电力机车的发展得益于对于自然资源短缺的清醒认识,诸如我国高铁、地铁、新能源汽车的快速发展,而这些电力机车在运行过程中会产生磁泄露的问题,需要良好性能的多组分磁性薄膜材料进行磁管理。薄膜制备方法较多,电沉积制备工艺通过控制电流大小实现对材料组分的调整,所制备的磁性薄膜的电磁性能具有明显的优势,成为了一种经典的制备工艺。电沉积制备过程中,需要低压大电流型开关电源,开关电源由于利用了工作在高频(75KHz以上)状态下功率开关管、变压器、扼流圈、电解电容等能量转换与存储器件,采用特定拓扑,可以符合电沉积要求。极大的节省了空间、成本,并且效率较一般的电源高,在材料、交通、通讯等诸多领域得到了广泛的应用。本课题设计了一款用于电解法制备多组分薄膜磁性材料的大功率数字开关电源,其主要技术参数为:输出电流为100A,输出电压为25V,功率因数大于0.9,整机效率大于85%。本课题的主要工作分为以下几部分:1、对开关电源设计常用的各种拓扑结构与热管理方式进行了比较,确定系统结构。开关电源采用了适合于本课题背景应用的前级有源功率因数校正级与后级具有同步整流特点的移相全桥软开关两级拓扑结构;热管理系统采用基于FPGA控制的强制风冷散热方式。2、介绍了有源功率因数校正、移项全桥、同步整流、软开关的工作原理,并对两级电路的控制电路与功率电路进行了设计。功率电路部分,基于有源功率因数校正原理,对其中的功率元件进行参数计算与器件选型;针对移相全桥与软开关原理对高频变压器进行设计,根据谐振原理,对主谐振电感与电容与进行了计算与选型,由于滞后臂谐振的时候,存在占空比丢失的情况,根据电流增强原理设计了辅助谐振网络;根据输出滤波原理,输出滤波器中的电感与电容进行了详细设计;功率电路中部分网络具有高压大电流的电气特性,为了使用安全,设计了隔离驱动电路;控制电路需要对功率电路进行闭环调节,设计了隔离与采样电路;控制电路部分,以功率因数校正电路为例,详细分析并设计了控制环路反馈与补偿电路。3、热管理系统分为硬件和软件两部分,硬件部分采用FPGA控制,并搭建了温度采集与处理、通信等电路模块;软件部分,基于μC/OS系统开发了多任务操作系统,实现多个采集与调整任务的并发进行,控制算法采用增量式PID算法,根据不同位置处的功率器件温度,动态调整不同位置处的无刷直流电机转速,从而控制风量,达到热管理的目的;为了便于使用,设计了上位机显示界面,可以根据使用环境不同,调整温度阈值,经过与下位机通信,进行热管理任务的调整,并将系统的实时工作状态显示出来。