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开关电源的设计与应用

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  • 日期: 2021-01-22
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标签: 开关电源

开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。

本书全面、系统地介绍了各种开关电源的工作原理、设计方法及其典型应用。内容包括:14种PWM  DC/DC高频开关变换器的基本电路的工作原理、控制技术和设计方法。介绍了高频变换器的吸收电路与软开关技术,高频开关变换器中的磁性元件及其设计与制作工艺,输出同步整流技术、有源功率因数校正技术、高频开关变换器的并联均流技术、热插拔技术;智能功率开关与低输入电压VRM、瞬态建模与分析、频域分析与综合;开关电源的EMC设计、可靠性设计、热设计、优化设计与仿真,以及LED照明驱动器与便携式电子设备低压输入电压变换器等最新应用实例。

前言

  所谓高频开关电源,广义地说,凡是利用功率半导体器件作为开关,将一种电源形态变成另一种电源形态的主电路都叫做开关变换器电路,利用高频脉宽调制(PWM)技术或高频脉冲频率调制(PFM)技术,在转变时通过对开关变换器的自动闭环控制来稳定输出电压,并具有保护与显示环节的,则称为高频开关电源。

  自从20世纪70年代,用高频开关电源取代线性调节器式电源以来,高频开关电源得到了很大的发展。40多年来,高频开关电源的技术进步和发展历程有三大标志:①功率半导体开关器件用功率场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)取代了70年代使用的普通功率晶体管;②高频化PWM与PFM控制技术的应用和软开关技术的应用;③开关电源系统集成技术的应用。现代的高频开关电源技术是发展最快、应用最广泛的一种电力电子电源技术。可以说,凡是用电的电子设备没有不用开关电源的,如家用电器中的电视机、个人计算机、音响设备、日光灯镇流器、医院的医疗设备、通信电源、航空航天电源、UPS电源、变频器电源、交流电动机的变频调速电源、便携式电子设备的电源等,都要使用高频开关电源。它的应用面之广、应用数量之大是任何电力电子电源都无法比拟的。由于高频开关电源的应用面最广、应用的数量多,因而从事高频开关电源研发的工程科技人员也是最多的。由于读者面广,所以有关高频开关电源的科技图书也出版得较多。但根据读者的反映,能够全面系统地介绍现代高频开关电源技术与设计应用的书却不多,特别是能反映近几年高频开关电源最新技术的书籍更少。电子工业出版社根据读者要求,准备出版一部能够全面系统地反映现代高频开关电源最新技术成就,而且又便于实际设计应用的书,并把这个任务委托给我来完成。我查阅了2000年以来在《电源技术应用》、《电源世界》、中国电源学会全国电源技术年会论文集,以及各出版社出版的有关开关电源的书籍,取其精华编辑成此书。其中,反映了对高频开关电源理论作出贡献的蔡宣三教授、张占松教授、黄济青教授、阮新波教授等人的成就,在此说明并深表感谢!

  本书特点:①全面系统地介绍了现代高频开关电源的最新技术成就,如软开关技术、同步整流技术、有源功率因数校正技术、并联系统的均流技术与热插拔技术、瞬态建模分析、频域分析与综合、最优设计与仿真等;②实用性强,根据本书的内容,可以对各种不同要求、不同类型的高频开关电源进行研发设计。书中介绍了各种不同类型高频开关电源的设计方法与制作工艺,其中包括可行设计、仿真设计和最优设计。特别是对高频开关变压器与电感器的设计及绕制,书中分别介绍了两种设计方法及实际设计计算实例,以及平面变压器的设计等。

  本书共有16章。

  第1章引论,介绍了高频开关电源的诞生、结构和定义,高频化的进程与发展趋势。

  第2章介绍了PWM  DC/DC变换器,包括PWM  DC/DC变换器的基本电路类型及其等效电路,各基本电路之间的对偶关系、演化与级联。

  第3章介绍了PWM  DC/DC变换器的原理及基本电量关系,连续工作模式与断续工作模式,正激与反激、半桥与全桥、隔离式与非隔离式等。

  第4章介绍了高频开关变换器的吸收电路与软开关技术,如ZVS与ZCS等。

  第5章介绍了有源钳位技术与移相控制ZVS  PWM变换器。

  第6章介绍了高频开关变换器中的磁性元件,包括变压器、直流脉冲互感器与电感器的原理、功能与设计及绕制方法。

  第7章介绍了高频开关变换器的输出同步整流技术。

  第8章介绍了有源功率因数校正技术及PFC整流器的SPWM节能控制。

  第9章介绍了高频开关变换器的控制电路与驱动电路。

  第10章介绍了开关电源设计中的两项新技术、智能开关与低输入电压或高输入电压的VRM。

  第11章介绍了高频开关电源并联的均流技术与热插拔控制芯片ISL6140。

  第12章介绍了开关电源的瞬态建模与分析。

  第13章介绍了开关电源的频域分析与综合。

  第14章介绍了开关电源的EMC设计、可靠性设计、热设计和最优设计与仿真的方法。

  第15章介绍了开关电源的可行设计、最优设计和仿真设计的实际应用举例、与开关电源的封装设计。

  第16章介绍了电子镇流器、LED照明驱动器、便携式电子设备的低压输入变换器的原理与设计,并增加了凌特公司变换器的内容。

  从以上的内容介绍可知,现代高频开关电源技术所涉及的内容是十分复杂与广泛的,它横跨了三个学科:微电子学的智能化专用集成电路芯片、快速高性能的功率半导体开关器件和磁性器件如变压器、电感器所用磁芯材料及绕制工艺。开关电源已经广泛地应用在国民经济和人类生活的各个领域,对开关电源使用的要求越来越严格。因而促使开关电源技术的发展速度越来越快,但是相关图书的出版总是落后于技术的发展。此外,不少的文献资料由于某些原因可能会被遗漏而没有反映在参考文献中,已被吸入到书中的内容也可能会有不足和错误之处,敬请广大的读者批评指正,作者在此表示衷心的感谢!

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