电视等领域中,从而使无工频变压器开关电源成为各种电源中的佼佼者1。2．目前正在克服的困难随着半导体技术和微电子技术的高速发展,集成度高、功能强的大规模集成电路的不断出现,使得电子设备的体积在不断地缩小,重量在不断地减轻,所以从事这方面的研究和生产的人们对电源中的开关变压器还感到不是十分理想,他们正致力于研制出效率更高、体积和重量更小的开关变压器或通过别的途径来取代它,使之能满足电子仪器和设备微小型化的要求。这就是从事开关电源研究的科技人员目前正在克服的第一个困难。开关电源的效率是与开关管的变换速度哈尔滨理工大学学士学位论文3成正比的,并且由于采用了开关变压器以后,才能使之由一组输入得到极性、大小各不相同的多组输出。要进一步提高其效率,就必须提高其工作频率。但是当频率提高以后,对整个电路中的元器件又有了新的要求。例如高频电容、开关管、开关变压器、储能电感、快速整流二极管等都会出现新的问题。进一步研制出适应高频工作的有关电路元器件是从事开关电源研制的科技人员要解决的第二个问题。线性电源中的功率调整管具有稳压和电子滤波的双重作用,因而串联线性电源不产生开关干扰,且输出波纹电压小。但是开关电源中的开关管是工作在开关状态,所以就会产生尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰就会污染市电电网,影响邻近的电子仪器和设备的正常工作。随着开关电源电路和抑制干扰措施的不断增加和完善,它的这一缺点得到了进一步的克服,可以达到不妨碍一般电子仪器和设备正常工作的程度。但在一些精密电子仪器中,由于这一缺点,却使开关电源不能得到应用。所以,克服这一缺点,进一步提高开关电源的使用范围是从事开关电源研制人员要解决的第三个问题。目前,在开关电源方面急需解决的最后一个问题,是开关管的二次击穿问题。要解决这一问题,首先要将其产生的原因分析清楚,而目前人们对此还没有完全掌握,还只能从热点的角度进行解释,所以这方面还需人们去做大量的研究和探索工哈尔滨理工大学学士学位论文4作。我国的晶体管直流变换器及开关电源研制工作开始于60年代初,到60年代中进入了实用阶段,70年代初开始研制无工频降压变压器开关电源。1974年研制成功了工作频率为10出电压为5V的无工频降压变压器开关电源。近10多年来,我国的许多研究所、工厂和高等院校已研制和生产出了多种型号的工作频率为20右,输出功率在1000W以下的无工频降压变压器开关电源,并应用于计算机、通信、电视等方面,取得了较好的效果。工作频率为100～200高频开关电源于80年代初就已开始试制,90年代初试制成功。目前正在走向实用和再进一步提高工作频率阶段。许多年来,虽然我国在这方面投入了大量的人力和物力,做出了巨大的努力,并取得了可喜的成就,但是,目前我国的开关电源技术与世界上先进的国家相比仍有较大的差距。此外,近几年来我国虽然把无工频变压器开关电源的工作频率从数十高到数百输出功率由数十W提高到数百W甚至数千W,但是,由于我国半导体技术与工艺跟不上时代的发展,导致我们自己生产出的无工频变压器开关电源中的开关管大部分采用的仍是进口的晶体管。所以我国的开关电源事业要发展,要赶超世界先进水平,最根本和最关键的问题是如何提高和改进我国的半导体器件技术和制作工艺2。哈尔滨理工大学学士学位论文5关电源的技术发展趋势由于电源小型花的关键是高频化，因此国外目前都在致力于同步开发新型元器件，特别是改善二次整流的损耗，变压器电容器小型化，同时采用术在电路板两面布置元器件以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源高频化使传统的关（硬开关）功耗加大，效率降低，噪声也提高了，达不到高频、高效的预期效益，因此实现零电压导通、零电压关断的软开关技术将成为开关电源产品未来的主流。采用软开关技术可使效率达到85～88。据悉，美国关电源公司设计制造了多种开关C变换器，其最大输出功率有800W、600W、300W等，相应的功率密度为10、17W/效率为80～90日本司日前推出一种采用软开关技术的高频开关电源模块列，开关频率为200～300率密度27W/用同步整流器（即用整个电路效率提高到90。开关电源使用的元器件比连续工作电源多数十倍，因此降低了可靠性。追求寿命的延长要从设计方面着手，而不是从使用方面着想。美国一公司通过降低节温、减少器件哈尔滨理工大学学士学位论文6的电应力、降低运行电流等措施使其C开关电源系列产品的可靠性大大提高，产品的达100万时以上。可以用模块电源组成分布式电源系统可以设计成N1冗余电源系统，从而提高可靠性可以做成插入式，实现热交换，从而在运行中出现鼓掌时能高速更换模块插件多台模块并联可实现大功率电源系统。此外，还可以在电源系统建成后，根据发展需要不断扩充容量。开关电源的又一缺点是噪声大，单纯追求高频化，噪声也随之增大，采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以高频化，又可以低噪声。但谐振转换技术也有其难点如果很难准确的控制开关频率，谐振时增大了器件负荷、场效应管的寄生电容易引起短路损耗、元件热应力转向开关管等问题难以解决。日本把变压器设计成一二次分离阻燃密封，自身具备对付噪声功能的共模无噪声隔离变压器，既节省了噪声滤波器，又减少了噪声。当开关电源在高频下工作时，其噪声通过电源线产生对其他电子设备的干扰，世界各国已经有了抗规范或标准。应用微处理器或微机集中控制与管理，可以及时反映开关电源环境的各种变化，中央处理单元哈尔滨理工大学学士学位论文7实现智能控制，可自动诊断故障，减少维护工作量，确保正常运行。利用计算机对开关电源进行计和模拟试验十分有效，是最为快速经济的设计方法。目前的开关电源产品要求输入电压通用（适用世界各国电网电压规范），出电压规范扩大（如计算机和工作站需要增加一电压）、输入端功率因数进一步提高，并具有安全、过压保护等方面的功能3。论文的研究目的本论文是结合当前开关电源的发展趋势，以及今后将从事电源设计与制造工作的需要而完成的。通过完成本论文作者希望完成以下目的1．在系统学习开关电源原理的基础上，自己独立设计一台充电电源，了解开关电源的主要设计过程及其相关方法2．在整个过程中不断学习、消化、掌握各种类型开关电源的主要特点和性能，重点掌握减小开关损耗的方法软开关技术3．在设计过程中掌握开关电源的整体系统结构，主电路、触发电路、检测电路、输入/输出电路、保护电路和整体的控制哈尔滨理工大学学士学位论文8电路4．通过对开关电源的理论学习和实践经验，了解电源的应用前景和发展趋势，从而明确自己今后努力的方向，争取在电源的设计和制造等工作中加以应用。哈尔滨理工大学学士学位论文9第2章开关电源原理关电源基本工作原理开关K以一定的频率重复的接通或断开。在开关K接通时，输入电源和滤波电路向负载0开关K断开时，输入电源开关电源的示意图如图2示。为了使负载能够得到连续的能量，开关电源就必须有一套储能装置，以便在开关K接通时将一部分能量储存起来，当开关K断开后再将储存的能量提供给负载。图2的电感L、电容C和二级管D组成的电路就具有这样的功能。当开关K接通时，电感L用以储存能量，开关K断开时，储存在电感释放给负载，从而使负载得到连续而又稳定的能量。当电子开关K按一定的频率开关时，导通时间越长，输出电压越高导通时间越短，输出电压越低。通常，开关电源就是这样在开关频率一定的情况下，通过调整开关时间的长短。控制输出电压的高低。目前，也有的开关电源采用开关时间长短恒定，通过改变开关频率来改变输出电压的高低。哈尔滨理工大学学士学位论文10图2关电源示意图开关电源的形式有很多种，其中尤其以脉冲宽度调制型（为盛行，现在就以此种形式的开关电源介绍以下开关电源的工作原理。采用术的开关电源原理机构如图2示，从电网将能量传递给负载的回路称为主回路，其余称为控制回路。工频电网交流电压经过输入整流滤波电路，得到高波纹未调直流电压，在经功率转换电路，变换成符合要求的矩形波脉动电压，最后经过整流滤波电路将其平滑成连续的低波纹直流电压。哈尔滨理工大学学士学位论文11图2式开关电源框图控制回路在提供高压开关T管基极驱动脉冲的同时，需要完成输出电压稳压的控制，而且还必须能对电源或负载提供保护。它通常由检测比较放大电路、电压V/W电路）、时钟震荡电路，以及自用电压源等基本电路构成。对于式而言，将频率固定的震荡源称为时钟震荡器，这种电源利用检测电路反映输出电压值，通过和给定参考电压比较并产生误差信号，在经过V/W电路调制脉冲宽度调节输出电压。例如，由于某种原因（负载电流减小或电网电压上升）使高频变压器副边输出电压的平均值增大，电源输出电压也将随之提高，反馈检测电路将提高了输出电压和基准电压进行比较，并产生负积极性的误差电压，V/W电路根据该误差电压及时减小输出脉宽，这样使输出电压平均值减小，接近原来的数值，从而实现稳压的作用。哈尔滨理工大学学士学位论文12关电源的分类在电子技术和应用飞速发展的今天,对电子仪器和设备的要求是,在性能上更加安全可靠,在功能上不断增加,在使用上自动化程度要越来越高,在体积上日趋小型化。这使采用具有众多优点的开关电源就显得更加重要。所以,开关电源在计算机、通信、航天、彩电等方面都得到了越来越广泛的应用,发挥了巨大的作用,这大大促进了开关电源的发展,从事这方面研究和生产的人员也在不断地增加,开关电源的品种和类型也越来越多。常见的开关电源的分类方法有下列几种分为他激式和自激式。他激式开关电源电路中专设激励信号振荡器自激式开关功率管兼作振荡管。该形式的开关电源电路结构简单,元器件少,可以做成低成本的开关电源。分为脉宽调制型、频率调整型和混合调整型。脉宽调制型保持振荡频率保持不变,通过调节脉冲宽度来改变输出电压的大小频率调整型保持占空比保持不变脉冲宽度保持不变,通过改变振荡频率来改变输出电压大小混合调整型是脉冲宽度和振荡频率均可进行调节的开关电源。3．按开关管电流的工作方式划分分开关型和谐振型。开关型用开关晶体管把直流变成高频标准方波,其电路形式类似哈尔滨理工大学学士学位论文13于他激式谐振型用开关晶体管与振回路将直流变成标准正弦波,其电路形式类似于自激式开关电源。4．按开关晶体管的类型划分分为晶体管型和可控硅型。晶体管型采用晶体管包括场效应管作为开关功率管可控硅型采用可控硅作为开关功率管。这种电路的特点是直接输入交流电压,不需要一次整流部分。5．按储能电感与负载的连接方式划分分串联型和并联型。串联型储能电感串联在输入与输出电压之间并联型储能电感并联在输入与输出电压之间。6．按晶体管的连接方法划分分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式。单端式仅使用一个晶体管作为电路中的开关管。这种电路的特点是价格低、电路结构简单,但输出功率不能提高推挽式使用两个功率开关管,将其连接成推挽功率放大器的形式。这种电路的特点是可以工作在电源电压较低的场合,一般逆变器多采用这种形式的电路,但它的缺点是开关变压器的初级必须具有中心抽头半桥式使用两个功率开关管,将其连接成半桥形式。它的特点是适应于输入电压较高的场合全桥式使用四个功率开关管,将其连接成全桥的形式。它的特点是输出功率较大。7．按电路结构划分分为散件式和集成电路式。散件式整哈尔滨理工大学学士学位论文14个开关电源电路都是采用分立式元器件组成的。这种电路的缺点是电路结构较为复杂集成电路式整个开关电源电路或电路的一部分是由集成电路组成的。这种集成电路通常被称为厚膜电路,有的厚膜集成电路中包括功率开关管,有的则不包括。这种形式的电源的特点是电路结构简单、调试方便、可靠性高。这种电路被广泛地应用于彩色电视中。以上五花八门的开关电源品种都是站在不同的角度,以开关电源不同的特点命名和划分的。不论是激励方法、输出直流电压的调节手段、储能电感的连接方法、功率开关管的器件种类以及串并联结构,还是其他的电路形式,它们最后总可以归结为串联型和并联型开关电源这两大类4。关电源优缺点开关电源的优点1．功耗小、效率高开关电源结构原理方框图中的晶体管在激励信号的驱动下,其工作状态处于导通截止和截止导通的开关状态,转换速度很快,频率一般为50右。在一些技术先进的国家,可以做到几百或者上千体管V饱和导通时,虽然电流较大,但管压降很小;截止断开时,虽然管压降很大,但通过的电流几乎为零。这就使得开关晶体管V在其整个工作过程中的功耗很小,电源的效率可以大幅度地提高。哈尔滨理工大学学士学位论文152．体积小、重量轻没有了笨重的工频降压变压器。由于调整管上的耗散功率大幅度地降低,因而省去了体积和重量都较大的散热片。由于这两方面的原因,故开关电源的体积小、重量轻。3．稳压范围宽开关电源的输出电压是通过激励信号的占空比来调节的,输入电压的波动变化,可以通过改变占空比的方式来进行补偿,这样在输入电压变化或波动较大时,它仍能保证有较稳定的输出电压。所以,开关电源的稳压范围很宽,稳压效果较好。此外,改变占空比的方法有脉宽调制型、频率调制型和混合调制型三种。这样开关电源不仅具有稳压范围宽的优点,而且实现稳压的方法也较多较灵活,设计人员可以根据实际应用的需要和要求,灵活选用各种形式的稳压方法。4．滤波效率高,不需要较大容量的滤波电容开关电源的工作频率目前基本上是工作在50右,是线性电源的1000倍,这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍。就是采用半波整流后加电容滤波,效率也提高了500倍。在相同波纹输出电压的要求下,采用开关电源时,滤波电容的容量只是线性电源中滤波电容容量的1/500～1/1000。滤波电容容量减小以后,整个电源的体积和重量也相应地有所减小。5．电路形式灵活多样例如有自激式和他激式有调宽哈尔滨理工大学学士学位论文16型和调频型;有单端式和双端式;有开关元件为晶体管式和开关元件为可控硅式等等。设计者可以发挥各种类型电路的特长,设计出能满足各种不同应用场合的开关电源。开关电源的缺点开关电源最为突出的缺点就是开关干扰较为严重。开关电源中的开关功率管是工作在开关状态下,它产生的交流电压和电流会通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰,这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除、屏蔽和隔离,就会严重地影响整机的正常工作。此外,由于开关电源中没有了工频降压变压器的隔离,振荡器所产生的高频干扰如果不加以消除,就会串入工频电网,使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。目前,由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进的国家还有一定的差距,因此开关电源的造价不能进一步降低,也影响到可靠性的进一步提高。所以,在我国的电子仪器以及机电一体化仪器中,开关电源还不能得到普及使用。特别是无工频变压器开关电源中的高压电容、高反压大功率开关管、开关变压器的磁性材料等元件,我国还处于研究和开发阶段。一些先进的国家,虽然有了一定的发展,但是在实际应用哈尔滨理工大学学士学位论文17中还存在一些问题,不能令人十分满意。这就暴露出了开关电源的又一个缺点,那就是电路结构复杂、故障率高、维修麻烦、成本高。对此,如果设计者和制造者不予以充分重视,则会直接影响开关稳压电源的推广应用。开关技术简介硬开关与软开关现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化，同时对装置的效率和电磁兼容性也提出了更高的要求。通常，滤波电感、电容和变压器在装置的体积和重量中占很大比例。因此必须设法降低他们的体积和重量，才能达到装置的小型化、轻量化。从电路的有关知识中可以知道，提高工作频率可以减少变压器各绕组间的匝数，并减小铁心的体积，从而使变压器小型化。因此装置小型化、轻量化的直接途径就是电路的高频化。但在提高开关频率的同时，开关损耗也会随之增加，电路效率严重下降，电磁干扰也增大了，所以简单的提高开关频率是不行的。哈尔滨理工大学学士学位论文18（a）硬开关的开通过程（b）硬开关的关断过程图2开关的开关过程针对这些问题出现了软开关技术，他利用以谐振为住的辅助换流手段，解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关频率可以大幅度提高。在很多电路中，开关元件在电压很高或电流很大的条件下，在门极的控制下开通或关断，起典型的开关过程如图2示。开关过程中电压、电流均不为零，出现了重叠，因此导致了开关损耗。而且电压和电流的变化很快，波形出现了明显的过冲，这导致了开关噪声的产生。具有这样的开关过程的开关称为硬开关。在硬开关过程中会产生较大的开关损耗和开关噪声。开关损耗随着频率的增加，使电路效率下降，阻碍了开关频率的提高开关噪声给电路带来严重的电磁干扰问题，影响周边电子哈尔滨理工大学学士学位论文19设备的工作。通过在原来的开关电路中增加很小的电感，电容等谐振元件，构成辅助换流网络，在开关过程中引入谐振过程，开关开通前电压降为零，或关断前电流降为零，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠，降低他们的变化率，从而大大减小甚至消除损耗和开关噪声，这样的电路称为软开关电路。软开关电路中典型的开关过程如图2示。具有这样开关过程的开关称为软开关。开关损耗理论上为零5。（a）软开关的开通过程（b）软开关的关断过程图2开关的开关过程软开关的分类根据电路中主要开关元件是零电压开通还是零电流关断，可以将软开关电路零电压电路和零电流电路两大类。通常，一种开关电路要么属于零电压电路，要么属于零电流电路。但在哈尔滨理工大学学士学位论文20有些情况下，电路中有多个开关，有些开关工作在零电压的条件下，而另一些开关工作在零电流的条件下。根据软开关技术的发展历程可以将软开关电路分成准谐振电路、零开关路和零转换路。下面分别介绍上述三类软开关电路。这是最早出现的软开关电路，其中有些现在还在大量使用。准谐振电路可分为1零电压开关准谐振电路2零电流开关准谐振电路3零电压开关多谐振电路4用于逆变器的谐振直流环电路。路这类电路中引入了辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐振仅发生与开关过程前后。零开关路可以分为1）零电压开关路2零电流开关路和准谐振电路相比，这类电路有哈尔滨理工大学学士学位论文21很多明显的优势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制方式。5这两种电路的基本开关单元如图2a零电压开关本开关单元b零电流开关本单元图2开关路的基本开关单元路这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振时刻的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关并联的，因此输入电压和负载电流对电路谐振过程的影响很小，电路在很宽的输入电压输入范围内并从零负载到满载都能工作在软开关状态。而且电路中无功功率的交换被削减到最小，使这种电路的效率进一步提高。零转换电路可分为哈尔滨理工大学学士学位论文221零电压转换路2零电流转换路。基本开关单元如图2a关单元b关单元图2转换路的基本开关单元章小结本章简要介绍了开关电源的工作原理，并从多方面阐述了开关电源的详细分类。讨论了开关电源在应用中的优点和不足。本章还简要介绍了软开关技术以及软开关和传统的硬开关之间的不同，指出软开关是实现开关电源高频化、小型化和轻哈尔滨理工大学学士学位论文23量化的理想途径。哈尔滨理工大学学士学位论文24第3章高压软开关充电电源硬件设计电路设计主要技术指标1．输入电压220V交流，输出充电电压0～2400V，直流2．负载电容容量31333．输出电流2安培直流电源容量54．开关频率20振频率405．电流检测与电压检测6．用现制。主电路选型在谐振开关技术中最适合脉冲电容充电的电路是串联谐振开关电路,输出近似为恒流源或称等台阶充电,突出的优点是充电效率高且具有固有短路保护能力6。其主电路如图3示。由于电源功率大，采用全桥型电路，高频变压器的副边也采用二极管整流桥进行整流。哈尔滨理工大学学士学位论文25图3容充电电源主电路示意图图中含变压器漏感和线路分布电感;工作原理和具体参数将在下面给出。路的工作原理及方式直流电压（由市电经过整流得到）经过逆变电路逆变为频率很高的方波交流电，此高频方波交流电在经高频变压器生压后，由二极管整流桥整流输出稳定的直流电流，向电容C进行充电。设开关频率，谐振频率。串联谐振变换器按小有3种工作方式1．方式一sf电流连续工作,零电压开通和硬关断,开关损耗和干扰较大。因线路存在电感,断时产生的电压尖峰较高,极易损坏开关器件7。现在以图3电路来分析一下串联负载换器的这三种运行方式。（a）串联负载C变换电路哈尔滨理工大学学士学位论文27（b）等效电路图3联负载C变换电路及等效电路由图可知，电感与负载串联，经过谐振的电流在负载端被全波整流。输出端的滤波电容以认为电容了简化分析，假定谐振电路中的电阻损耗可以忽略不计，输出电压0如果，负，0?。若开关T导通，电流正时流经T，反之，流经二极管此类似，负时，若开关流流经T反之流经二极管D。因此，对图3a）来说，可有如下四种状态时T导通2/2/?2/02/??。2.当lI这种运行状态与以前讨论的连续导通状态有所不同，当流关的关断是强迫关断，开通具有零电流和零电压条件。图3流连续图3出了的电路波形。由图可知，T开关在零电流条件下与00t?处开通，且开始反向。在10t?处，震荡电流未达到零之前，开关T被强迫关断，正向电流被迫经二极管33通。此时加在以流经二极管减小为零。此后，电流二极管关关极管D导通。开关T和二极管半个周期小于谐振频率三种方式中,方式一在绝缘栅双极晶体管通和关断时损耗都最小,被选作恒流充电电源的工作方式，其工作时谐振电流波形见图3忽略图放电保护电路的影响,设0则理想情况输入电压恒定,变压器及半导体器件为理想器件下在102/0100?s00???在21间2/1201?哈尔滨理工大学学士学位论文34s10???充电电流平均值s200010?????s1021????2/8/2/8/（3由上式可见,在谐振参数和输入电压一定时,充电电流与开关频率成正比。开关频率恒定,则充电电流恒定。充电电流与负载电压无关,因而具有较强的抗负载短路能力8。哈尔滨理工大学学士学位论文35图3振电感电流波形电路的各项参数振参数充电电路的系统结构见图3图3统结构图图中放电保护电路;串联谐振电感含变压器漏感和线路分布电感;串联谐振电容。因?02，负载电容的影响可忽略不计。故有哈尔滨理工大学学士学位论文362????21?式中n为变压器变比，9。现已确定开关频率020V交流电通过二极管直接得到，其值为311V。由于电路将工作在方式一下，即10?高频变压器变比n15变压器原边电压为311V方波电压供电，其基波有效值198VH，F。这样有21?输出电流按式（3算哈尔滨理工大学学士学位论文37?0i2/8/11821?????充电电流基本符合要求。入整流如图3了使电路给逆变器提供一个稳定的电压，输入整流段需进行变压器隔离和滤波，且在电流输入端设置一熔断器，为电源提供保护，防止电流过大而损害设备。图3入整流电路出整流由于功率大，输出整流采用桥式整流电路。但由于输出电压较高，将超过单个二极管所承受的最高反向电压，为安全起见，下图3的每个二极管将由三个二极管串联起来一起使用，并选用快恢复二极管。哈尔滨理工大学学士学位论文38图3出整流电路变参数在主电路中，择富士电机公司的2流控制电路如图3具体参数和电路见表3图3流控制电路表3体参数项目符号额定值单位哈尔滨理工大学学士学位论文39集电极电压1200V门极电压20?V集电极电流连续75A1150A连续75A1150A最大能量消耗600W工作温度150℃存储温度40到125℃绝缘电压交流2500（1分钟）V调节扭矩装备13.5接线端13.5哈尔滨理工大学学士学位论文40制及触发电路的设计电压电流检测如图3示，电路的控制及触发信号的产生均由片产生。电路的控制很简单，在测到充电电容的电压达到要求值后，关断驱动信号即可。其检测信号由霍尔电压传感器来完成。霍尔电压传感器把检测到的电压信号经过A/D转换器输入到，进来的电压信号与设定的信号进行比较，当电压信号大于设定值时发出控制信号，关断输出。图3尔传感器端子说明输入电压正输入电压负正电源哈尔滨理工大学学士学位论文41负电源M输出端⊥公共地。霍尔传感器的输出端M接A/D转换器，把数字信号转换为电压信号输入给0。输出电流也采用霍尔电流传感器采集信号，为供控制信号和保护信号.驱动驱动信号充分利用了功能，生此号的驱动能力较差，不能直接驱动驱动信号需经放大信号放大在进行驱动。在此选富士电机公司的为驱动器。841）是高速型（最大40行），其内部电路框图如图3示。它为直插式结构，额定参数和运行条件可参考其使用手册。哈尔滨理工大学学士学位论文42图3列集成驱动器的内部结构框图列驱动器的各引脚功能如下脚1连接用于反向偏置电源的滤波电容器脚2电源（＋20V）脚3驱
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