概述

1.1任务来源

本任务是根据某系统综合设计要求，研制直流斩波器。

1.2产品功能、用途、组成

该直流斩波器是将输入的440VDC-710VDC直流电转换为电压230V(175-320V)，额定电流150A(峰值电流215A)的直流电,再经输出滤波后为设备供电。

主要技术指标要求

1.3输入

1.3.1输入要求

电压：440VDC-710VDC额定：610VDC

1.3.2接插件刻字

a.电源壳体表面不应有明显的凹痕、划伤、变形和污染。表面涂层应均匀、无凝结、脱落及磨损。金属零、部件不应有锈蚀和机械损伤。电源表面各项标识应简明、规范、清晰、牢固；

b.插在引线端附近刻上输入、输出标识，用红漆标注；

1.4输出特性

1）电源端输出电压额定：230VDC；

2）输出电压范围:175-320VDC

3）额定输出电流：150A(峰值电流215A)；

4）效率大于等于95％；5）负载稳定度：≤1%；

6）冷却方式：自然风冷；

7）MTBF:≥5000h；

8）保护功能：电源模块应具有输入过压、欠压保护功能，输出过压保护功能，有过流保护功能，过热保护功能；

9）电磁兼容：要求设计和试验；

10）隔离要求：输入，输出可以隔离也可以不隔离；

11）散热要求：自然风冷散热；

1.5环境适应要求

工作环境：0℃∼+50℃；

存储温度：-25℃∼+85℃；

相对湿度：不大于90%（+25℃）。

1.6可靠性要求

a.存储寿命：10年（含生产周期2年）；

b.通电寿命：不小于10000h；

c．一次连续通电时间：不小于10h。

1.7结构要求

长×宽×高≤430*620*550mm。重量<135KG。

直流斩波器采用铝合金和不锈钢金属外壳，功率散热器件贴有金属外壳内表面，通过铝合金金属外壳自然散热。金属外壳外表面表面做氧化处理，不应带有尖角，注意人身安全。

电源上的各个插座位置应保证电缆方便正常插拔，有电压、电流数码显示，电压调节旋钮，外部模拟电压（0-5V）调节接口(175-320V)。

1.8元器件使用要求

对所使用的元器件，原材料必须百分之百进行入厂复验，为了保证产品的质量，对不能进行二次筛选和测试的器件采用随同部组件、分机、随机逐级进行考核和筛选。未完成上述规定要求的元器件、原材料不得装机使用。同时，需对元器件使用开展降额设计、容差设计、最坏情况分析、热设计、抗干扰设计，总体设计考虑电磁兼容设计。

1.9结构设计方案

根据任务书要求，本电源结构设计方案采用全封闭式设计，外部预留风扇，当温度超过设定最高温度时，启动风扇，进行外部风冷。

1.9.1外型及安装设计

按照任务书要求，直流斩波器设计外壳：

3.1.2电源热设计

由于直流斩波器功率较大，输出功率P=320V*215A=68800W；整体效率：η为:95%；根据电源的输出功率和转换效率，推算功耗P=68800W/0.95—68800W=3440W，根据所选散热器要求，采用自然风冷情况下，散热面积S>3440*12cm2/3=13760cm2；所以在设计时应留出足够的散热空间，尽可能提高散热面积，同时在散热器上安装风扇，当温升超过设定最高温度50℃时，启动风扇，对散热器进行散热，确保电源稳定可靠工作。

3.1.3电磁兼容设计

对于本结构,我们采用的是全密闭的结构方式，将风扇外置，输入输出选用用圆形连接器，面板做屏蔽处理；输入选用专用直流滤波器对输入直流信号进行滤波，电路设计中将控制电路和功率电路部分分开，并用金属钢板隔开，控制电路应用了先进的零电压(ZVS)技术，有效地降低了开关管的电压、电流应力和开关损耗，提高了整机可靠性和效率，显著地减少了电磁干扰，输出采用进口纳米晶材料设计的滤波电抗器，和进口滤波电容及高频吸收电容，降低输出纹波噪音。

1.10工作原理

1.10.1主回路电路原理框图

控制电路

采用BUCK电路工作方式，实现三个斩波器模块并联工作。降低了单个电源模块输出功率，保证器件选择的通用性，提高了开关电源模块工作频率（20KHZ）和电源模块工作动态响应特性，有效的降低了电源体积和输出纹波；采用BUCK电路工作方式，减少电路工作环节，选用高频工作的IGBT和低损耗的滤波电感，在高频工作状态下，确保电源模块工作效率最高可达95%以上；功率电路

额定输出功率：(50000/3)*1.2=20000W；

输出额定电流：75A；

开关频率：20KHZ；IGBT：1200V/200A开关管；

输出电感：500uH；

效率：>95%；

IGBT损耗功率：

开关电流：60A；开关频率：20K；导通损耗：97.9W；开关损耗：210W；合计损耗；307.9W；二极管的损耗：109W。

（以上参数由IGBT厂家提供）

输出最大功率，610V*60A*0.8=29280W，能满足最大输出功率320V*75A=24000W的要求。IGBT选型合理。

斩波器电感参数

LoMin=（VM-Vo）*Ton/2*Imin=（710-230）*16/2*10=3.5uH

电感量最小3.5uH，电感量取值500uH选型合理

电感量：L=500uH；额定电流：75A；纹波电流：15A；频率：20KHz；磁芯损耗：10.8W，铜损：21.6563W，总损耗：32.4563W。

（以上参数由磁芯厂家提供）

斩波器的总损耗功率PZ=307.9+109+32.5=449.4W

额定状态整机总效率P=230*75/（230*75+449.4）<97.4%最大

能满足最大整机总效率>95%的要求

输出线路滤波器设计说明

输出纹波电压Vpp=（I×T）/C=(75A×50uS)/9400uF=0.39V

输出纹波峰峰值 1.6‰

前级支撑电容：2350uF/900V，纹波电流：21.5A；

1.10.2抗震动冲击和湿热设计

直流斩波器外壳采取密闭设计，电路板做三防处理，PCB及器件安装完成后用金属支架进行固定，电路板上的器件用硅胶进行固定。必要的情况下做减震处理。

综合上述，此设计方案能满足直流斩波器技术要求。下载本文