高频功率开关变换技术

序

前言

第1章 电力电子技术的发展和展望

1.1 电力电子技术40年进展的标志

1.2 分布式电源结构

1.3 高频磁性元件和磁技术

第2章 DC-DC PWM变换器的电路拓扑

2.1 DC-DC PWM变换器的组成和基本原理

2.2 DC-DC PWM变换器的基本电路

2.3 开关变换器的等效电路

2.4 开关变换器的对偶

2.5 隔离式DC-DC PWM变换器

第3章 开关电源的吸收电路

3.1 吸收电路的作用

3.2 吸收电路的类型

3.3 关断吸收电路

3.4 开通吸收电路

3.5 组合吸收电路

3.6 LCD吸收电路

第4章 高频软开关变换器

4.1 谐振变换器

4.2 有源钳位软开关变换技术

4.3 ZS-PWM变换器

4.4 ZT-PWM变换器

4.5 移相控制全桥ZVS-PWM变换器

4.6 PS FB混合ZCZVS-PWM变换器

4.7 广义软开关PWM变换器

第5章 同步整流技术

5.1 肖特基整流管的损耗分析

5.2 同步整流的工作原理和特性

5.3 同步整流的驱动方式

5.4 SR-Buck变换器

5.5 SR-正激变换器

5.6 SR-反激变换器

第6章 开关型功率变换器的控制

6.1 电压型控制

6.2 电流型控制

6.3 电荷控制

6.4 单周控制

6.5 前馈控制

6.6 数字控制（离散控制）

6.7 控制、驱动回路中的隔离方法

第7章 有源功率因数校正技术

7.1 功率因数和功率因数校正

7.2 单相Boost PFC变换器

7.3 APFC的控制方法

7.4 单相反激PFC变换器

7.5 单级单开关PFC变换器

7.6 三相PFC变换器

第8章 电压调整器模块

8.1 VRM的性能要求

8.2 低输入电压的VRM

8.3 高电压输入的VRM

8.4 元件和线路的寄生参数对VRM瞬态特性的影响

第9章 高频开关变换器中的磁性元件

9.1 高频磁心的特性和参数

9.2 磁性材料和磁心结构

9.3 电感

9.4 变压器

9.5 直流脉冲电流互感器

9.6 高频磁放大器式输出电压调节器

第10章 DC-DC变换器并联系统的均流技术

10.1 开关变换器的关联

10.2 下垂法

10.3 主从均流法

10.4 自动均流法

10.5 热应力自动均流法

10.6 民主均流法

第11章 开关功率变换器的瞬态建模分析

第12章 开关调节器系统的频域分析与综合

第13章 电力电子集成技术和集成电力电子模块

第14章 开关电源中的电磁干扰问题

参考文献2100433B

本书着重论述高频功率开关变换技术的基本原理和分析方法，如开关变换器的基本电路拓外、等效和对偶，吸收电路和软开关技术，高频磁性元件的原理及应用；介绍高频开关变换技术的最新发展，如同步整流、电压调整器模块、磁-后置式调节技术、有源功率因数校正和集成电力电子技术等；分析高频开关变换系统的最新发展，如同步整流、电压调整器模块、磁-后置式调节技术、有源功率因数校正和集成电力电子技术等；分析高频开关变换系统的控制方式、瞬态建模分析和系统综合设计方法；还涉及开关电源的电磁秉性问题。作者力图在本书内反映高频功率开关变换技术的最新发展，同时又兼顾高层次科研开发常用的开关变换器及其系统的分析设计方法。本书可作为电力电子领域的研发和工程技术人员的参考用书，也可作为大学自动化、电机与电器、电力电子与电力传动等专业的教师和研究生的参考书。

《高频开关变换技术教程》系统地论述了基本高频开关功率变换器的工作原理、理论计算过程、各种实际应用及设计方法，让读者能够掌握基本的高频开关功率变换器的设计与计算。在此基础上，《高频开关变换技术教程》还系统地论述了高频软开关技术的工作原理、理论计算和实际工程应用的设计方法。《高频开关变换技术教程》还论述了反馈控制、小信号分析方面的内容，从而让读者能在实际工程应用中掌握小信号、反馈控制的测量、分析和校正方面的技术。作为一本工程技术人员的参考书，《高频开关变换技术教程》还给出了磁性元件、PWM控制芯片等的一些参考图表、数据，供读者设计高频开关功率变换器时参考。《高频开关变换技术教程》可供电子、信息、通信、仪表专业本科、专科学生使用，也可以作为电子工程技术人员的设计参考用书。

本书对软开关功率变换技术进行了较全面详细的讨论，阐述了软开关功率变换器发展过程中各阶段典型电路拓扑的工作原理，并对其工作过程作了详细的理论分析和讨论。本书内容包括:准谐振、多谐振DC-DC变换电路;准谐振PWM DC-DC变换电路;零转换PWM DC-DC变换电路;软开关正激与反激式DC-DC变换电路，软开关全桥DC-DC变换电路;各种直流环节谐振型逆变电路;各种极谐振型逆变电路等。本书对软开关功

第一章 基本开关型变换器主电路拓扑4

第一节 Buck变换器4

一、工作原理4

二、电路各点的波形5

三、主要概念与关系式5

四、稳态特性与元器件参数的量化10

第二节 Boost变换器13

一、工作原理13

二、电路各点的波形14

三、主要概念与关系式15

四、稳态特性分析18

五、起动过程特性分析20

第三节 Buck"para" label-module="para">

一、工作原理20

二、电路各点的波形21

三、主要概念与关系式22

四、优缺点23

五、拓扑分析反号变换器23

第四节 Cuk变换器24

一、电路构成24

二、工作原理25

三、电路各点的波形26

四、主要概念与关系式27

第五节 四种基本变换器的比较29

第二章 变换器中的功率开关器件及其驱动电路32

第一节 开关功率器件32

一、IGFET和IGBT的结构和导电机理32

二、IGBT与IGFET的不同33

第二节 IGFET和IGBT的静特性34

一、输出电压34

二、IGFET和IGBT作为硬开关时的开关特性34

第三节 作为开关使用的二极管36

一、二极管的转态限制了工作频率fs的提高36

二、寄生二极管的作用36

三、几种二极管的比较36

第四节 功率模块37

一、结构37

二、功率模块的可应用性指标38

三、模块的类型38

第五节 开关功率器件的驱动39

一、直接驱动法39

二、隔离驱动法39

三、专用芯片高频脉冲调制驱动法40

第三章 高频开关变换技术中的磁性元件设计41

第一节 磁性材料的基本特性41

一、磁性材料的基本参数41

二、磁心的结构43

三、基本电磁感应定律44

四、高频磁性元件的损耗44

第二节 高频变压器的设计方法48

一、变压器尺寸的确定49

二、变压器的最优效率50

三、磁感应强度摆幅的选择50

四、变压器一次绕组匝数的计算52

五、变压器二次绕组匝数的计算52

六、绕组导线的选择53

七、绕组的排列结构53

八、安全性能要求对变压器的影响55

九、漏感对变压器性能的影响55

第三节 电感的设计方法56

一、电感器的设计方法57

二、扼流圈的设计方法58

第四节 共模电感的设计62

第五节 新型磁性材料63

一、铁镍合金63

二、铁铝合金64

三、非晶态合金64

四、微晶合金64

五、粉心材料65

第四章 输入与输出隔离的各种变换器结构66

第一节 变换器供电电源66

一、概念66

二、VS的整流、滤波电路元器件计算66

第二节 反激变换器69

一、工作原理69

二、变压器的工作特点与设计分析72

三、双管反激变换器73

第三节 正激变换器73

一、正激变换器电路组成、工作原理和波形74

二、正激变换器的变压器带来的问题74

三、技术措施74

四、基本关系式76

第四节 半桥变换器原理与设计78

一、半桥变换器的工作原理78

二、半桥变换器的优缺点81

三、半桥变换器变压器的设计83

第五章 高频开关变换器的软开关技术85

第一节 高频开关变换器的损耗85

第二节 零电流、零电压开关86

第三节 反激变换器的谐振软开关86

第四节 Boost变换器谐振软开关88

第五节 半桥谐振开关变换器91

一、RLC串联谐振基本知识91

二、半桥LLC串联谐振变换器95

第六节 有源钳位软开关技术107

第七节 全桥移相软开关技术111

一、电路原理和各工作模态分析111

二、全桥移相电路零电压开关形成条件114

三、二次侧占空比丢失现象114

第六章 有源功率因数、同步整流、变换器并联技术116

第一节 有源功率因数校正116

一、Boost变换器有源功率因数校正原理117

二、Boost变换器有源功率校正的电流状态118

三、APFC的控制方式119

四、平均电流控制的APFC电路121

五、单周控制的APFC电路122

第二节 同步整流技术124

一、同步整流原理125

二、自驱动同步整流技术126

三、辅助绕组驱动同步整流技术126

四、有源钳位同步整流技术127

五、电压外驱动同步整流技术128

六、应用谐振技术的软开关同步整流技术129

七、正激有源钳位电路的外驱动软开关同步整流技术129

第三节 高频开关变换器的并联均流130

一、输出阻抗法并联均流技术131

二、主/从控制法132

三、平均电流自动均流技术133

四、最大电流法自动均流技术134

五、热应力自动均流技术134

第七章 开关电源的闭环控制136

第一节 开关电源系统的隔离技术136

第二节 PWM开关电源的集成电路芯片137

一、SG3524电压控制型芯片138

二、UC3846/3842电流控制型芯片140

第三节 集成控制芯片的发展142

一、专用芯片在特定的拓扑中的应用142

二、重视实用技术的使用142

三、数字控制143

第四节 状态空间平均法的动态理论和参数143

开关变换器小信号分析143

第五节 伯德图的测量设备及测量方法153

一、开环系统直接注入法153

二、几赫兹以上的开环伯德图测量法154

三、用差分方法确定补偿特性曲线154

第六节 误差放大器反馈网络参数的确定155

第八章 高频开关变换器的保护电路158

第一节 输入浪涌电压158

一、输入浪涌电压的形成及形式158

二、输入浪涌电压抑制元器件159

三、抑制输入浪涌电压的方法162

第二节 输入浪涌电流163

一、输入浪涌电流的产生163

二、输入浪涌电流的抑制方法165

第三节 输入过电压、过电流的保护167

第四节 输出过电压、过电流的保护167

第五节 开关变换器的过热保护168

第六节 开关变换器电磁干扰的防护169

一、开关变换器电磁干扰的产生和测定169

二、开关变换器传导噪声的抑制170

三、开关变换器辐射噪声的抑制173

参考文献175 2100433B