现代电源技术 教程
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 陈德荣NALL: chen.dra263net 62932399 徐汇:工程馆333 闵行:信控搂508
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 陈德荣 ENALL : chen.d.r@263.net tel: 62932399 徐汇：工程馆 333 闵行：信控 搂 508
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
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 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 1-22开关电源的分类 1-2-3开关电源常用的拓扑结构 1-24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 1电力电子器件 基础电路 2-2-1EM滤波电路 22-2整流与滤波电路 2-3功率变换电路 2-2-4控制与驱动电路 22-5保护电路
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 1-2-3 开关电源常用的拓扑结构 1-2-4 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
电源的构成与分类 1开关电源的基本构成 开关电源的基本电路如图2-1所示 输入回路一将交流输入电压整流成为较平滑的直流高压 功率变换器一将直流高压变换为频率大于20KHZ的高频脉冲电压 整流及滤波电路一将高频脉冲电压转换稳定的直流输出电压 pw^M控制器——将输岀直流电压进行取样控制功率器件的驱动脉冲宽度,从而调整开通时 间以使输出电压可调且稳定 2开关电源的特点 (1)重量轻,体积小采用高频技术,去掉了工频变压器,在同等的输出功率下,体积。 重量可缩减10/1 (2)功率因数高经PFC的开关电源功率因数一般都在0。93以上而且不受负载的变化 影响 (3)可听噪声低在线性电源中,工频变压器及滤波电感产生噪声大于60分贝,而开 关电源仅为45分贝左右
1－2 电源的构成与分类 1 开关电源的基本构成 开关电源的基本电路如图2－1所示 输入回路－将交流输入电压整流成为较平滑的直流高压 功率变换器－将直流高压变换为频率大于20KHZ的高频脉冲电压 整流及滤波电路－将高频脉冲电压转换稳定的直流输出电压 PWM控制器——将输出直流电压进行取样控制功率器件的驱动脉冲宽度，从而调整开通时 间以使输出电压可调且稳定。 2 开关电源的特点 （1）重量轻，体积小 采用高频技术，去掉了工频变压器，在同等的输出功率下，体积。 重量可缩减10/1 （2）功率因数高 经PFC的开关电源功率因数一般都在0。93以上而且不受负载的变化 影响 （3）可听噪声低 在线性电源中，工频变压器及滤波电感产生噪声大于60分贝，而开 关电源仅为45分贝左右
第三章现代电源领域新技术 3-1PFC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 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 5-4ESD的性能指标 第六章开关电源的设计与应用
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 现代电源技术的现状与发展 现状: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PC器件,模块器件 水平:效率一高达93%稳压精度-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 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
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：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 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
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-IO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 5L系列03801M系列0880 泛应用于小家电,通讯设备等 IGBT功率模块复合功率模块PM智能功率模块IM电力模块IEM 电力电子模块PEEB 水平 1200-1800A 600A 1800-3300V 2000V
◼ 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
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
◼ 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