电源EMI滤波器

随着电源模块开关频率的不断提高，且模块间互联的方式日趋复杂，电磁干扰问题成为制约变换器整体功率密度提高的关键因素。本研究通过对对称式Boost变换器的功率耦合电感的集成设计，降低了变换器的EMI噪声；通过在功率耦合电感的磁芯中添加平衡绕组的方式，对变换器的共模噪声源阻抗做出调整，优化了EMI滤波器的性能；通过在EMI滤波器中添加平衡绕组、改变平衡阻抗的方式，优化EMI滤波器性能；通过调整变换器的对称度及三电感耦合支路辅助滤波器的设计，最终实现EMI滤波器与耦合功率电感的一体化，使得系统在降低成本的同时，能达到与外接滤波器相近的性能；并且针对当前复杂的分布式电源系统，采用混沌阻抗调制的方法，使得各个模块的在电源总线上的噪声发生相位上的改变，从而相互抵消，进一步降低了系统的噪声水平。 本项目取得的成果和创新如下 （1）对称式Boost变换器的功率耦合电感的集成设计及理论分析。 （2）功率电感中平衡绕组的引入，改变了噪声源阻抗的大小，扩大了噪声源端的阻抗失陪，使得EMI滤波器发挥最大效用。 （3）通过给EMI滤波器中添加控制端口，使得EMI滤波器的插入损耗随着不同平衡阻抗的添加体现不同的特性。 （4）EMI滤波器与耦合功率电感的一体化设计，大大提高了变换器的功率密度和性能。 （5）磁性材料非线性工况下，电路与磁路的快速混合仿真方法，以及非线性磁损耗计算方法。 （6）高电压下采用功率电感等效串联电阻进行无损电流检测的方法。 本研究取得的成果稍加推演，即可应用于各对称式变换器当中，这位本项目在实际的工业生产中的推广，具有非常重要的应用价值。

EMI滤波器的使用正在成为阻碍电力电子系统功率密度提高的重要因素。本研究从磁电集成的观点出发，提出变换器中功率耦合电感与EMI滤波器一体化设计思想：采用集成的方式缩短元件间的互联、应用磁路的观点来保证集成单元实现功率耦合电感的性能、采用耦合有损传输线滤波器实现中、高频EMI滤波器功能，利用传输线型变压器来实现EMI滤波器的端口阻抗匹配；同时辅以共模电容补偿技术，让采用一体化设计的变换器满足EMC指标。本项目中有关磁电集成结构及其优化研究、拆分绕组的优化函数模型研究、铁氧体磁芯中耦合有损传输线模型研究、传输线型变压器的阻抗变换性能研究、共模电容匹配研究以及基板埋容技术研究都将为磁电集成提供理论指导，为电力电子集成领域开拓新的方向。

电源普通电源

又可细分为：开关电源、逆变电源、交流稳压电源、直流稳压电源、DC/DC电源、通信电源、模块电源、变频电源、UPS电源、EPS应急电源、净化电源、PC电源、整流电源、定制电源、加热电源、焊接电源/电弧电源、电镀电源、网络电源、电力操作电源、适配器电源、线性电源、电源控制器/驱动器、功率电源、其他普通电源、参数电源、调压电源、变压器电源。

电源特种电源

特种电源又可细分为：岸电电源、安防电源、高压电源、医疗电源、军用电源、航空航天电源、激光电源、其他特种电源。

特种电源即特殊种类的电源。所谓特殊主要是由于衡量电源的技术指标要求不同于常用的电源，其主要是输出电压特别高，输出电流特别大，或者对稳定度、动态响应及纹波要求特别高，或者要求电源输出的电压或电流是脉冲或其它一些要求。这就使得在设计及生产此类电源时有比普通电源有更特殊甚至更严格的要求。特种电源一般是为特殊负载或场合要求而设计的，它的应用十分广泛。主要有：电镀电解、阳极氧化、感应加热、医疗设备、电力操作、电力试验、环保除尘、空气净化、食品灭菌、激光红外、光电显示等。而在国防及军事上，特种电源更有普通电源不可取代的用途，主要用于：雷达导航、高能物理、等离子体物理及核技术研究等。

1、雷达发射机用的高压电源

在现代雷达发射机中，用行波管（TWT）作为微波功率放大器件占有很大的比例,作为高功率部分，它的可靠性与技术指标如何，对雷达发射机乃至整个雷达有着直接的影响。而支撑着行波管的高压电源（系统）更显得至为重要。开关电源技术作为一种高频、高效电力电子技术，随着电子元器件、产品的不断更新，大功率器件的更新换代，大功率开关电源技术得到了发展。雷达行波管用高压开关电源，可采用全桥谐振PWM调制方式，大功率开关器件采用先进的IGBT模块及先进可靠的驱动电路，使得电源的整体性能良好，稳定度好，并且具有各种保护功能。

工作原理：将50Hz三相380V通过电网滤波器，经整流及滤波得到500多伏的直流电压,供给串联谐振变换器。由于本电源输出高达20kV，为了减轻变压器的设计难度以及减小高压整流二极管的耐压值、提高电源的可靠性，采用变压器两个次级分别全桥整流,然后叠加输出。全桥变换器由四个IGBT、一个高频变压器及整流电路组成。控制电路提供两对彼此绝缘、相位相差180°的脉冲输入到IGBT驱动电路，控制IGBT的通断。将直流电压变换成为交变的20kHz脉冲电压，经变压器及全桥整流和滤波电路，得到几十kV的电压。

2、电子束焊机用大功率高压电源

电子束焊接因具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点而广泛应用于航空航天、原子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业。电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子，该电子在高压静电场的加速下通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束，用此电子束去轰击工件，巨大的动能转化为热量，使焊接处工件熔化，形成熔池，从而实现对工件的焊接。

高压电源是设备的关键技术之一，它主要为电子枪提供加速电压，其性能好坏直接决定电子束焊接工艺和焊接质量。电子束焊机用高压电源与其它类型的高压电源相比，具有不同的技术特性,技术要求主要为纹波系数和稳定度，纹波系数要求小于1%，稳定度为±1%，甚至纹波系数小于0.5%，稳定度为±0.5%，同时重复性要求小于0.5%。以上要求均根据电子束斑和焊接工艺所决定。电子束焊机用高压电源的操作是必须与有关系统进行连锁保护，主要有真空连锁、阴极连锁、闸阀连锁、聚焦连锁等，以确保设备和人身安全。高压电源必须符合EMC标准，具有软起动功能，防止突然合闸对电源的冲击。

这种电源由于功率大（达30kW），输出电压高（150kV），工作频率较高（20kHz），而对稳定精度、纹波及电压调节率均有较高的要求。选用先进的三相全控可控整流技术、大功率高频逆变器，用新型功率器件IGBT作为功率开关。三相全控可控整流和逆变器各自采用独立的控制板，IGBT驱动采用进口厚膜驱动电路，加上输入电网滤波器和平波电抗器及电容组成的滤波电路。使电源的功率变换部分具有较好的技术先进性和良好的功率变换性。

高压部分：高压变压器磁芯采用最新的非晶态材料，采用独特的高频高压绕制工艺，双高压变压器叠加工作。先进的整流和合理的倍压电路以及高压均压技术保证高压电源的高压部分稳定可靠，反馈及高压指示信号用精密的分压器，由高压输出端直接采样，保证电源有很高的稳压精度、电压调整率和准确可信的高压测量精度。采用合理的高压滤波技术，保证电源有良好的纹波。高压部分放在一个油箱内。

3、高压脉冲电源

在雷达导航设备中，其发射部分一般都需要一高电压、窄脉冲、不同重复频率的强功率脉冲源。这种强功率脉冲源一般通过一个高压电源将市电升为几千伏至几十千伏直流高压，然后由一个调制器将直流高压调制为所需脉宽及频率的脉冲源以供发射管使用。

脉冲源主要由高压电源及调制器部分组成，高压电源采用开关稳压电源，调制器采用半导体器件的固态调制器。

使用方给出的触发脉冲是TTL电平的信号，应在输入隔离变压器前增加接口电路，此接口电路一是为了预放大TTL脉冲信号，二是为了与隔离变压器匹配。为了达到隔离的目的，使用方可提供此接口电路的电源，制造方只需提出电源需求并在电路中设计相应的变换、滤波电路即可。

触发脉冲经过脉冲变压器隔离后经过预调器脉冲整形，功率放大后去触发调制板和截尾板工作。由预调器产生的激励脉冲经过变压器隔离去驱动调制板的每一只场效应管，此时调制板导通高压电源送到微波三极管的阳极，微波三极管的阴极电子开始发射，微波三极管将送入输入端的小功率高频信号放大成大功率的高频信号。当脉冲结束时，由预调器产生的截尾脉冲去触发截尾板，截尾板导通后将微波三极管的分布电容释放，所以可以得到很好的脉冲后沿。