高頻開關(guān)電源集成控制器

　　本書詳細介紹了電能變換領(lǐng)域中常用的主流高頻開關(guān)電源集成控制器的特點、引腳功能、電氣參數(shù)、工作原理及其典型應(yīng)用，涉及的控制器包括高頻開關(guān)電源PWM控制器、功率因數(shù)校正器、PFCq-PWMCombo控制器和軟開關(guān)控制器，基本涵蓋了目前高頻開關(guān)電源的主要應(yīng)用領(lǐng)域。書中的原始素材均源自全球知名的高頻開關(guān)電源集成控制器生產(chǎn)商，包括丁I、Infineon、Fairchild、SGS-THOMSON、OnSemiconductor等公司。全書內(nèi)容廣泛，詳實權(quán)威，重點突出，具有實用性、指導(dǎo)性和資料性，是從事電能變換技術(shù)開發(fā)、設(shè)計和研究的工程技術(shù)人員必備的工具書，也可作為電能變換技術(shù)愛好者和大、中專院校相關(guān)專業(yè)廣大師生的參考書。序電能是當(dāng)今最重要的能源形式。很難想像失去電能支撐的文明世界如何運行。在所有的動力資源中，電能使用最方便，適用范圍非常廣，并且是清潔的。電能變換則是用電之門，是用好電的必由之路。供人類使用的電能都是通過一些方法生產(chǎn)或收集得來的。世界上絕大部分的電能來自發(fā)電站，例如水電站、火力發(fā)電廠和核電站，發(fā)電站是交流電網(wǎng)的源頭。燃油發(fā)電機是防備電網(wǎng)故障或遠離電網(wǎng)的應(yīng)急和補充。風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電等是自然能與電能之間的有效轉(zhuǎn)換。太陽電池是太空最理想的發(fā)電裝置。燃料電池、鋰離子電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鉛酸蓄電池等是經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的固定或移動式電能載體。形形色色的干電池是一次性的微小電能載體。所有稱得上"電池"的都是直流電的儲蓄體。直接從電網(wǎng)或電池、汲取的原生態(tài)的電能（姑且稱之為原電）在某種意義上都是"粗電"。在大多數(shù)情況下，使用這些"粗電"都不能盡如人意，譬如電網(wǎng)上的電就不一定好使。電網(wǎng)是共用的，宏觀上有高峰期和低谷期之分，電網(wǎng)在高峰期和低谷期的電壓存在差異；由于不同用戶從電網(wǎng)支取電能的時機和電量的不確定性和偶然性，特別是大型設(shè)備的起動和停止，足以給鄰近電網(wǎng)造成隨機的瞬時沖擊和定式落差；由于雷電、風(fēng)暴、炎熱等自然因素造成電網(wǎng)擾動甚至供電瞬時中斷等，都將給敏感用戶帶來麻煩：設(shè)備運轉(zhuǎn)失常、系統(tǒng)效率降低、計算機數(shù)據(jù)丟失、邏輯功能混亂，嚴重時還將造成系統(tǒng)硬件損壞，使系統(tǒng)工作陷于癱瘓。為此需要穩(wěn)壓器和UPS對電網(wǎng)下載的粗電進行整合和修補。由于電池自身具有的電容性，電壓瞬時波動可能比電網(wǎng)要小。不過電池在工作中也問題不少，最常見的是電池電量隨工作時間的延長或用電量的加大會逐漸衰竭；另外，電池單體的電壓較低，很少以其自然形態(tài)直接拿來使用，多數(shù)是串聯(lián)或串并聯(lián)組合，但很難保證串聯(lián)或串并聯(lián)組合中的每個單體的特性一致。為此，必須實施合理的充電、放電和監(jiān)控。太陽電池用來將陽光轉(zhuǎn)換成電能，但陽光的照射會因向背、陰晴、晝夜、四季而不均衡，為此，需要對轉(zhuǎn)換的電能進行收集儲存，再經(jīng)DC-DC或DC-AC變換，獲得穩(wěn)定的直流電和交流電；風(fēng)力等自然能發(fā)電同樣受自然因素牽制，借助風(fēng)力等自然力傳動的發(fā)電機輸出的電力經(jīng)常處于不穩(wěn)定狀態(tài)，也必須實行調(diào)整控制。不管是電網(wǎng)、電池還是相對獨立的供電系統(tǒng)，都存在電磁環(huán)境問題。即在運行中因環(huán)境電磁干擾（如雷電、汽車點火引發(fā)），或共享電源母線的"惹事"負載設(shè)備的電磁干擾，或DC-DC、DC-AC變換裝置自身的電磁干擾，都能攪得"四鄰不安"。今天的電網(wǎng)面臨的承載非常嚴酷。由于功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的長足進步、控制技術(shù)日益先進，變流設(shè)備的功率等級提升極快；又由于采用變流舉措的負載設(shè)備日益增多，其復(fù)雜的負載性質(zhì)帶來的負面影響突出?；谶@些因素的電網(wǎng)存在功率因數(shù)低下、波形畸變、浪涌、相位丟失等不良境況。因此，電能質(zhì)量控制刻不容緩，電力補償、有源濾波、柔性輸配電等電能變換技術(shù)在電網(wǎng)和用戶之間能起到較佳的緩沖匹配作用。能源問題在本世紀仍占據(jù)矚目位置，人們追求在節(jié)約電能方面有卓越貢獻的高效能供電設(shè)備和用電方法。在現(xiàn)實中，相當(dāng)一部分電能消費是以驅(qū)動電動機的形式進行的，如機床、電動工具、電動汽車、城市輕軌、傳動系統(tǒng)、機器人、風(fēng)機、水泵、紡機、空調(diào)等等。直接用粗放的原電驅(qū)動，免不了要引入串聯(lián)阻抗或并聯(lián)阻抗，以控制和調(diào)節(jié)電動機的運行狀態(tài)，而這些不得已介入的阻抗會白白消耗電能。為了將這些浪費掉的非?？捎^的電能揀回來，利用現(xiàn)代電能變換技術(shù)對電動機實行變頻調(diào)速控制，具有很好的節(jié)電潛力。照明用電據(jù)稱占全球總體用電的20％，節(jié)電潛力巨大，起源于歐美的綠色照明浪潮大有席卷全球之勢。綠色照明的主題詞：最小耗電產(chǎn)生最大流明。除了新型電光源和新型發(fā)光介質(zhì)外，以全新的電能變換技術(shù)裝備的電子鎮(zhèn)流器將是實現(xiàn)綠色照明的主要角色。生產(chǎn)力越發(fā)展，技術(shù)越進步，環(huán)境問題越加突出。電能的生產(chǎn)、變換、使用在很大程度上影響到環(huán)境。電能的生產(chǎn)一般伴隨二氧化碳、二氧化硫氣體排放，前者是地球溫室效應(yīng)的參與者，后者是酸雨的成因，兩者對環(huán)境危害都很大。少一點電能生產(chǎn)卻能換得環(huán)境少一點惡化。生產(chǎn)發(fā)展必然要增加電力的需求，關(guān)鍵在于節(jié)約電力，減少電力的浪費。這要求我們的電源裝置、電能變換系統(tǒng)提高效率。另外，干凈的電磁環(huán)境也要求電能變換設(shè)備在電磁兼容性方面達標(biāo)。節(jié)約電能、電磁兼容、無環(huán)境污染的綠色供電勢在必行。21世紀將是科學(xué)技術(shù)突飛猛進的時代，技術(shù)進步定會牽動電能變換技術(shù)需求急速膨脹。"電能變換技術(shù)叢書"在這一時刻呈獻給讀者，意在詮釋電能變換技術(shù)的最新應(yīng)用。但是電能變換技術(shù)是實用性極強的技術(shù)，服務(wù)于各種領(lǐng)域，內(nèi)容異常豐富，叢書限于規(guī)模實難盡述。不過，我們?nèi)匀黄笸柚鷰讉€具有典型意義的層面，如高頻功率變換、變頻傳動、電能質(zhì)量控制等在學(xué)術(shù)、產(chǎn)業(yè)都呈熱點的幾個方面展示多彩的電能變換技術(shù)應(yīng)用。叢書主要供中等技術(shù)水平的科技人員閱讀，在概念和應(yīng)用實例方面照顧到其他層面的科技人員。叢書的讀者定位為電源技術(shù)、運動控制、電力電子、電子技術(shù)、信息技術(shù)、能源轉(zhuǎn)換、過程控制等應(yīng)用領(lǐng)域的工程技術(shù)人員，以及科技愛好者們。讀者如能從"電能變換技術(shù)叢書"中得到啟示，并能在自己的工作實踐中獲得應(yīng)用，編者將足以自慰。本叢書從立意到選題到寫作內(nèi)容，定有不足之處，歡迎讀者批評斧正。電能變換技術(shù)叢書編輯委員會進入21世紀以來，開關(guān)式電能變換技術(shù)無論是技術(shù)理論還是產(chǎn)業(yè)進程，都在以爆炸式的速度飛速發(fā)展，新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，而作為高頻開關(guān)電源產(chǎn)品的控制核心：集成控制器同樣在不斷地更新。全球集成控制器制造商都爭相推出新產(chǎn)品和新技術(shù)，以迎合這一發(fā)展潮流。目前國內(nèi)相關(guān)出版物中也經(jīng)常有介紹性文章，但此類介紹比較分散，而且一些已淘汰、即將停產(chǎn)或已經(jīng)停產(chǎn)的產(chǎn)品也時有羅列，指導(dǎo)作用有限。筆者在北京奧米伽電源技術(shù)服務(wù)中心參與研究和筆耕多年，接觸到不少電能變換集成控制器，今借"電能變換技術(shù)叢書"編撰的機會，愿和同仁分享這方面的心得。北京奧米伽電源技術(shù)服務(wù)中心作為中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會繼續(xù)教育中心和中國繼續(xù)教育聯(lián)合學(xué)院指定的專業(yè)從事電能變換工程技術(shù)支持、技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的專業(yè)機構(gòu)，長期從事電能變換領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)和研修活動，具有頒發(fā)《中國繼續(xù)教育證書》的資格，自1999年以來已先后為國內(nèi)百余家公司、研究院所、外資機構(gòu)培訓(xùn)過千余名技術(shù)骨干。筆者在與這些工作在一線的工程技術(shù)人員的交往中發(fā)現(xiàn)，由于種種原因，高頻開關(guān)電源集成控制器的應(yīng)用問題長期以來一直是困擾著他們的難題。雖然可以通過各種渠道獲取到這些產(chǎn)品的相關(guān)資料，但大多是零散的，缺乏實質(zhì)性的指導(dǎo)意義。在實際開發(fā)和研究工作中，往往需要花費大量的時間和精力去查找和消化所需的技術(shù)資料。一線的工程技術(shù)人員迫切地需要更多的類似于《開關(guān)電源技術(shù)指南》這樣一套既有權(quán)威性，又有指導(dǎo)性和參考性的工具書來指導(dǎo)他們?nèi)粘５拈_發(fā)和研究工作。由于北京奧米伽電源技術(shù)服務(wù)中心常年與國外知名廠商合作，掌握著最新的技術(shù)資料，為了幫助廣大從事電能變換技術(shù)開發(fā)、設(shè)計和研究的工程技術(shù)人員及時地跟蹤并應(yīng)用國際高頻開關(guān)電源集成控制器的最新技術(shù)，提高我國高頻開關(guān)電源研發(fā)水平，改善產(chǎn)品質(zhì)量，增強市場競爭力，筆者認為撰寫一套有針對性的專業(yè)工具書供廣大工程技術(shù)人員參考是十分必要的。高頻開關(guān)電源集成控制器是高頻開關(guān)電源產(chǎn)品的控制核心，廣大工程技術(shù)人員對這類集成控制器的關(guān)注程度也最高。為此，筆者從目前常用的高頻開關(guān)電源集成控制器中精選出四大類，共26種集成控制器，介紹給讀者。本書介紹的四大類高頻開關(guān)電源集成控制器包括高頻開關(guān)電源PWM控制器、功率因數(shù)校正器、PFC+PWMCombo控制器和軟開關(guān)控制器，這些產(chǎn)品由美國德州儀器公司（Tex-aslnstrumentslncorporated）、美國安森美半導(dǎo)體公司（OnSemiconductor）、美國飛兆半導(dǎo)體公司（FairchildSemiconductorCorporation）、意法半導(dǎo)體公司（SGS-THOMSONMicro-electronics）和德國英飛凌技術(shù)公司（1nfineonTechnologiesAG）等知名國際半導(dǎo)體廠商生產(chǎn)，基本涵蓋了目前高頻開關(guān)電源的主要應(yīng)用領(lǐng)域。書中介紹了這些高頻開關(guān)電源集成控制器的特點、引腳功能、電氣參數(shù)、工作原理及其典型應(yīng)用。由于本書撰寫的目的是向廣大從事電能變換技術(shù)開發(fā)、設(shè)計和研究的工程技術(shù)人員提供一本內(nèi)容詳實的專業(yè)工具書，因此本書中對高頻開關(guān)電源的基本理論和電路拓撲等問題不作更多的涉及，而更多地側(cè)重于集成控制器本身的原理和應(yīng)用，有關(guān)高頻開關(guān)電源的基本理論和電路拓撲形式方面的內(nèi)容，讀者可以參考其他相關(guān)書籍。本書書稿的錄入和排版工作由徐瑋瑋、張潔共同完成，倪曼春、徐傳蘭一起繪制了本書中大量的電路圖，對他們付出的辛勤勞動深表感謝。本書在籌劃、撰寫過程中得到了北京奧米伽電源技術(shù)服務(wù)中心、中國繼續(xù)教育聯(lián)合學(xué)院、中國電源學(xué)會編輯工作委員會、航天科技集團公司、機械工業(yè)出版社的大力支持和幫助。美國德州儀器公司、美國安森美半導(dǎo)體公司、美國飛兆半導(dǎo)體公司、意法半導(dǎo)體公司以及德國英飛凌技術(shù)公司為本書的編寫提供了大量的技術(shù)資料，給予了熱情的幫助。中國電源學(xué)會副理事長倪本來教授、中國運載火箭技術(shù)研究院的蔣仁學(xué)高級工程師在百忙之中審閱了書稿，提出了許多寶貴的意見和指導(dǎo)性建議，給作者很大的啟迪和幫助。機械工業(yè)出版社.電工電子分社的牛新國主任、王玫編輯為本書的出版做了大量的工作，使本書得以順利出版。在此謹向上述單位、公司和個人致以最衷心的感謝。由于筆者水平有限，加之時間極為倉促，書中難免有疏漏和不妥之處，懇請讀者批評指正。編著者2003年12月于北京

　　倪海東，中國繼續(xù)教育聯(lián)合學(xué)院副教授，北京奧米伽電源技術(shù)服務(wù)中心主任，長期從事電能變換工程技術(shù)的研究，開發(fā)和教學(xué)工作，曾先后主持并參與過數(shù)字式調(diào)功溫控系統(tǒng)、精密數(shù)控機床配電系統(tǒng)、移相軟開關(guān)變換器、超小型高頻開關(guān)電源、列車熒光燈電子鎮(zhèn)流器、高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器、金屬鹵化物燈電子鎮(zhèn)流器、鉛酸蓄電池智能充電器、新型便攜式充電器、變頻器電源系統(tǒng)以及雙功能逆變焊機等項目的研制和開發(fā)工作，發(fā)表論文三十多篇。