本書以開關電源常見拓撲結構的關鍵元件設計為主線,本著注重基礎、說透原理、面向設計的原則,從實用角度出發,用通俗易懂的語言,由淺入深、系統、詳細地介紹了包括DCDC、 反激、正激、APFC、APFC反激、推挽、硬開關橋式(包括半橋與全橋)、軟開關橋式(包括LLC、LCC、全橋移相式、非對稱半橋)等常用拓撲的工作原理、設計思路以及元件參數的計算過程。本書可作為高等學校電類相關專業開關電源技術課程的教材,也可作為相關工程技術人員的參考書。
本書第一版出版至今已兩年有余,這期間開關電源技術有了長足的進步,同時元器件性能也有了較大的提高,一些新的或未被重視的拓撲逐漸成為主流。例如,在15 W以下的小功率ACDC變換器中,幾乎都采用PSR控制策略的反激變換器,15~50 W的小功率ACDC變換器中,幾乎都采用QR控制策略反激變換器,而基于SSR控制策略的CCM模式反激變換器已逐漸淡出,原因是磁芯體積較大,開關管開通損耗與整流二極管關斷損耗大。在中大功率ACDC變換器中,因傳統硬開關橋式變換器效率不高,已被效率高、輸出功率密度大的LLC諧振變換器、全橋移相式變換器所取代,而傳統硬開關橋式變換器僅用在低壓輸入DCDC變換器中。目前LLC變換器控制技術非常成熟,控制芯片品牌多,選擇余地大,價格不高,使LLC諧振變換器成為輸出功率為50~400 W、采用恒壓輸出方式的DCDC變換器的首選拓撲,而500 W以上的ACDC變換器幾乎都采用全橋移相式拓撲。
隨著設計規律逐漸被電源工程師所掌握,LCC諧振變換器已成為250 W以下中大功率、恒流輸出方式ACDC及DCDC變換器的優選方案。由于硬開關正激變換器效率較低,開關管耐壓要求高,目前只用在輸出電壓很低(如5.0 V以下)、輸出電流很大的ACDC變換器中,出于同樣的原因,推挽變換器也只用在低壓輸入、高壓輸出的DCAC變換器中。面對不可再生能源日漸枯竭、空氣污染日趨嚴重的嚴峻現實,開發和使用LED照明燈具、電動汽車以及可再生能源(如太陽能、風能等)就成為一種必然的選擇,因此高效高可靠小功率ACDC或DCDC變換器 (LED燈具驅動電源、手機充電器等)、大功率ACDC變換器(電動汽車充電器)、雙向DCDC變換器、DCAC逆變器等將是今后相當長的一段時間內開關電源的主流品種。
本書在尊重、吸收讀者意見和建議的基礎上,依據開關電源技術的進步與未來發展趨勢,在保留第一版架構、風格的前提下對原書進行了全面、系統的修改。(1) 精簡、壓縮了第一版的部分內容。(2) 按系統性原則,調整、充實了部分內容。例如,增加了推挽變換器、非對稱半橋、全橋移相式、LCC諧振變換器等常見變換器。(3) 本著面向設計、強化應用的原則,對輸出功率在400 W以內的主流拓撲,如QR反激、APFC、LLC諧振、LCC諧振等變換器的電路組成、工作原理、設計方法、計算步驟進行了詳細介紹,使讀者在理解拓撲工作原理的基礎上掌握相應拓撲的設計技能。(4) 系統地糾正了第一版中不當或存在爭議的提法,盡可能地統一了各章中含義相同或相似參數的符號。
本書共分為14章:
第1~3章主要介紹常見DCDC變換器的工作原理、儲能電感設計方法;
第4章詳細介紹常見反激變換器的電路組成、工作原理、設計方法及計算步驟;
第5章介紹開關電源輸入通道基本單元電路與元件選擇依據;
第6章簡要介紹典型開關變換器控制芯片的特征與功能;
第7章介紹APFC變換器的組成、工作原理以及設計方法;
第8章介紹正激變換器的工作原理及設計方法;
第9章簡要介紹傳統硬開關半橋、全橋以及推挽變換器的電路組成、工作原理;
第10章在簡要介紹諧振變換器的概念、常見諧振變換器的電路組成與工作原理的基礎上,詳細闡述半橋LCC諧振變換器的電路組成、工作原理與設計方法;
第11章簡要介紹同步整流電路的構成與工作原理;
第12章簡要介紹環路補償的必要性、補償原理以及反饋補償網絡的選擇策略;
第13章通過具體實例簡要介紹開關電源PCB設計規則及注意事項;
第14章簡要介紹開關電源涉及的部分重要元器件及材料的基本知識,包括功率器件、電容器、線材等。
本書可作為高等學校相關專業開關電源技術課程的教材或教學參考書,也可作為工程技術人員的參考資料。作為教材使用時,考慮到該課程的特殊性學時短、實踐性強,依靠課后做幾道簡單習題可能無法達到教學目的,需要借助課程設計或大型作業才能使學生深入、系統地掌握相應拓撲的工作原理和設計方法,因此本書提供了課程設計或大型作業(可到西安電子科技大學出版社網站下載)。
本書由廣東工業大學潘永雄編著。明緯(廣州)電子有限公司李楠工程師參與了本書內容的規劃工作,提出了許多寶貴的意見和建議,此外還編寫了書中部分章節,校對了書中的設計實例,廣東工業大學物理與光電工程學院研究生陳林海、李勇等同學對書中大部分實例進行了實驗驗證,在此一并表示感謝。盡管我們力求做到盡善盡美,但因水平有限,書中不當之處在所難免,懇請讀者繼續批評、指正。作 者2018年6月