开关电源功率变换器拓扑与设计PDF电子书免费下载

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标签:变换器(872)开关电源(3350)变压器(2395)

  本书作者是国内第-个开关电源方面的博士学位获得者,书中所述是其二十多年科学研究和技术研发的经验集成。

  全书共分为12章,包括功率变换器的主要拓扑介绍和工程设计指南两大部分内容。其中,拓扑部分主要包括正激、反澈、对称驱动桥式、隔I离Boost等DC - DC功率变换器的拓扑和原理分析;工程设计指南部分包括正激、反激、桥式变换器的稳态分析和具体设计步骤。此外,还包括8 个附录,主要包括电感电压稳态伏秒定律的证明、各种变压器面积积公式的推导过程和方法。

  本书理论通俗易懂,实例针对性强,适合于从事开关电源研发、设计的工程技术人员及大专院校电子技术相关专业的师生使用。

  电力电子产品已经越来越广泛地应用于计算机、通信、电力、交通、机械、航空、航天、家电、医疗、仪器等多个不同领域。所有的电力电子产品都是围绕着如何进行高效率的功率变换,如何用更小的体积来实现更大的功率和更多的功能,或者实现更高的功率密度和功能密度而设计制造的。

  按功率变换方式,可将电力电子产品分成四大类:①AC- DC产品;②DC-DC产品;③DC-AC产品;④AC- AC产品。前两类的主要产品为开关电源,第三类的主要产品是逆变器,第四类的主要产品是UPS (不同断电源)和变频器

  当负载需要高要求的直流供电时,其供电电源多采用开关电源。目前的开关电源主要有AC- DC开关电源、DC - DC开关电源两种。

  AC- DC开关电源又有外置式电源和内置式电源之分。最简单的外置式AC- DC开关电源,如笔记本电脑及各种手提设备的充电器( 或叫Adapter);复杂的外置式AC- DC开关电源,如焊机电源、电动汽车的充电器等;最复杂的外置式AC- DC开关电源,如程控交换设备的AC - DC开关电源系统。内置式AC- DC开关电源则有单输出和多输出两类,台式计算机内的AC - DC电源属于多输出,医疗仪器、工业控制和数据通信等设备内的AC-DC电源既有单输出也有多输出,移动通信设备内的AC - DC电源则还可以是一一个单输出电源系统或多输出电源系统。

  DC-DC开关电源多为内置式电源。计算机中的DC-DC开关电源叫VRM或VRD。通信设备单板上的DC- DC开关电源目前有两种,一种是DC-DC模块,有非标准的DC - DC模块和标准的DC- DC模块;另一种是负载端DC -DC变换器(也叫POL)。在国内的通信行业中,通常将DC -DC模块称为二次电源。在电力系统中,也有大量的DC- DC开关电源。其中,电力操作电源是一-种外置的DC-DC开关电源,而继电保护设备中的电源是-种内置的DC一DC开关电源。

  AC - DC开关电源和DC - DC开关电源的市场非常大,在北美,这两种产品的年销售额为100亿美元左右,其平均年增长率超过10%。在中国,其市场同样非常大且在迅速增长。

  第三类产品是逆变器,在那些需要交流供电,但交流电网质量不是很好的地方经常采用的一种电源方案。由于电力供应紧张,导致夏天或冬天在农村的电力经常被中断,因此逆变器、应急电源已是这些地方不可或缺的临时电源。另外,各种车载电源、太阳能电源等也都可看成是一种逆变器。 尽管逆变器本身的市场没有其他三类产品广,但其发展潜力是不容忽视的。

  第四类产品是AC-AC电源,它有三个主要的分支:①为那些需要与电网同频且精密稳压的设备提供交流电时,其供电电源被称为交流稳压电源;❷为那些需要与电网同频且不能断电的设备提供交流电时,其供电电源被称为UPS(不间断电源);③为那些需要改变频率(从而改变其他变量,如电动机的速度)的设备提供交流电时,其供电电源被称为变频器。

  目前的多数交流稳压电源采用双向晶闸管作为低频开关,用相控的原理来调节阻抗,从而实现输出稳压。这类电源多被用于电网不够稳定的边远地区或农村,是由于电力紧张所导致的一种中国特色产品。

  随着计算机和互联网的迅速发展,UPS已成为许多重要机构,如商场、银行、企业、学校、机场等计算机系统中不可或缺的供电电源。根据计算机系统的容量及重要性,就产生了各种功率和要求的UPS电源,小至数百伏安,大至数百千伏安;有后备式的,在线式的;有短时间的、长时间的等。在一个大功率的UPS电源中,通常还包含AC- DC (前置级功率因数校正器,Power FactorCortector、电池充电器)、DC- DC (电池升压电路)及DC-AC (逆变器)等几个功率变换环节。

  通过改变电动机的频率来改变电动机的转速,能极大地节约输人电能。由此引人的AC-AC变频器已被广泛用于机床、纺织、矿山、油田、机车和家庭等的电动机设备中,如抽油机、数控机床、空调、制冷设备等。变频器的品种非常多,有普通用途的变频器和高压变频器等,功率从数千伏安到数百千伏安不等。内部的功率变换电路采用AC - DC与DC - AC的级联或直接的AC - AC。

  上述三类AC-AC产品,尤其是UPS和变频器的市场同样非常大。开关电源、UPS和变频器在全球的电力电子产品中已呈三足鼎立局面,各占1/3左右的市场。

  除了这三类外,还有一-些电力电子产品也有一定的市场,如感应加热电源,电解、电镀电源和电力牵引电源等。

  由于全球性的能源与资源短缺,节约能源已成为各国政府的重大国策。这一要求推动了 节能型产品,如电力电子产品的快速发展。为了提高电力电子产品的功率变换效率和节省电力电子产品的原材料,在短短的40年中,已在电力电子领域内进行了大量的科学研究和技术创新,开发了一代又-代的新产品,它们的功率密度和功能密度正在快速地提高。

  缩小体积、提高功率密度的关键是构成电力电子产品的功率变换电路。功率变换电路要实现电压、电流及功率的变换。为了实现高变换效率,在变换过程中所产生的损耗要尽量小,这对组成功率变换电路的元件类型和器件工作方式提出了具体的限制。为了实现小的电源体积,在变换电路中所用的元器件要尽量小,这对功率变换电路中的器件工作频率提出了具体的限制。在不断解决这些局限性的努力下,推动了功率变换技术的迅速发展,特别是DC - DC功率变换器的飞速发展。

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