開關(guān)電源設(shè)計(jì)與制作基礎(chǔ)

前言

　　叢書序　　開關(guān)電源是電源“家族”中的重要成員，是發(fā)展較快的前沿電源技術(shù)。在電源領(lǐng)域還有不間斷電源、逆變器、變頻器、交流電源、焊接電源、充電器、精密電源、工業(yè)電源、醫(yī)用電源、軍用電源、特種電源等，但幾乎所有的電源遲早都會(huì)向開關(guān)電源靠攏。傳統(tǒng)的電源技術(shù)正在讓位于高頻開關(guān)電源技術(shù)，傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中的電源正逐漸被新的開關(guān)電源升級換代。新能源的開發(fā)利用又催生了綠色電能變換這一最能體現(xiàn)開關(guān)電源高頻逆變核心技術(shù)應(yīng)用的龐大的市場需求。越來越多的電源科技工作者、新電源產(chǎn)品的開發(fā)者、各行業(yè)傳統(tǒng)電源產(chǎn)品面臨升級換代的革新者都希望讀到最新的有關(guān)開關(guān)電源的實(shí)用設(shè)計(jì)指導(dǎo)書。這正是編撰“開關(guān)電源設(shè)計(jì)與制作系列叢書”的初衷。叢書內(nèi)容圍繞實(shí)用設(shè)計(jì)展開，為設(shè)計(jì)者提供實(shí)用電路、關(guān)鍵技術(shù)、簡明實(shí)用的設(shè)計(jì)方法、成功案例，將成為讀者得心應(yīng)手的案頭書?！　矔壳鞍ā堕_關(guān)電源設(shè)計(jì)與制作基礎(chǔ)》、《反激式開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)》、《開關(guān)電源設(shè)計(jì)與制作實(shí)踐》、《開關(guān)電源模塊化與數(shù)字化技術(shù)》、《開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)、測試和典型案例》、《開關(guān)電源計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)》。計(jì)劃出版的還有《小型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用》、《家用太陽能發(fā)電技術(shù)》、《快速充電技術(shù)與應(yīng)用》、《防爆型開關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用》、《小型逆變器設(shè)計(jì)及應(yīng)用》等。叢書作者均為當(dāng)今知名的電源技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜?。　　遼寧工業(yè)大學(xué)陳永真教授編著的《反激式開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)》和中電公司劉勝利高級工程師編著的《開關(guān)電源設(shè)計(jì)與制作實(shí)踐》，詳解了單端變換、雙正激變換、半橋變換和全橋變換等常見的幾種典型開關(guān)電源電路原理、設(shè)計(jì)和制作要領(lǐng)，均為編著者長期工程實(shí)踐的總結(jié)?！　￠_關(guān)電源的數(shù)字化控制代表了開關(guān)電源技術(shù)一個(gè)重要的發(fā)展方向，其發(fā)展前景較之傳統(tǒng)的模擬、開關(guān)模擬混合控制有劃時(shí)代的突破。上海福基公司庚雷高級工程師、北京半導(dǎo)體器件五廠微電子研究所李龍文高級工程師和中電公司劉勝利高級工程師共同編著的《開關(guān)電源模塊化與數(shù)字化技術(shù)》，提供的是大家較為熟悉、應(yīng)用較廣的Vicor電源模塊，其他優(yōu)秀的模塊電源如果存在類似的應(yīng)用問題，可以相互借鑒。該書提供的資料可將初涉該領(lǐng)域的工程師們引領(lǐng)入門?！　‰姶偶嫒莨こ虒?shí)用技術(shù)在開關(guān)電源中的地位極其重要，但往往在設(shè)計(jì)初期被忽視。 全國電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員、上海三基電子工業(yè)有限公司總工程師錢振宇研究員在《開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)、測試和典型案例》一書中，以生動(dòng)的筆觸進(jìn)行了詳盡的具有可操作性的介紹?！　￠_關(guān)電源的現(xiàn)代設(shè)計(jì)離不開計(jì)算機(jī)仿真，然而借助現(xiàn)有的仿真軟件針對開關(guān)電源的應(yīng)用設(shè)計(jì)，系統(tǒng)而透徹的介紹并不多見。清華大學(xué)陳建業(yè)教授編著的《開關(guān)電源計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)》一書能幫助讀者在開關(guān)電源的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)方面打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！　　堕_關(guān)電源設(shè)計(jì)與制作基礎(chǔ)》是清華大學(xué)蔡宣三教授生前遺墨，曾經(jīng)在《電源世界》期刊由倪本來主編編輯連載。蔡宣三教授的關(guān)于開關(guān)電源基礎(chǔ)原理的敘述是此類文字中的經(jīng)典之一。蔡宣三教授曾擔(dān)任中國電源學(xué)會(huì)理事長，對我國電源技術(shù)的發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)。謹(jǐn)以此書紀(jì)念蔡宣三教授?！　≡谀茉炊倘焙铜h(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，綠色能源向電能的轉(zhuǎn)換具有重大意義。開關(guān)電源及其高頻逆變核心技術(shù)在綠色能源轉(zhuǎn)換中起著關(guān)鍵性作用。為此，叢書選編了《小型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用》、《家用太陽能發(fā)電技術(shù)》、《快速充電技術(shù)與應(yīng)用》、《防爆型開關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用》、《小型逆變器設(shè)計(jì)及應(yīng)用》等相關(guān)圖書，已列入出版計(jì)劃，希望它們能在改變?nèi)藗円率匙⌒械木G色浪潮中推波助瀾。　　叢書由電能變換專家、中國電源學(xué)會(huì)副理事長、北京富來電能設(shè)備公司倪本來高級工程師擔(dān)任總策劃。參與叢書策劃，為叢書提供資料、建議，以及幫助審稿的人員還有北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院路秋生教授，中國礦業(yè)大學(xué)王聰教授，工業(yè)與信息化部華北計(jì)算所王其英高級工程師，中國計(jì)量科學(xué)研究院于百江高級工程師，浙江大學(xué)呂征宇教授，北方工業(yè)大學(xué)張衛(wèi)平教授，中國航天科技集團(tuán)張志國研究員、張忠相研究員，中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所張廣明研究員，電子工業(yè)出版社趙麗松編審和蘇穎杰編輯等?！　∠抻谒剑瑫绣e(cuò)誤在所難免，懇請讀者斧正?！　?ldquo;開關(guān)電源設(shè)計(jì)與制作系列叢書”編輯委員會(huì)

內(nèi)容概要

　　本書作為高頻逆變開關(guān)電源技術(shù)的基礎(chǔ)和門檻，全面系統(tǒng)地講解了當(dāng)代硬/軟開關(guān)高頻逆變電路的特點(diǎn)、對偶原理、控制方法、瞬態(tài)和頻域分析、高頻磁路及集成磁件，以及吸收電路、有源功率因數(shù)校正、同步整流、并聯(lián)均流、集成模塊IPEM等實(shí)用技術(shù)。

書籍目錄

第1章 開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展
1.1 開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程
1.2 20世紀(jì)推動(dòng)開關(guān)電源發(fā)展的主要技術(shù)
1.2.1新型功率半導(dǎo)體器件
1.2.2軟開關(guān)技術(shù)
1.2.3控制技術(shù)
1.2.4有源功率因數(shù)校正技術(shù)
1.2.5高頻磁元件
1.2.6飽和電感的應(yīng)用
1.2.7低電壓、大電流輸出DC-DC變換器
1.2.8分布電源及并聯(lián)均流技術(shù)
1.2.9電源智能化技術(shù)
1.2.10開關(guān)電源的EMI與EMC
1.3 開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展方向
第2章 DC-DC開關(guān)型功率變換器的基本電路
2.1 DC-DC開關(guān)型功率變換器的基本電路
2.2 開關(guān)變換器的等效電路
2.3 開關(guān)變換器的對偶關(guān)系
2.4 有隔離變壓器的單端開關(guān)變換器
2.5 SEPIC和Zeta變換器的性質(zhì)和特點(diǎn)
第3章 高頻軟開關(guān)變換器
3.1 諧振變換器和有源鉗位ZVS變換器
3.1.1引言
3.1.2諧振變換器
3.1.3有源鉗位軟開關(guān)變換技術(shù)
3.2 軟開關(guān)PWM變換器
3.2.1ZS?PWM變換器
3.2.2ZT?PWM變換器
3.2.3移相控制全橋(FB)ZVS?PWM變換器
3.2.4PS FB混合ZCZVS?PWM變換器
3.2.5廣義軟開關(guān)PWM變換器
第4章 開關(guān)型功率變換器的控制
4.1概述
4.2電壓型控制
4.3前饋控制
4.4電流型控制
4.5其他控制方法
第5章 開關(guān)電源的吸收電路
5.1 吸收電路的作用
5.2 吸收電路的類型
5.2.1關(guān)斷吸收電路(turn?off snubber)
5.2.2開通吸收電路(turn?on snubber)
5.2.3組合吸收電路
5.2.4LC吸收電路
5.2.5吸收電路和開關(guān)過程的“軟化”
第6章 高頻開關(guān)變換器中的磁性材料和磁元件
6.1 高頻磁心的材料、特性和參數(shù)
6.1.1概述
6.1.2磁材料特性及參數(shù)
6.1.3高頻磁元件的磁心結(jié)構(gòu)和磁材料
6.2 電感元件
6.2.1電感的基本公式
6.2.2磁心氣隙(air gap)
6.2.3電感元件儲(chǔ)能W
6.2.4高頻電感元件的等效電路模型
6.2.5開關(guān)電源輸出濾波電感分析
6.2.6自飽和電感(saturable inductor)
6.2.7可控飽和電感(controlled saturable inductor)
6.3 變壓器
6.3.1勵(lì)磁電感與漏電感
6.3.2高頻變壓器模型
6.3.3開關(guān)電源變壓器的磁分析
6.4 平面（planar）變壓器
6.5 空心PCB變壓器
6.6 集成高頻磁元件
第7章 有源功率因數(shù)校正技術(shù)
7.1 有源功率因數(shù)校正技術(shù)介紹
7.1.1AC-DC整流電路
7.1.2非線性電路的功率因數(shù)和THD
7.1.3Boost PFC電路
7.1.4APFC的控制方法
7.1.5PFC集成控制電路
7.2 三相PFC變換器
7.2.1三相橋式整流電路
7.2.2三個(gè)單相Boost PFC變換器組成三相PFC整流器
7.2.3三相DCM單開關(guān)Boost整流器
7.2.4三相CCM Boost整流器
7.2.5空間矢量控制
7.2.6三相CCM Buck整流器
7.2.7三相三電平Boost PFC變換器
7.2.8三相Boost PWM整流器瞬態(tài)建模分析
7.3 單相反激PFC變換器
7.3.1CCM反激PFC變換器
7.3.2DCM反激PFC變換器
7.3.3反激PFC變換器的優(yōu)缺點(diǎn)
7.4 單級PFC變換器
7.4.1概述
7.4.2集成PFC整流器-調(diào)節(jié)器
第8章 同步整流技術(shù)
8.1 概述
8.2 同步整流技術(shù)的基本原理
8.2.1SR工作原理
8.2.2同步整流管SR的主要參數(shù)
8.3 同步整流驅(qū)動(dòng)方式
8.3.1外驅(qū)動(dòng)同步整流技術(shù)
8.3.2電壓型自驅(qū)動(dòng)同步整流
8.3.3電流型自驅(qū)動(dòng)同步整流
8.4 同步整流電路
8.4.1全波SR電路
8.4.2倍流SR電路
8.5 SR-Buck變換器
8.6 SR-正激變換器
8.6.1有磁復(fù)位繞組的SR-正激變換器
8.6.2SR-有源鉗位正激變換器
8.6.3SR雙管正激變換器
8.7 SR-反激變換器
第9章 DC-DC變換器并聯(lián)系統(tǒng)的均流技術(shù)
9.1概述
9.2下垂法
9.3主從均流法
9.4自動(dòng)均流法
9.5熱應(yīng)力自動(dòng)均流法
9.6民主均流法
9.6.1民主均流法的原理
9.6.2均流控制器集成電路UC3907的簡介
第10章 開關(guān)電源中的磁放大器式輸出電壓調(diào)節(jié)器
10.1 概述
10.2 高頻磁放大器鐵心磁性材料
10.2.1非晶態(tài)軟磁合金
10.2.2鐵基超微晶合金
10.3開關(guān)電源中高頻磁放大器調(diào)節(jié)器的工作原理
10.4應(yīng)用舉例
第11章 開關(guān)電源的瞬態(tài)建模和分析
11.1 概述
11.2 狀態(tài)空間平均法
11.2.1基本概念
11.2.2基本假設(shè)條件
11.2.3狀態(tài)空間分析步驟
11.3 平均電路法
11.4 三端PWM開關(guān)模型法
11.4.1三端PWM開關(guān)的平均電路模型
11.4.2規(guī)范形開關(guān)單元及其平均電路模型
11.4.3三端PWM開關(guān)的小信號平均電路模型
11.4.4PWM開關(guān)變換器的小信號平均電路模型
11.5 考慮寄生參數(shù)的PWM開關(guān)變換器平均電路模型
11.5.1Buck變換器平均電路模型的修正
11.5.2等效平均電阻
11.5.3考慮寄生參數(shù)的Buck變換器大信號電路模型
11.6 雙環(huán)控制的開關(guān)電源系統(tǒng)瞬態(tài)建模分析——功率守恒法
11.6.1引言
11.6.2電流型控制的開關(guān)電源系統(tǒng)
11.6.3電流型控制開關(guān)電源系統(tǒng)的功率守恒建模法
11.6.4高功率因數(shù)(UPF) Boost PWM電源瞬態(tài)建模分析
11.6.5非最小相位系統(tǒng)
第12章 開關(guān)電源的頻域分析與綜合
12.1 概述
12.1.1時(shí)域性能指標(biāo)
12.1.2頻域模型
12.1.3對數(shù)頻率特性 (Bode曲線)
12.1.4系統(tǒng)的穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕量
12.1.5頻域性能指標(biāo)
12.2 二階控制系統(tǒng)
12.2.1二階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)
12.2.2傳遞函數(shù)
12.2.3頻率響應(yīng)
12.2.4二階系統(tǒng)的對數(shù)頻率特性
12.2.5拉普拉斯變換簡表
12.3 極點(diǎn)和零點(diǎn)
12.3.1RHP和LHP極點(diǎn)和零點(diǎn)
12.3.2一階系統(tǒng)的零、極點(diǎn)舉例
12.3.3二階系統(tǒng)的零、極點(diǎn)舉例
12.4 系統(tǒng)頻率響應(yīng)與瞬態(tài)響應(yīng)的關(guān)系
12.5 電壓型控制的開關(guān)電源的頻域模型
12.5.1開關(guān)電源框圖
12.5.2開關(guān)變換器的控制-輸出傳遞函數(shù)
12.5.3反饋通道傳遞函數(shù)H(s)
12.5.4電源系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)To(s)及閉環(huán)傳遞函數(shù)Tc(s)
12.5.5音頻紋波衰減率(audio?susceptibility)
12.5.6開關(guān)電源的抗負(fù)載擾動(dòng)能力
12.6 電壓控制器
12.6.1電壓控制器的傳遞函數(shù)
12.6.2控制器的作用
12.6.3對補(bǔ)償后電源系統(tǒng)的頻率特性要求
12.6.4控制器(補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò))的類型
12.6.5比例-積分(PI)控制器
12.6.6增設(shè)單極點(diǎn)、單零點(diǎn)的PI網(wǎng)絡(luò)
12.6.7增設(shè)雙極點(diǎn)、雙零點(diǎn)PI補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)
12.7 頻域設(shè)計(jì)(綜合)
第13章 集成電力電子模塊(IPEM)綜述
13.1 集成電力電子模塊(IPEM)技術(shù)的提出
13.2 國際電力電子界研究開發(fā)IPEM的現(xiàn)狀
13.2.1美國PEBB計(jì)劃
13.2.2美國電力電子系統(tǒng)中心的建立和IPEM計(jì)劃
第14章 磁路及集成磁件
14.1 磁路的基本概念和基本定律
14.2 電感器和變壓器的磁路模型
14.2.1磁心電感的磁路模型
14.2.2磁心線圈的電路模型
14.2.3開氣隙單線圈磁心電感器的磁路模型
14.3 具有耦合電感的開關(guān)變換器的磁路電路分析
14.4 具有集成磁件的開關(guān)變換器的磁路電路分析
14.5 集成磁件的基本綜合方法
14.6 電感器和變壓器的設(shè)計(jì)方法
14.6.1電感器的設(shè)計(jì)
14.6.2變壓器的設(shè)計(jì)
14.6.3電感器和變壓器設(shè)計(jì)舉例
第15章 開關(guān)變換器電路的對偶分析
15.1 平面電路的對偶性質(zhì)
15.2 開關(guān)變換器的基本對偶關(guān)系
15.2.1導(dǎo)通比的對偶關(guān)系
15.2.2半導(dǎo)體開關(guān)元件的對偶規(guī)則
15.2.3開關(guān)變換器的對偶
15.3 直流隔離開關(guān)變換器的對偶
15.3.1理想變壓器的對偶元件
15.3.2全耦合變壓器模型的對偶
15.3.3單端正激開關(guān)變換器的對偶
15.3.4單端反激開關(guān)變換器的對偶
15.3.5多路輸出反激開關(guān)變換器的對偶
15.4 開關(guān)變換器的雙向變換
15.5 PWM開關(guān)變換器小信號線性等效電路的對偶分析

圖書封面

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