高頻開(kāi)關(guān)電源集成控制器

　　本書(shū)詳細(xì)介紹了電能變換領(lǐng)域中常用的主流高頻開(kāi)關(guān)電源集成控制器的特點(diǎn)、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(kāi)關(guān)電源PWM控制器、功率因數(shù)校正器、PFCq-PWMCombo控制器和軟開(kāi)關(guān)控制器，基本涵蓋了目前高頻開(kāi)關(guān)電源的主要應(yīng)用領(lǐng)域。書(shū)中的原始素材均源自全球知名的高頻開(kāi)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(shū)內(nèi)容廣泛，詳實(shí)權(quán)威，重點(diǎn)突出，具有實(shí)用性、指導(dǎo)性和資料性，是從事電能變換技術(shù)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和研究的工程技術(shù)人員必備的工具書(shū)，也可作為電能變換技術(shù)愛(ài)好者和大、中專院校相關(guān)專業(yè)廣大師生的參考書(shū)。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(yùn)行。在所有的動(dòng)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(mén)，是用好電的必由之路。供人類(lèi)使用的電能都是通過(guò)一些方法生產(chǎn)或收集得來(lái)的。世界上絕大部分的電能來(lái)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(jī)是防備電網(wǎng)故障或遠(yuǎn)離電網(wǎng)的應(yīng)急和補(bǔ)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(yáng)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(guò)電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的固定或移動(dòng)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(chǔ)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(shí)機(jī)和電量的不確定性和偶然性，特別是大型設(shè)備的起動(dòng)和停止，足以給鄰近電網(wǎng)造成隨機(jī)的瞬時(shí)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(dòng)甚至供電瞬時(shí)中斷等，都將給敏感用戶帶來(lái)麻煩：設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)失常、系統(tǒng)效率降低、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)丟失、邏輯功能混亂，嚴(yán)重時(shí)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(duì)電網(wǎng)下載的粗電進(jìn)行整合和修補(bǔ)。由于電池自身具有的電容性，電壓瞬時(shí)波動(dòng)可能比電網(wǎng)要小。不過(guò)電池在工作中也問(wèn)題不少，最常見(jiàn)的是電池電量隨工作時(shí)間的延長(zhǎng)或用電量的加大會(huì)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(lái)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(gè)單體的特性一致。為此，必須實(shí)施合理的充電、放電和監(jiān)控。太陽(yáng)電池用來(lái)將陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成電能，但陽(yáng)光的照射會(huì)因向背、陰晴、晝夜、四季而不均衡，為此，需要對(duì)轉(zhuǎn)換的電能進(jìn)行收集儲(chǔ)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(dòng)的發(fā)電機(jī)輸出的電力經(jīng)常處于不穩(wěn)定狀態(tài)，也必須實(shí)行調(diào)整控制。不管是電網(wǎng)、電池還是相對(duì)獨(dú)立的供電系統(tǒng)，都存在電磁環(huán)境問(wèn)題。即在運(yùn)行中因環(huán)境電磁干擾（如雷電、汽車(chē)點(diǎn)火引發(fā)），或共享電源母線的"惹事"負(fù)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(yán)酷。由于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的長(zhǎng)足進(jìn)步、控制技術(shù)日益先進(jìn)，變流設(shè)備的功率等級(jí)提升極快；又由于采用變流舉措的負(fù)載設(shè)備日益增多，其復(fù)雜的負(fù)載性質(zhì)帶來(lái)的負(fù)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(bǔ)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(wèn)題在本世紀(jì)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(xiàn)的高效能供電設(shè)備和用電方法。在現(xiàn)實(shí)中，相當(dāng)一部分電能消費(fèi)是以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的形式進(jìn)行的，如機(jī)床、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車(chē)、城市輕軌、傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)器人、風(fēng)機(jī)、水泵、紡機(jī)、空調(diào)等等。直接用粗放的原電驅(qū)動(dòng)，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(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，而這些不得已介入的阻抗會(huì)白白消耗電能。為了將這些浪費(fèi)掉的非?？捎^的電能揀回來(lái)，利用現(xiàn)代電能變換技術(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)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(shì)。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(shí)現(xiàn)綠色照明的主要角色。生產(chǎn)力越發(fā)展，技術(shù)越進(jìn)步，環(huán)境問(wèn)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(duì)環(huán)境危害都很大。少一點(diǎn)電能生產(chǎn)卻能換得環(huán)境少一點(diǎn)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(fèi)。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(dá)標(biāo)。節(jié)約電能、電磁兼容、無(wú)環(huán)境污染的綠色供電勢(shì)在必行。21世紀(jì)將是科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的時(shí)代，技術(shù)進(jìn)步定會(huì)牽動(dòng)電能變換技術(shù)需求急速膨脹。"電能變換技術(shù)叢書(shū)"在這一時(shí)刻呈獻(xiàn)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(shí)用性極強(qiáng)的技術(shù)，服務(wù)于各種領(lǐng)域，內(nèi)容異常豐富，叢書(shū)限于規(guī)模實(shí)難盡述。不過(guò)，我們?nèi)匀黄笸柚鷰讉€(gè)具有典型意義的層面，如高頻功率變換、變頻傳動(dòng)、電能質(zhì)量控制等在學(xué)術(shù)、產(chǎn)業(yè)都呈熱點(diǎn)的幾個(gè)方面展示多彩的電能變換技術(shù)應(yīng)用。叢書(shū)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(shí)例方面照顧到其他層面的科技人員。叢書(shū)的讀者定位為電源技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制、電力電子、電子技術(shù)、信息技術(shù)、能源轉(zhuǎn)換、過(guò)程控制等應(yīng)用領(lǐng)域的工程技術(shù)人員，以及科技愛(ài)好者們。讀者如能從"電能變換技術(shù)叢書(shū)"中得到啟示，并能在自己的工作實(shí)踐中獲得應(yīng)用，編者將足以自慰。本叢書(shū)從立意到選題到寫(xiě)作內(nèi)容，定有不足之處，歡迎讀者批評(píng)斧正。電能變換技術(shù)叢書(shū)編輯委員會(huì)進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，開(kāi)關(guān)式電能變換技術(shù)無(wú)論是技術(shù)理論還是產(chǎn)業(yè)進(jìn)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(kāi)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(zhēng)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(guó)內(nèi)相關(guān)出版物中也經(jīng)常有介紹性文章，但此類(lèi)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(shí)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(shū)"編撰的機(jī)會(huì)，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(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)繼續(xù)教育中心和中國(guó)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(jī)構(gòu)，長(zhǎng)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(dòng)，具有頒發(fā)《中國(guó)繼續(xù)教育證書(shū)》的資格，自1999年以來(lái)已先后為國(guó)內(nèi)百余家公司、研究院所、外資機(jī)構(gòu)培訓(xùn)過(guò)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(kāi)關(guān)電源集成控制器的應(yīng)用問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)一直是困擾著他們的難題。雖然可以通過(guò)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(shí)質(zhì)性的指導(dǎo)意義。在實(shí)際開(kāi)發(fā)和研究工作中，往往需要花費(fèi)大量的時(shí)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(lèi)似于《開(kāi)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(shū)來(lái)指導(dǎo)他們?nèi)粘５拈_(kāi)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(guó)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(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和研究的工程技術(shù)人員及時(shí)地跟蹤并應(yīng)用國(guó)際高頻開(kāi)關(guān)電源集成控制器的最新技術(shù)，提高我國(guó)高頻開(kāi)關(guān)電源研發(fā)水平，改善產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，筆者認(rèn)為撰寫(xiě)一套有針對(duì)性的專業(yè)工具書(shū)供廣大工程技術(shù)人員參考是十分必要的。高頻開(kāi)關(guān)電源集成控制器是高頻開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品的控制核心，廣大工程技術(shù)人員對(duì)這類(lèi)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(kāi)關(guān)電源集成控制器中精選出四大類(lèi)，共26種集成控制器，介紹給讀者。本書(shū)介紹的四大類(lèi)高頻開(kāi)關(guān)電源集成控制器包括高頻開(kāi)關(guān)電源PWM控制器、功率因數(shù)校正器、PFC+PWMCombo控制器和軟開(kāi)關(guān)控制器，這些產(chǎn)品由美國(guó)德州儀器公司（Tex-aslnstrumentslncorporated）、美國(guó)安森美半導(dǎo)體公司（OnSemiconductor）、美國(guó)飛兆半導(dǎo)體公司（FairchildSemiconductorCorporation）、意法半導(dǎo)體公司（SGS-THOMSONMicro-electronics）和德國(guó)英飛凌技術(shù)公司（1nfineonTechnologiesAG）等知名國(guó)際半導(dǎo)體廠商生產(chǎn)，基本涵蓋了目前高頻開(kāi)關(guān)電源的主要應(yīng)用領(lǐng)域。書(shū)中介紹了這些高頻開(kāi)關(guān)電源集成控制器的特點(diǎn)、引腳功能、電氣參數(shù)、工作原理及其典型應(yīng)用。由于本書(shū)撰寫(xiě)的目的是向廣大從事電能變換技術(shù)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和研究的工程技術(shù)人員提供一本內(nèi)容詳實(shí)的專業(yè)工具書(shū)，因此本書(shū)中對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源的基本理論和電路拓?fù)涞葐?wèn)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(kāi)關(guān)電源的基本理論和電路拓?fù)湫问椒矫娴膬?nèi)容，讀者可以參考其他相關(guān)書(shū)籍。本書(shū)書(shū)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(shū)中大量的電路圖，對(duì)他們付出的辛勤勞動(dòng)深表感謝。本書(shū)在籌劃、撰寫(xiě)過(guò)程中得到了北京奧米伽電源技術(shù)服務(wù)中心、中國(guó)繼續(xù)教育聯(lián)合學(xué)院、中國(guó)電源學(xué)會(huì)編輯工作委員會(huì)、航天科技集團(tuán)公司、機(jī)械工業(yè)出版社的大力支持和幫助。美國(guó)德州儀器公司、美國(guó)安森美半導(dǎo)體公司、美國(guó)飛兆半導(dǎo)體公司、意法半導(dǎo)體公司以及德國(guó)英飛凌技術(shù)公司為本書(shū)的編寫(xiě)提供了大量的技術(shù)資料，給予了熱情的幫助。中國(guó)電源學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)倪本來(lái)教授、中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院的蔣仁學(xué)高級(jí)工程師在百忙之中審閱了書(shū)稿，提出了許多寶貴的意見(jiàn)和指導(dǎo)性建議，給作者很大的啟迪和幫助。機(jī)械工業(yè)出版社.電工電子分社的牛新國(guó)主任、王玫編輯為本書(shū)的出版做了大量的工作，使本書(shū)得以順利出版。在此謹(jǐn)向上述單位、公司和個(gè)人致以最衷心的感謝。由于筆者水平有限，加之時(shí)間極為倉(cāng)促，書(shū)中難免有疏漏和不妥之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。編著者2003年12月于北京

　　倪海東，中國(guó)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(zhǎng)期從事電能變換工程技術(shù)的研究，開(kāi)發(fā)和教學(xué)工作，曾先后主持并參與過(guò)數(shù)字式調(diào)功溫控系統(tǒng)、精密數(shù)控機(jī)床配電系統(tǒng)、移相軟開(kāi)關(guān)變換器、超小型高頻開(kāi)關(guān)電源、列車(chē)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(jī)等項(xiàng)目的研制和開(kāi)發(fā)工作，發(fā)表論文三十多篇。