目錄

第1章開關電源技術概述

1.1開關電源範疇

1.1.1“開關”的含義

1.1.2開關電源的定義

1.2開關電源的發展歷程

1.3線性穩壓電源與開關電源

1.3.1線性穩壓電源

1.3.2開關電源

1.3.3開關電源的優點

1.4開關電源的技術指標

1.4.1電氣輸入技術指標

1.4.2電氣輸出技術指標

1.5開關電源的發展及趨勢

習題

第2章開關電源常用器件及開關管驅動電路

2.1特殊電阻

2.1.1壓敏電阻

2.1.2熱敏電阻

2.2電容

2.2.1陶瓷電容

2.2.2薄膜電容

2.2.3電解電容

2.3共模電感與磁珠

2.3.1共模電感

2.3.2磁珠

2.4功率二極管

2.4.1快恢復功率二極管

2.4.2肖特基二極管

2.4.3碳化硅二極管

2.5功率MOSFET

2.5.1功率MOSFET的主要參數

2.5.2輸出特性

2.5.3開關特性

2.5.4碳化硅MOSFET

2.6IGBT

2.6.1轉移特性

2.6.2輸出特性

2.6.3開關特性

2.7驅動電路

2.7.1光耦TLP250

2.7.2IR2110與IRS21864

2.7.3M57962L

習題

第3章開關電源中的基本電路拓撲

3.1非隔離型基本電路

3.1.1降壓型(Buck)電路

3.1.2升壓型(Boost)電路

3.1.3升降壓型(BuckBoost)電路

3.1.4丘克(Cuk)電路

3.2隔離型基本電路

3.2.1反激型(Flyback)電路

3.2.2正激型(Forward)電路

3.2.3半橋型(Halfbridge)電路

3.2.4全橋型(Fullbridge)變換器

3.2.5推挽型(PushPull)電路

習題

第4章三電平變換器

4.1Buck三電平變換器

4.1.1BuckTL變換器的工作模式

4.1.2變換器在兩電平工作模式(D<0.5)時的數量關繫

4.1.3變換器在三電平工作模式(D>0.5)時的數量關繫

4.1.4MATLAB/Simulink仿真驗證

4.2Boost、BuckBoost、Cuk三電平變換器

4.3隔離式三電平變換器

4.3.1隔離式正激變換器的三電平電路

4.3.2半橋、全橋式三電平變換器電路

習題

第5章軟開關技術

5.1什麼是軟開關技術

5.2軟開關技術的分類

5.3無源吸收電路

5.3.1RCD關斷吸收電路

5.3.2RLD開通吸收電路

5.4零電壓準諧振變換器

5.4.1零電壓準諧振變換器的工作原理

5.4.2零電壓準諧振變換器的仿真驗證

5.5LC串聯諧振變換器

5.5.1fs<0.5fr時的工作原理

5.5.20.5fr

5.5.3fs>fr時的工作原理

5.5.4LC串聯諧振變換器的仿真驗證

5.6LC並聯諧振變換器

5.6.1fs<0.5fr時的工作原理

5.6.20.5frfr時的工作原理

5.6.3LC並聯諧振變換器的仿真驗證

5.7LLC諧振變換器

5.7.1LLC諧振變換器的工作原理

5.7.2LLC諧振變換器的輸出特性

5.7.3LLC諧振變換器的仿真驗證

5.8移相全橋零電壓開關PWM變換器

5.8.1移相全橋零電壓開關PWM變換器的工作原理

5.8.2移相全橋零電壓開關PWM變換器的仿真驗證

5.8.3移相全橋零電壓開關PWM變換器的優點和缺點

習題

第6章開關電源的控制方式

6.1電壓控制方式

6.1.1電壓控制方式的基本原理

6.1.2電壓控制型開關電源的仿真

6.1.3電壓控制型開關電源的優點和缺點

6.2峰值電流控制方式

6.2.1峰值電流控制方式的基本原理

6.2.2峰值電流控制型開關電源的仿真

6.2.3峰值電流控制型開關電源的優點和缺點

6.3平均值電流控制方式

6.3.1平均值電流控制方式的基本原理

6.3.2平均值電流控制型開關電源的仿真

6.3.3平均值電流控制型開關電源的優點和缺點

6.4滯環電流控制方式

6.4.1滯環電流控制方式的基本原理

6.4.2滯環電流控制型開關電源的MATLAB/Simulink仿真

6.4.3滯環電流控制型開關電源的優點和缺點

習題

第7章變換器中變壓器和電感器的設計

7.1磁路及其基本定律

7.1.1磁路的基本物理量

7.1.2磁路的基本定律

7.2磁滯回線

7.3鐵心的工作狀態

7.3.1第Ⅰ類工作狀態

7.3.2第Ⅱ類工作狀態

7.3.3第Ⅲ類工作狀態

7.4常用的高頻鐵心軟磁材料及其性能

7.4.1硅鋼片

7.4.2鐵鎳軟磁合金

7.4.3非晶態合金和微晶合金

7.4.4軟磁鐵氧體

7.4.5磁粉心

7.4.6軟磁材料的選取原則

7.5電感器的設計

7.5.1電感器基本關繫

7.5.2加氣隙電感器的設計

7.5.3采用磁粉心電感器的設計

7.5.4反激型變換器儲能電感的設計

7.6變壓器的設計

7.6.1變壓器基本關繫

7.6.2變壓器的設計

習題

附錄7.1新康達EE型鐵心尺寸

附錄7.2高強度漆包線規格

第8章開關電源的閉環穩定和校正

8.1繫統穩定的概念

8.1.1繫統的穩定性

8.1.2電路穩定的增益準則

8.2常用反饋調節器電路及其數學關繫

8.2.1常用反饋調節器電路

8.2.2伯德圖中的數學關繫

8.3開關電源輸出特性

8.3.1LC濾波型開關電源電路輸出特性

8.3.2C濾波型開關電源電路輸出特性

8.4補償調節器的設計

8.4.1LC濾波型開關電源電路反饋調節器的設計

8.4.2C濾波型開關電源電路反饋調節器的設計

習題

第9章開關電源的應用

9.1大功率鉛酸蓄電池充電器的技術要求

9.2主電路的設計

9.2.1整流濾波電容C1、C2的選取

9.2.2變壓器的設計

9.2.3濾波電感與濾波電容的設計

9.2.4開關管、二極管的選擇

9.3控制電路的設計

9.3.1控制環路的設計

9.3.2啟動延時電路

9.3.3驅動電路

9.3.4保護電路

9.3.5輔助電源以及共地的相關說明

習題

附錄A“開關電源及技術”課程設計

參考文獻 

前言

開關電源在各行各業都得到了廣泛的應用，如發展迅猛的新能源發電、航空航天、工業生產、民用家電行業等領域。近年來，碳化硅、氮化鎵等新型器件在開關電源中的應用進一步提升了開關電源的性能，其應用範圍得到了進一步的拓展。

開關電源技術是電力電子技術的一個組成部分。電氣信息類、自動化類專業均會開設“電力電子技術”課程，在“電力電子技術”課程的學習過程中，學生已經掌握了開關電源的初步知識，但目前“電力電子技術”課程側重於概念和原理的介紹，缺乏對開關電源分析設計流程的具體指導與實踐。近年來，*重點支持應用型本科高校的發展，其中一項重要任務就是培養本科生的動手能力。獨立設計開關電源，需要繫統掌握開關電源的工作原理、功率器件選擇件設計、控制電路設計等知識。已有的開關電源技術的書籍絕大部分面向工程技術人員編寫，需要相當的工程技術實踐經驗，這些書籍對本科生而言有相當難度。作者編著本書就是面向電氣信息類、自動化類專業本科生學習開關電源的需求，通過本書的學習，本科生能夠掌握開關電源設計的基本理論，設計出滿足相關技術指標的開關電源。

本書力圖采用清晰簡潔的語言介紹開關電源的基本原理，采用MATLAB/Simulink或Saber軟件進行開關電源建模，通過仿真幫助學生深入理解開關電源的工作原理，後通過案例設計進一步深化對開關電源各環節的理解，使之成為一個整體繫統。

本書共分9章，第1章介紹開關電源的基本概念、範疇以及發展趨勢；第2章介紹開關電源中常用器件； 第3章介紹開關電源中的基本變換器電路，並采用仿真結果輔助理解變換器的工作原理； 第4章介紹三電平變換器； 第5章介紹常用的軟開關技術； 第6章介紹開關電源常見的控制方法； 第7章介紹開關電源中件的設計； 第8章介紹開關電源的閉環與穩定性校正； 第9章通過大功率電池充電器的設計來完整理解前述各章節，使各知識點得到進一步深入的理解。

本書第2章、第5章由葉遠茂教授編寫，第4章由吳鼕春副教授編寫，其餘各章節由闞加榮編寫。在編寫過程中，感謝廣東技術師範大學張先勇老師提供的相關資料。

南京航空航天大學謝少軍教授在百忙之中仔細審閱了全部書稿，對本書質量的提高提出了許多有益的建議，在此表示衷心的感謝。

本書的出版得到鹽城工學院和清華大學出版社的大力支持，南京農業大學的研究生朱偉同學為本書的插圖花費了大量精力，清華大學出版社的文怡老師為本書的出版做了大量工作，在此一並致謝。

由於作者水平有限，書中難免存在不足與錯誤之處，敬請廣大讀者批評指正，在此表示衷心感謝！

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作者

2019年12月