随着新能源储能系统、通信基站、服务器电源、电动汽车充电以及工业自动化等领域的快速发展,市场对电源转换装置提出了更高的灵活性要求。传统电子转换器多为固定电压或电流输出,难以满足不同用电设备对供电参数的差异化需求,用户往往需要为不同设备配备多套电源方案,不仅增加了设备成本与系统复杂度,也造成了资源浪费。与此同时,便携式电子产品的普及进一步推动了电源管理电路向高效化、小型化方向发展。可调节电子转换器作为一种能够通过手动或程控方式实现输出电压或电流连续调节的电力装置,能够有效解决上述痛点,使同一转换器适配多种用电场景。然而,目前国内在宽范围连续可调、高效率、高可靠性的可调节电子转换器产品方面仍存在较大技术缺口,亟需开展系统性的产品开发与技术攻关。
可调节电子转换器产品开发面临多项核心技术难题。其一,在宽电压调节范围内保持高效率是一大挑战——以LLC为代表的谐振变换器虽具有良好的软开关性能和高效传输优势,但开关频率的改变会使得谐振点发生偏移,效率显著降低;传统LLC谐振变换器在宽电压应用中,输出电压调节严重依赖于负载条件和电路寄生参数,导致轻载时效率进一步降低。其二,输出纹波抑制问题突出——开关电源虽具有效率高、输出电压可调范围大等优点,但其输出直流电压的纹波含量比同功率线性电源大,如何有效降低纹波含量是制造技术中的关键技术难点。其三,瞬态响应性能需提升——现有电压变换器在负载发生突变时输出电压变化幅度较大、瞬态响应速度慢。其四,现有谐振开关电容变换器普遍存在输出无法连续调节、功率密度未达预期、建模方法不准确及电容器容值不稳定的问题。其五,在宽输入输出电压范围内保证系统稳定性,涉及控制策略优化、拓扑结构选型及热管理等多方面难题。
项目团队在电源转换技术领域已积累了一定的研发基础。在拓扑结构方面,团队掌握了Buck降压型、Boost升压型、Buck-Boost升降压型及反激隔离型等主流可调开关电源拓扑结构的设计方法;在核心器件应用方面,具备MOSFET、肖特基二极管及PWM控制芯片等关键器件的选型与应用经验;在控制技术方面,已开展基于回授端可调电压的控制电路研究,并对采样电路、控制电路及振荡电路的协同设计有所积累。此外,团队在电源转换器的输入滤波、高频逆变、变压器变压及输出整流等核心环节均具备一定的技术储备。在测试验证方面,已建立基本的电源性能测试平台,能够开展输出电压精度、电压调整率、负载调整率及转换效率等关键指标的测试工作。
本项目旨在开发一款性能优良的可调节电子转换器产品,具体攻关目标包括:实现宽范围输出电压(如0~30V或0~100V)连续可调,最大输出电流满足目标应用场景需求;转换效率达到90%以上,较传统产品提升5~10个百分点;输出电压精度控制在±3%以内,电压调整率与负载调整率均不超过1%;输出纹波得到有效抑制,低频纹波满足应用要求;具备良好的瞬态响应性能,在负载突变时能够快速恢复至设定值;支持手动调节与程控调节两种模式;产品体积小型化、结构简化、模块化程度高;通过全面的可靠性测试与环境适应性验证,确保产品在工业自动化、通信基站、医疗仪器、LED照明等典型应用场景下稳定运行。
本项目预期形成以下成果:一是可调节电子转换器产品样机若干台,完成功能验证与性能测试,各项技术指标达到攻关目标要求;二是形成完整的产品设计图纸、电路原理图、PCB设计文件及BOM清单等技术文档;三是编制产品测试规范与质量标准文件,涵盖电气性能测试、环境可靠性测试及电磁兼容性测试等内容;四是申请发明专利或实用新型专利1~2项,保护核心拓扑结构与控制方法;五是形成产品使用说明书及推广应用方案,为后续产业化转化奠定基础。