近年来主动电磁轴承技术在高转速机械设备的应用越来越受到人们的重视,实际应用也越来越多。而开关功率放大器作为主动电磁轴承系统中的执行器的一部分,其性能的好坏直接影响着电磁轴承系统的性能。其中开关功放的带宽性能直接决定了旋转机械中转子的最高转速,而拓宽功率放大器工作带宽的最好方法是提高功放的母线电压,因此本文的研究重点是实现在较高母线电压下能够工作的开关功率放大器。本文首先对开关功率放大器进行分类,并对电流型PWM开关功率放大器的带宽、输出电流纹波、功率和损耗等基本性能进行详细地分析。常见的电流型PWM开关功率放大器的调制方式分为二电平调制和三电平调制两种,本文分别对这两种调制方式的开关功率放大器进行理论分析和实验验证。由于二电平开关功率放大器的输出电流纹波跟母线电压成正比,因此以往的高母线电压条件下一般采用三电平调制的方法。然而三电平调制往往需要用到数字控制器,系统设计相对复杂,成本比较大,还会有延迟等问题影响系统的性能,而本文采用的二电平控制电路设计简单,为了减小输出电流纹波,需要提高一定的开关频率。提高开关频率后,传统的硅基功率器件可能无法满足要求,而宽禁带碳化硅器件的出现能够解决功率器件在耐压等级和开关频率之间的矛盾,适合应用于高母线电压、高开关频率的开关功放中。然而本文所使用的第三代碳化硅MOSFET由于允许的驱动电压电压范围比较小,驱动回路的寄生电感会使驱动电压发生超调,因此本文对驱动电路的电压振荡问题进行研究,通过优化设计PCB电路来达到减小寄生电感,最终减小栅极驱动电压的振荡和超调。同时由于碳化硅器件的寄生电容比较小,功率电路中的寄生电感对开关瞬态的电压和电流振荡的影响比较大,本文重点关心的是电流的振荡。因此本文对开关瞬态的电路进行建模,最后通过功率器件并联电容的方法抑制电流振荡并通过实验进行验证。本文还指出输出电流纹波会对电流型开关功率放大器的稳定性和稳态误差造成一定的影响,根据开关功放的实际工作原理,结合输出电流的纹波,给出了功放占空比稳定的条件。同时计算了输出电流的稳态误差,提出了一种在保证开关功放占空比稳定的条件下,减小输出电流的稳态误差同时又能保证输出电流的快速响应的方法,并通过仿真和实验进行验证。本文还通过模块化设计的方法对200V/5A的电流型开关功率放大器进行详细地设计,并通过仿真和实验验证单路开关功放的性能,最终设计并制作了八路开关功放,在75kW的高度电机平台上进行验证。