现代电源技术功率变换 教程课件

现代电源技术教程教程的目的与要求：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2-2-1EMI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3－1PFC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3－6DC/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EMP5－4ESD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1－1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GTO1高压GTO大容量大功率高性能（晶闸管）2IGCT省吸收与IGBT结合3MCT优势互补（MOS晶闸管）电力晶体管GTR1IGBT1高速IGBT2功率MOSFET2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-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。TOPSwich系列二合一功率ICTOP220,TOP230,TOP250,仙童公司5L系列03801M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1200－1800A600A1800-3300V2000V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

高频磁技术：电力电子高频磁技术是将电力电子技术与磁技术结合起来高频磁技术是电力电子技术中的重要内容。功率磁元件是所有电源中必不可少的关键器件。它担负着磁能传递，储存以及滤波功能。其体积和重量一般占到电路20－30％

10年内重点发展：高频低功耗高磁导率材料和片式化的表面贴装软磁材料在非晶软磁金金属和磁记录材料方面，发展纳米材料70年代初20KHZ电子变压器取代了工频变压器使得变压器体积减小60－80％重量减轻75％，目前开关频率已从20KHZ提高到10MHZ,

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

2-2-2整流与滤波电路

2-2-3功率变换电路

在高频开关电源功率转换电路中，单断变换器(正激、反激式)与双端变换器（推挽式、半桥、全桥式）的本质区别，在于其高频变压器的磁芯只工作在第一象限，即处于磁滞回线一边。按变压器的副边开关整流二极管的不同接线方式，单断变换器有两种类型：a.单端正激式变换电路b.单端反激式变换电路2.2.3.1单端反激式变换电路1.基本工作原理（下图）ton时，Q1通，E+加在原边Lp两端，ip线形增加，储能；副边Ls电压上正下负，D1反偏截止。toff时，Q1截止，ip降为０，原边Lp两端电压极性反向，副边Ls电压随着变为上负下正，D1正向导通。此后，储存在变压器中的磁能向负载传递释放电能。

当单断反激式变换器在原边开关管导通时储存能量，开关管截止时才向负载释放能量，故高频变压器既起到变压隔离作用，又是电感储能元件。因此，又称单端反激式变换器为“电感储能式变换器”。2.电路特点a.由于原边、副边的电感量为常数，使原边和副边电流按线形规律升降，其电流工作状态有三种：非连续态、临界态及连续状态；b一般用在小功率场合c利用率不高注意设计原则：必须使高频变压器磁芯的磁通复位。即：必须让高压开关管在一个周期内的导通和截止期间，加在高频变压器原边绕组上的伏－秒数相等。单端反激式变换器简图单端正激变换器电路2-2-3功率变换电路2.2.3.3推挽式功率变换电路（34）1.基本工作原理VT1、VT2中交替导通时，W1和W2有相应的电流流过，变换器二次侧将有功率输出。2.电路特点a由于功率开关器件的发射极共地，无须隔离基极驱动电路，简化b两个功率开关器件轮流导通可获得较大的功率输出；c功率开关的耐压值应当大于2Vin2.2.3.4全桥式功率变换电路1.基本工作原理变压器连接在四桥臂中间，相对的两对功率开关器件VT1-VT4和VT2-VT3交替导通或截止，使变压器的二次侧有功率输出。当功率开关器件VT1-VT4导通时，VT2-VT3则截止，这时，VT2-VT3两端承受的电压为输入电压Vin，在功率开关器件关断过程中