零起点学开关电源设计——提高篇.pdf

零起点学开关电源设计（提高篇）周志敏纪爱华编著内 容 简 介本书为 零起点学开关电源设计系列图书的“提高篇”。在内容的编写上，本书以开关电源功率因数校正电路、软开关控制技术为核心内容；在写作上，本书结合了国内外开关电源功率因数校正技术、软开关控制技术的应用和发展，全面系统地阐述了开关电源功率因数校正电路、软开关控制技术的最新应用技术。全书共 5章，重点讲述了开关电源功率因数校正电路、功率因数校正电路控制器、功率因数校正电路设计实例、软开关控制技术、开关电源软开关控制器及软开关变换器的设计等内容。本书题材新颖实用，内容丰富，深入浅出，文字通俗，具有很高的实用价值。本书可供电信、信息、航天、军事及家电等领域从事开关电源开发、设计和应用的工程技术人员，以及高等学院和职业技术学院的相关专业的师生阅读参考。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（C I P）数据零起点学开关电源设计.提高篇/周志敏，纪爱华编著.北京：电子工业出版社，2 0 1 3.1I S B N9 7 8-7-1 2 1-1 9 1 3 4-3.零.周 纪.开关电源-设计.T N 8 6中国版本图书馆 C I P数据核字（2 0 1 2）第 2 8 6 7 0 0号策划编辑：富军责任编辑：谭丽莎印刷：装订：出版发行：电子工业出版社北京市海淀区万寿路 1 7 3信箱邮编1 0 0 0 3 6开本：7 8 7 1 0 9 2 1/1 6 印张：1 8.7 5 字数：4 7 7千字印次：2 0 1 3年 1月第 1次印刷印数：4 0 0 0册定价：4 5.0 0元凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（0 1 0）8 8 2 5 4 8 8 8。质量投诉请发邮件至 z l t s p h e i.c o m.c n，盗版侵权举报请发邮件至 d b q q p h e i.c o m.c n。服务热线：（0 1 0）8 8 2 5 8 8 8 8。前言随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性。目前，对电源的要求越来越灵活多样，如电子设备的小型化和低成本化使得电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。目前，我国通信、信息、家电、国防等领域的电子设备电源普遍采用了高频开关电源，它已成为具有发展前景的一项高新技术产品。高频开关电源具有高集成度、高性能比、低损耗、高效率、电路简洁、工作更加可靠、最佳的性能指标等特点，使其得以广泛应用。高频开关电源的开发、研制、生产已成为发展前景十分诱人的朝阳产业。在全球倡导节能环保、提高能效的背景下，开关电源的设计正面临着前所未有的挑战。开关电源功率因数校正（P o w e r F a c t o r C o r r e c t i o n，P F C）技术和软开关控制技术已成为提高开关电源效率、减少电网污染的核心技术，为此，本书结合国内外开关电源的 P F C技术和软开关控制技术的发展动向，系统地介绍了它们的最新应用技术。本书尽量做到有针对性和实用性，通俗易懂和结合实际，使得从事开关电源 P F C技术和软开关控制技术开发、设计、应用的技术人员从中获益。读者可以此为“桥梁”，系统、全面地了解和掌握开关电源的设计和应用技术。参加本书编写的有周志敏、纪爱华、周纪海、纪达奇、刘建秀、顾发娥、刘淑芬、纪达安、纪和平等。本书在写作过程中，从资料的收集到技术信息交流都得到了国内外的专业学者和同行的大力支持，在此对他们表示衷心的感谢。由于时间仓促，加上作者水平有限，书中难免存在错误之处，敬请广大读者批评指正。编著者目录第 1章开关电源功率因数校正电路1?1.1 功率因数定义及校正技术1?1.1.1 功率因数的定义及谐波1?1.1.2 功率因数校正技术8?1.2 无源功率因数校正技术1 4?1.2.1 无源功率因数校正电路1 4?1.2.2 改进型无源功率因数校正电路1 7?1.2.3 单相无源功率因数校正整流电路拓扑2 1?1.3 有源功率因数校正（A P F C）电路2 5?1.3.1 A P F C主电路结构2 5?1.3.2 单级 A P F C技术3 5?1.3.3 基于 F l y b o o s t 模块的新型单级 A P F C电路4 2?1.3.4 恒功率控制的单级 A P F C电路4 7?1.4 三相 P F C电路5 0?1.4.1 三相 P F C的典型电路5 1?1.4.2 三相多开关 P F C电路5 6?1.4.3 单相 P F C组合构成三相 P F C的电路拓扑6 5?1.4.4 多相交叉升压组合电路6 6?1.4.5 三相单开关 P F C拓扑结构7 0?1.4.6 单开关三相高功率因数、低谐波整流器7 4?第 2章功率因数校正电路控制器7 8?2.1 功率因数校正控制技术7 8?2.1.1 功率因数校正控制方法7 8?2.1.2 功率因数校正电路控制器9 0?2.1.3 主频同步控制 P F C电路1 0 1?2.1.4 输入电流间接控制的 A P F C电路1 0 3?2.2 U C/U C C系列 P F C集成控制器1 0 6?2.2.1 U C 3 8 5 2P F C集成控制器1 0 6?2.2.2 U C 3 8 5 4P F C集成控制器1 0 8?2.2.3 U C C x 8 5 0 xP F C/P WM组合控制器1 1 5?2.2.4 T D A 1 6 8 8 8P F C集成控制器1 2 0?2.2.5 M L 4 8 2 4 复合 P F C/P WM控制器1 2 3?2.2.6 F A 5 3 3 1 P（M）/F A 5 3 3 2 P（M）P F C集成控制器1 2 6?2.2.7 N C P 1 6 5 0P F C集成控制器1 2 9?2.2.8 H A 1 6 1 4 1P F C/P WM集成控制器1 3 3?2.2.9 C M 6 8/6 9 x xP F C/P WM集成控制器1 3 6?第 3章功率因数校正电路设计实例1 4 2?3.1 单级 P F C变换器的设计实例1 4 2?3.2 具有 P F C的蓄电池充电器设计实例1 4 8?3.3 2 0 0 k H z/2 0 0 W高效环保开关电源的设计实例1 5 1?3.4 8 0 W/1 5 0 W/5 0 0 W高效环保开关电源的设计实例1 5 5?3.5 基于 N C P 1 6 5 0/1的 P F C电路设计实例1 7 0?第 4章软开关控制技术1 8 7?4.1 软开关技术1 8 7?4.1.1 软开关及软开关电路分类1 8 7?4.1.2 典型的软开关电路的工作原理1 9 1?4.1.3 无源软开关技术1 9 4?4.2 软开关变换器电路1 9 5?4.2.1 无源软开关变换器1 9 5?4.2.2 无损缓冲双管串联单正激电路1 9 8?4.2.3 准谐振软开关反激变换器2 0 1?4.2.4 半桥不对称 P WM控制变换器2 0 3?4.2.5 正激式 Z V T-P WM功率变换器电路分析2 0 6?4.2.6 零电流、零电压开关交错并联双管正激变换器2 0 8?4.2.7 零转换 P WM变换器2 1 2?4.2.8 推挽工作模式软开关 D C/D C变换器2 1 6?4.2.9 Z V S-P WM全桥 D C/D C变换器2 2 1?4.2.1 0 有限双极性控制 Z V Z C SP WM全桥变换器2 2 7?4.2.1 1 单相 B o o s t 型软开关 P F C电路2 3 0?第 5章开关电源软开关控制器及软开关变换器的设计2 4 1?5.1 高频开关电源软开关控制器2 4 1?5.1.1 U C 3 8 7 5 软开关控制器2 4 1?5.1.2 U C C 2 8 9 X系列芯片的原理及应用2 4 3?5.1.3 U C C 3 8 9 5 软开关控制器2 4 5?5.2 高性能软开关 P F C电路的设计2 4 8?5.2.1 P F C主电路的设计2 4 8?5.2.2 P F C控制电路的设计2 5 3?5.2.3 U C 3 8 5 2 控制的 A P F C应用电路设计2 5 7?5.2.4 两相 Z V T-P WM D C/D C变换器的设计2 6 1?5.3 三电平软开关变换器2 6 6?5.3.1 三电平软开关技术2 6 6?5.3.2 改进型零电压开关 P WM三电平直流变换器2 7 1?5.3.3 采用变压器次级辅助绕组的软开关 P WM三电平变换器2 7 4?5.3.4 多谐振软开关三相高功率因数整流器2 7 7?5.3.5 三相降压式准谐振 P F C电路2 8 2?参考文献2 8 7?书书书第章开关电源功率因数校正电路1.1 功率因数定义及校正技术1.1.1 功率因数的定义及谐波电源设计一直是一个极富挑战性的工作，随着许多传统的难题得以解决，一些有关电源效率的规范和要求的标准将再次迎接新的挑战。电源效率的规范和标准的第一个阶段已经开始，即降低待机能耗（低负载状态）。下一个阶段的任务将更艰巨，就是提高工作状态下电源的效率。在美国国家环保局“能源之星”（E n e r g yS t a r）计划及中国中标认证中心（C E C P）的推动下，世界各地正在公布有关电源工作效率的新能效标准。这些更有挑战性的标准将需要电源厂商及其供应商（包括半导体供应商）的共同努力，以提供能符合这些新要求的解决方案。在上述发展趋势中，I E C 1 0 0 0-3-2标准对功率因数校正（P F C）或降低谐波电流提出了强制要求，为此，近年来在电源结构方面发生了较大的变化。随着所有设备的功率不断增大，以及降低谐波电流的标准不断普及，越来越多的电源设计已经开始采用 P F C电路。设计人员因此面临这样一个难题，即既要在产品中采用合适的 P F C电路，也要满足降低待机能耗、提高工作效率和 E M I 限制等高效指标的要求。功率因数校正解决方案的选择范围包括无源电路及各种有源电路。因为应用的功率水平和其他参数不同，所以解决方案也会有所不同。近年来，随着分立半导体元件的发展和更低价格的控制 I C上市，进一步拓宽了有源功率因数校正解决方案的适用范围。在评估功率因数校正解决方案时，重要的是要把整个系统的实施成本和性能结合起来进行综合评估。1.提高功率因数的意义意义提高功率因数是节能的要求；提高功率因数是提高电能质量，保证电力系统安全、稳定运行的要求；提高功率因数是各国限制电网谐波标准的要求。1）提高功率因数是节能的要求功率因数的大小意味着在视在功率相同的情况下，所能提供给负载有功功率的大小。若将功率因数从0.6 5提高到0.9 0，容量为1 0 0 0 k V A的发电机可带负载功率便会由 6 5 k V A增加到 9 0 k V A。由此可见，提高功率因数能更充分地利用发电机设备的容量。功率因数低，不仅浪费能源，而且会使供电线路上的电流增加，损耗增大，同时还存在火灾隐患。2）提高功率因数是提高电能质量，保证电力系统安全、稳定运行的要求近年来，电流波形失真已经继相移因数成为第二个导致功率因数低的主要原因。大量高次谐波电流涌入各级电网，会造成公用电网的电压波形产生失真、三相电压不对称及电压波动和闪变，严重威胁电网和各种用电设备的安全、经济运行。3）提高功率因数是各国限制电网谐波标准的要求我国及其他许多国家均制定、颁发了控制和限制电力系统谐波的标准，其目的主要是为了控制电网中的电压和电流波形失真在允许范围内，保护用电设备的安全运行，减少电网污染对用电设备造成的干扰。功率因数校正电路对离线电源的输入电流波形进行整形，以使从电源吸取的有功功率最大化。在理想情况下，负载应该表现为一个纯电阻负载，此时负载吸收的反射功率为零。在