现代电源技术 教程
1 现代电源技术 教程
参考教材: 开关电源实用技术 设计与应用 周志敏周纪海编著 人民邮电出版社 新型智能开关电源技术 刘贤兴李众李捷辉编著 机械出版社
2 参考教材： 开关电源 实用技术 设计与应用 周志敏 周纪海 编著 人民邮电出版社 新型智能开关电源技术 刘贤兴 李众 李捷辉 编著 机械出版社
教程的目的与要求 现代电源技术是一门涉及众多学科的的复杂技术,应用 领域很广,是电力电子从业人员必修的一门课程 修完该课程应达到以下基本要求 1,了解电源技术的现状,发展,及研究热点 2,熟悉电源关键器件特性类型及应用 3,掌握电源各种先进技术 ,学会简易电源的设计方法,安装及调试技能 5,学会计算机软件仿真,分析方法 成绩评定 总成绩=理论分+实践分(包含平时分) 课程内容安排
3 教程的目的与要求： 现代电源技术是一门涉及众多学科的的复杂技术，应用 领域很广，是电力电子从业人员必修的一门课程 修完该课程应达到以下基本要求 1，了解电源技术的现状，发展，及研究热点 2，熟悉电源关键器件特性类型及应用 3，掌握电源各种先进技术 4，学会简易电源的设计方法，安装及调试技能 5，学会计算机软件仿真，分析方法 成绩评定： 总成绩＝理论分＋实践分（包含平时分） 课程内容安排
第一章现代电源技术概述 电源技术的现状与发展 1-1-1功率半导体技术的现状与发展 1-1-2电源技术的新进展 电源的构成及特点 1-2-1现代电源的构成原理及特点 1-2-2开关电源的分类 1-3电源主要参数分析 第二章电源中的电力电子器件与基础电路 电力电子器件 基础电路 2-2-1EM滤波电路 2-2-2整流与滤波电路 2-2-3功率变换电路 2-2-4控制与驱动电路 2-2-5保护电路
4 第一章 现代电源技术概述 1－1 电源技术的现状与发展 1-1-1 功率半导体技术的现状与发展 1-1-2 电源技术的新进展 1－2 电源的构成及特点 1-2-1 现代电源的构成原理及特点 1-2-2 开关电源的分类 1-3 电源主要参数分析 第二章 电源中的电力电子器件与基础电路 2－1 电力电子器件 2－2 基础电路 2-2-1 EMI滤波电路 2-2-2 整流与滤波电路 2-2-3 功率变换电路 2-2-4 控制与驱动电路 2-2-5 保护电路
第三章现代电源领域新技术 PFC技术 同步整流技术 3-3软开关技术 3-4高频磁技术 3-5均流技术 3-6DC/DC变换技术 第四章电源中的电子变压器 4-1变压器的设计与计算 4-2变压器的典型应用 第五章开关电源电磁兼容性所涉及的内容 5-1EMI产生的形式 5-2EMS的测量 5-3雷电产生的EMP 5-4FSD的性能指杉 第六章开关电源的设计与应用
5 第三章 现代电源领域新技术 3－1 PFC技术 3－2 同步整流技术 3－3 软开关技术 3－4 高频磁技术 3－5 均流技术 3－6 DC/DC变换技术 第四章 电源中的电子变压器 4－1 变压器的设计与计算 4－2 变压器的典型应用 第五章 开关电源电磁兼容性所涉及的内容 5－1 EMI产生的形式 5－2 EMS的测量 5－3 雷电产生的EMP 5－4 ESD的性能指标 第六章 开关电源的设计与应用
第一章现代电源技术概述 1现代电源技术的现状与发展 现状:溶入先进的电路技术一PFC技术,同步整流技术, 软开关技术高频磁技术,均流技术,DC/DC技术 先进的半导体技术一PIC器件,模块器件 PWM/ MOSFET复合IC功率开关 智能模块IPM 如: TOPSwitch系列仙童1M系列 ST的 VIPer系列三星公司KA系列 水平:效率一高达93%稳压精度一0。5 功率因数一单相0。97-0。999 噪声电压一宽频噪声,衡重噪声 发展方向:高效率,小型化,集成化,智能化高可靠性
6 第一章 现代电源技术概述 1－1 现代电源技术的现状与发展 现状：溶入先进的电路技术－PFC技术，同步整流技术 ， 软开关技术 高频磁技术，均流技术，DC/DC技术 先进的半导体技术－PIC器件，模块器件 PWM/MOSFET复合IC功率开关 智能模块 IPM 如：TOPSwitch系列 仙童1M系列 ST的VIPer 系列 三星公司KA系列 水平： 效率－高达93％ 稳压精度－ 0。5 功率因数 －单相 0。97－0。999 噪声电压－宽频噪声，衡重噪声 发展方向：高效率，小型化，集成化，智能化高可靠性
1-1-1功率半导体技术新进展 功率开关器件发展阶段 50年代 60年代 70年代 80年代 90年代 可控硅SCR快速晶闸管可关断晶闸管GTO1高压GTC 大容量大功率高性能 (晶闸管) 2 IGCT 省吸收与IGBT结合 3 MCT 优势互补 (MOS晶闸管) 电力晶体管GTR 1 IGBT 1高速IGBT 2功率 MOSFET 2低电荷功率 MOSFET 水平:SCR--80004/12KV光控SCR---40008KV快速SCR-800A/2KV/20KHZ GTR-800A/1800V/2KHZ,600A/1400V/5KHZ,3A/600V10KHZ 功率 MOSFET--60V/200A/2MZ500/50A/100KHZ IGBT1, UIGBT-满足低电压驱动和表面 7
7 1-1-1 功率半导体技术新进展 功率开关器件发展阶段 50年代 60年代 70年代 80年代 90年代 可控硅 SCR 快速晶闸管 可关断晶闸管GTO 1 高压GTO 大容量大功率高性能 （晶闸管） 2 IGCT 省吸收与IGBT结合 3 MCT 优势互补 （MOS晶闸管） 电力晶体管GTR 1 IGBT 1 高速IGBT 2 功率MOSFET 2低电荷功率 MOSFET 水平： SCR ---8000A/12KV 光控SCR-----4000A/8KV 快速SCR-----800A/2KV /20KHZ GTR---800A/1800V/2KHZ ,600A/1400V/5KHZ ,3A/600V100KHZ 功率MOSFET-----60V/200A/2MHZ 500V/50A/100KHZ IGBT 1，UIGBT----满足低电压驱动和表面 ◼ ◼ ◼
功率二极管的发展 PIN功率二极管 SBD肖特基势垒功率二极管 耐高压,大电流, 极高的开关频率 低泄漏电流低导通损耗 开关频率不高 不适于高电压大电流的应用 POWER-IC器件的发展 PWM/ MOSFET二合一IC集功率开关,控制电路,保护电路与一体, 性价比较高 TOPS wich系列二合一功率 IC TOP220,TOP230,TOP250, 仙童公司 5L系列03801M系列080 广泛应用于小家电,通讯设备等 IGBI功率模块复合功率模块PIM智能功率模块IPM电力模块IEM 电力电子模块PEEB 水平 1200-1800A 600A 1800-3300V 2000V
8 功率二极管的发展 PIN功率二极管 SBD肖特基势垒功率二极管 耐高压，大电流， 极高的开关频率 低泄漏电流低导通损耗 开关频率不高 不适于高电压大电流的应用 POWER-IC 器件的发展 PWM/MOSFET 二合一IC 集功率开关，控制电路，保护电路与一体， 性价比较高。 TOPS wich系列二合一功率IC TOP220, TOP230, TOP250, 仙童公司 5L系列 0380 1M系列 0880 广泛应用于小家电，通讯设备等 IGBT功率模块 复合功率模块PIM 智能功率模块IPM 电力模块IPEM 电力电子模块PEEB 水平 1200－1800A 600A 1800-3300V 2000V
1-1-2电源领域技术新进展 功率因数校正(PFC)技术 PFC的概念起源于1980年,重视和推广在80年代末,主要制定了IEC555-2,IEC1000-3-2 使得研究PFC术研究成为电源界热点 现在关注:一是二级PFC技术,二是单级PFC技术 同步整流技术 同步整流的概念:当输出为低电压大电流时整流损耗成为功率变换器主要损耗所以提出采 用低导通电阻的 MOSFET进行整流。 同步整流一是通过控制 MOSFET的驱动电路来利用功率 MOSFET实现整流功能的技术 发展:同步整流技术出现得较早,但早期的技术很难转换为产品,这是由于当时驱动 技术不成熟,可靠性不高。经过几年的发展,同步整流技术已经成熟。由于开发成本 的原因,目前只在技术含量较高的开关电源模块中得到应用 优势:同步整流技术提高了电源效率,它同时给电源模块带来了许多新的进步 同步整流技术符合高效节能的要求,适应新一代芯片电压的要求,有着非常广阔的应 用前景。但目前只有较少的公司掌握了该项技术,并且实现的成本也很高,而且还有 很多应用领域未得到开拓。随着用于同步整流的 MOSFET批量投入市场,专用驱动芯片 的出现,以及控制技术的不断完善,同步整流技术将成为一种主流电源技术,逐步应 用于广泛的工业生产领域
9 1-1-2 电源领域技术新进展 功率因数校正（PFC）技术 PFC的概念起源于1980年 ，重视和推广在80年代末，主要制定了IEC555-－2，IEC1000-3-2 使得研究 PFC术研究成为 电源界热点 现在关注：一是二级PFC技术，二是单级PFC技术 同步整流技术 同步整流的概念：当输出为低电压大电流时整流损耗成为功率变换器主要损耗所以提出采 用低导通电阻的MOSFET进行整流。 同步整流－是通过控制MOSFET的驱动电路来利用功率MOSFET实现整流功能的技术 发展：同步整流技术出现得较早，但早期的技术很难转换为产品，这是由于当时驱动 技术不成熟，可靠性不高。经过几年的发展，同步整流技术已经成熟。由于开发成本 的原因，目前只在技术含量较高的开关电源模块中得到应用。 优势：同步整流技术提高了电源效率，它同时给 电源模块带来了许多新的进步。 同步整流技术符合高效节能的要求，适应新一代芯片电压的要求，有着非常广阔的应 用前景。但目前只有较少的公司掌握了该项技术，并且实现的成本也很高，而且还有 很多应用领域未得到开拓。随着用于同步整流的MOSFET批量投入市场，专用驱动芯片 的出现，以及控制技术的不断完善，同步整流技术将成为一种主流电源技术，逐步应 用于广泛的工业生产领域
软开关技术 软开关技术的概念:是利用电容于电感谐振使得开关器件中电流(电压)按 正弦或准正弦规律 变化。当电流过另时,器件关断;当电压过另时,器件开通,实现开关损耗 为另 软开关技术:可分为1,PFM2,PWM3,PS方式 发展动态:自20世纪80年代中期起,采用PWM控制技术的高功率密度DC/DC 变换器模块走进了世界市场。如今,已广泛应用在各种领域中。1997年,在 已经行了将近30年的世界范围的软开关基础理论研究之后,美国Ⅴicor开关电 源公司最先推出了VI-300系列软开关高密度DC/DC产品。第二代产品是以 Ⅴicor公司有专利权的零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)软开关控制 技术为基础,结合了控制集成、封装、铁氧体、噪音和散热技术等方面的最 新成果,产品达到了与理想功率器件极为接近的境地。第二代产品与第一代 产品相比,功率密度增加了两倍,即为120W/in3。第二代产品的出现预示着 它们将是DC/DC变换器未来的主流产品 DC/DC技术 研究热点:低电压大电流高功率DC/DC变换技术,已从前些年的3 V降至现在的1。1V左右,电流目前已可达几十安至几百安。同时, 电源的输出指标,如纹波,精度,效率,欠冲,过冲等技术指标也得 到进一步提高。使得这一分支的研究在当今乃至今后一段时间多将成 为电源的研究热点
10 软开关技术 软开关技术的概念：是利用电容于电感谐振使得开关器件中电流（电压）按 正弦或准正弦规律 变化。当电流过另时，器件关断；当电压过另时，器件开通，实现开关损耗 为另 软开关技术：可分为1，PFM 2, PWM 3 , PS方式 发展动态：自20世纪80年代中期起，采用PWM控制技术的高功率密度DC/DC 变换器模块走进了世界市场。如今，已广泛应用在各种领域中。1997年，在 已经行了将近30年的世界范围的软开关基础理论研究之后，美国Vicor开关电 源公司最先推出了VI－300系列软开关高密度DC/DC产品。第二代产品是以 Vicor公司有专利权的零电流开关（ZCS）和零电压开关（ZVS）软开关控制 技术为基础，结合了控制集成、封装、铁氧体、噪音和散热技术等方面的最 新成果，产品达到了与理想功率器件极为接近的境地。第二代产品与第一代 产品相比，功率密度增加了两倍，即为120W/in3。第二代产品的出现预示着 它们将是DC/DC变换器未来的主流产品。 DC/DC技术 研究热点：低电压大电流高功率DC/DC变换技术，已从前些年的3。3 V降至现在的1。1V左右，电流目前已可达几十安至几百安。同时， 电源的输出指标，如纹波，精度，效率，欠冲，过冲等技术指标也得 到进一步提高。使得这一分支的研究在当今乃至今后一段时间多将成 为电源的研究热点