开关电源依靠其高频能量传输的原理,展现出体积小、效率高、绿色环保的等特殊优势,经过几十年的发展,在电力传输、军事工控、日常生活等诸多领域都得到了广泛应用。目前,硅材料是开关电源核心功率器件的主要制成材料,受硅材料本身物理特性的限制,硅功率器件理论最高工作温度不超过150摄氏度。在最高工作电压、导通电阻、最高开关频率等方面也无法呈现出良好特性。因此,工业级DC-DC开关电源的工作温度被限制在85摄氏度以下,即使是军工等级,也不会超过125摄氏度。与此同时,随着现代科技的发展,人类越来越多的探索诸如航空航天、石油勘探、光伏发电、新能源汽车等高温、大功率领域,它们的电源系统,特别是功率器件的发热相当严重,这是常规开关电源无法直接应用的。为达到温度指标,保证系统的可靠性,传统开关电源不得不外加主动散热系统或采取反复替换的方式,大大增加了整个系统的体积和成本,这是对空间和价格都相对敏感的电源领域所无法接受的。碳化硅是新型第三代半导体材料,基于碳化硅材料研发出的功率器件相比传统功率器件有着结温高、开关频率高、导通电阻低、反向击穿电压高、不受电磁辐射干扰等优良特性。基于碳化硅功率器件开发的高温直流功率变换器,其核心功率器件的结温高达175摄氏度以上,其他主被动元件也可承受200摄氏度以上高温。因此,本项目高温开关电源在保证系统可靠性的基础上可大大减小甚至省去主动散热系统,节约了系统成本,减小了系统重量,扩大空间利用率,这在航空航天、石油勘探、新能源汽车等领域有着十分重要的意义。本文完成的工作主要分为四部分:(1)首先对开关电源的发展现状和碳化硅器件在开关电源中的应用前景进行详细调研。然后,从材料学的角度,在理论方面分别分析碳化硅SBD、碳化硅MOSFET、碳化硅JFET和碳化硅BJT相比传统硅器件的优势。(2)针对高温电路特性,以天线阵面高温直流开关电源项目为背景,通过比较高温对传统开关电源中各个模块不同解决方案的影响,分析了高温开关电源电路设计的难点和电路设计方法。(3)以传统开关电源理论为基础,将高温开关电源拆分成为不同模块,详细描述了高温开关电源不同模块设计方案。(4)依据仿真、常温、高温的顺序,从开关电源原理仿真验证出发,到实现高温直流开关电源整机测试,一步步完成基于碳化硅器件的高温直流开关电源的设计与实现。整个过程清晰记录了不同阶段各个模块波形,确保在碳化硅MOSFET结温高达200摄氏度时,电源系统正常工作。