開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

前言

　　本書(shū)是《電力電子新技術(shù)系列圖書(shū)》中的一冊(cè)，主要介紹開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理、設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用?！　￠_(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源是在電子、通信、電氣、能源、航空航天、軍事以及家電等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的一種電力電子裝置，以其內(nèi)部的電力電子器件工作于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)而得名，其輸出電壓被控制為恒定或可調(diào)值，是目前電源的主要類(lèi)型。通過(guò)改變其控制方式也可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流輸出。這兩類(lèi)電源通常簡(jiǎn)稱(chēng)為開(kāi)關(guān)電源，它具有電能轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕、控制精度高和快速性好等多方面的優(yōu)點(diǎn)，在小功率范圍內(nèi)基本取代了線性調(diào)整電源，并迅速向中大功率范圍推進(jìn)，在很大程度上取代了晶閘管相控整流電源?？梢哉f(shuō)，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)是目前中小功率直流電能變換裝置的主流技術(shù)?！　「鶕?jù)應(yīng)用領(lǐng)域和功率等級(jí)的不同，開(kāi)關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)種類(lèi)繁多，控制方法靈活多樣，新器件、新拓?fù)洳粩嗤瞥?。在其工程設(shè)計(jì)中包括主電路、控制電路、傳熱、結(jié)構(gòu)、電磁兼容等多方面的內(nèi)容，因此開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)溥x型及設(shè)計(jì)工作較為繁瑣，難度大。國(guó)內(nèi)目前仍然以工程經(jīng)驗(yàn)和仿制為主進(jìn)行設(shè)計(jì)，其缺點(diǎn)是缺少深入的理論基礎(chǔ)，不能根據(jù)具體的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)最合理的設(shè)計(jì)，往往造成設(shè)計(jì)裕量過(guò)大或不足，設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品工作狀況和實(shí)際性能的預(yù)見(jiàn)性較差，經(jīng)常出現(xiàn)樣機(jī)試制不成功而反復(fù)修改設(shè)計(jì)的情況，造成時(shí)間和經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)。　　究其原因，設(shè)計(jì)工作不是設(shè)計(jì)實(shí)例的簡(jiǎn)單模仿和設(shè)計(jì)資料的拼湊，而是在理解基本原理基礎(chǔ)之上的再創(chuàng)造，因此應(yīng)該在深入理解開(kāi)關(guān)電源的電路、控制等問(wèn)題的基本原理的基礎(chǔ)之上，在設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo)下，利用設(shè)計(jì)公式并遵循一定的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。本書(shū)正是按照這一思路安排內(nèi)容，并試圖引導(dǎo)讀者遵循這一步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。希望能夠藉此提高開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)工作的正確性、合理性和規(guī)范性，提高設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量，從而最終提高產(chǎn)品的質(zhì)量，并且解決仿制帶來(lái)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。

內(nèi)容概要

本書(shū)是《電力電子新技術(shù)系列圖書(shū)》中的一冊(cè)，主要介紹開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理、設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用。本書(shū)共分11章。第1章介紹了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的一些基本概念及發(fā)展史和發(fā)展趨勢(shì)。第2、3章分別介紹在開(kāi)關(guān)電源中常用的電力電子變換電路的拓?fù)浼肮ぷ髟怼５?章介紹了PWM變換器的數(shù)學(xué)模型。第5、6章分別介紹開(kāi)關(guān)電源中常用的電力電子器件和變壓器、電感、電容器等元器件。第7、8章介紹開(kāi)關(guān)電源中主電路及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。第9章介紹開(kāi)關(guān)電源中常用的功率因數(shù)校正技術(shù)的基本原理。第10章介紹了開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容問(wèn)題。第11章為開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用，介紹了兩種小功率開(kāi)關(guān)電源和兩種大功率開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)過(guò)程?！　”緯?shū)可供從事開(kāi)關(guān)電源開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的工程技術(shù)人員閱讀，也可為高校電力電子技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)等專(zhuān)業(yè)師生提供參考。

書(shū)籍目錄

第1章　緒論 　1.1　關(guān)于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 　1.2　開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展史 　1.3　開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用 　1.4　本書(shū)的基本結(jié)構(gòu) 　參考文獻(xiàn) 第2章　PWM開(kāi)關(guān)電路拓?fù)?　2.1　開(kāi)關(guān)電源中申力電子電路的分類(lèi) 　2.2　非隔離型DC?DC變換電路 　　2.2.1　降壓（Buck）型電路 　　2.2.2　升壓（Boost）型電路 　　2.2.3　升降壓（Buck?Boost）型電路 　　2.2.4　丘克（Cuk）型電路 　　2.2.5　Sepic型電路 　　2.2.6　Zeta型電路 　2.3　隔離型電路 　　2.3.1　正激型電路 　　2.3.2　反激型電路 　　2.3.3　半橋電路 　　2.3.4　全橋型電路 　　2.3.5　推挽型電路 　2.4　整流電路 　　2.4.1　全橋整流電路 　　2.4.2　全波整流電路 　　2.4.3　倍流整流電路 　　2.4.4　同步整流技術(shù) 　2.5　回饋型電路 　　2.5.1　非隔離回饋型電路 　　2.5.2　隔離回饋型電路 　2.6　小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第3章　軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 　3.1　軟開(kāi)關(guān)的基本概念 　　3.1.1　硬開(kāi)關(guān)與軟開(kāi)關(guān) 　　3.1.2　零電壓開(kāi)關(guān)與零電流開(kāi)關(guān) 　3.2　軟開(kāi)關(guān)電路的分類(lèi) 　　3.2.1　準(zhǔn)諧振電路 　　3.2.2　零電壓開(kāi)關(guān)PWM電路和零電流開(kāi)關(guān)PWM電路 　　3.2.3　零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路和零電流轉(zhuǎn)換PWM電路 　3.3　典型的軟開(kāi)關(guān)電路 　　3.3.1　零電壓準(zhǔn)諧振電路 　　3.3.2　移相全橋型零電壓開(kāi)關(guān)PWM電路 　　3.3.3　有源箝位正激型電路 　　3.3.4　零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路 　　3.3.5　不對(duì)稱(chēng)半橋型電路 　　3.3.6　軟開(kāi)關(guān)PWM三電平直流變換器 　3.4　諧振變換電路的原理及分類(lèi) 　3.5　典型的諧振變換電路 　　3.5.1　串聯(lián)諧振電路 　　3.5.2　并聯(lián)諧振電路 　　3.5.3　串并聯(lián)諧振電路 　3.6　小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第4章　開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)的原理 　4.1　開(kāi)關(guān)電路的建模 　　4.1.1　理想開(kāi)關(guān)模型 　　4.1.2　狀態(tài)空間平均模型 　　4.1.3　小信號(hào)模型 　4.2　系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 　　4.2.1　開(kāi)關(guān)電路 　　4.2.2　PWM比較器 　　4.2.3　調(diào)節(jié)器 　4.3　基于小信號(hào)模型的分析方法 　　4.3.1　系統(tǒng)的穩(wěn)定性 　　4.3.2　動(dòng)態(tài)指標(biāo) 　4.4　電壓模式控制和電流模式控制 　　4.4.1　電壓模式控制 　　4.4.2　峰值電流模式控制 　　4.4.3　平均電流模式控制 　4.5　并機(jī)均流控制的原理 　4.6　小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第5章　常用電力電子器件 第6章　無(wú)源器件 第7章　功率電路的設(shè)計(jì) 第8章　控制電路的設(shè)計(jì) 第9章　功率因數(shù)校正技術(shù) 第10章　開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容問(wèn)題 第11章　開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)實(shí)例

章節(jié)摘錄

　　5.4.1MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)　　驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是實(shí)現(xiàn)主電路中的電力電子器件按照預(yù)定設(shè)想運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。采用性能良好的驅(qū)動(dòng)電路可以使電力電子器件工作在較理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，減小開(kāi)關(guān)損耗。此外對(duì)器件或整個(gè)裝置的一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)，因此驅(qū)動(dòng)電路對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的影響?！　◎?qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)是將控制電路發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)。同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路通常還具有電氣隔離及電力電子器件的保護(hù)等功能。電氣隔離是實(shí)現(xiàn)主電路及控制電路間電量的隔離，在含有多個(gè)開(kāi)關(guān)器件的電路中電氣隔離通常是保證電路正常工作的必要環(huán)節(jié)，同時(shí)電氣隔離可以減少主電路開(kāi)關(guān)噪聲對(duì)控制電路的影響并提高控制電路的安全性。電氣隔離一般采用光隔離（如光耦合器）或磁隔離（如脈沖變壓器）來(lái)實(shí)現(xiàn)?！　OSFET及IGBT均為電壓驅(qū)動(dòng)型器件，其靜態(tài)輸入電阻很大，所以需要的驅(qū)動(dòng)功率較小。但由于柵源間、柵射間存在輸入電容，當(dāng)器件高頻通斷時(shí)電容頻繁充放電，為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路輸出電阻小，且具有一定的驅(qū)動(dòng)功率。因?yàn)樗鼈兙哂蓄?lèi)似的驅(qū)動(dòng)特性，在一定范圍內(nèi)可以互換使用。

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