脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术（第二版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

阮新波 著

图书标签:

• 脉宽调制
• DC-DC变换器
• 全桥变换器
• 软开关
• 电力电子
• 开关电源
• 谐振变换器
• 高效电源
• 电源设计
• 第二版

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030354952

版次：31

商品编码：12272351

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-01-01

页数：224

正文语种：中文

内容简介

　　脉宽调制(PWM)DC/DC充全桥变换器适用于中大功率变换场合，为了实现其高效率、高功率密度和高可靠性，有必要研究其软开关技术。本书系统阐述PWMDC/民金桥变换器的软开关技术。系统提出DC/DC金桥变换器的一族PWM控制方式，并对这些PWM控制方式进行分析，指出为了实现PWMDC/DC全桥变换器的软开关，必须引人超前桥臂和滞后桥臂的概念，而且超前桥臂只能实现零电压开关(ZVS)，滞后桥臂可以实现ZVS或零电流开关(ZCS)钮根据超前桥臂和滞后桥臀实现软开关的方式，将软开关PWMDC/DC全桥变换器归纳为ZVS和ZVZCS两种类型，并讨论这两类变换器的电路拓扑、控制方式和工作原理。提出消除输出整流二极管反向恢复引起的电压振荡的方法，包括加入籍位二极管与电流互感器和采用输出倍流整流电路方法。介绍PWMDC/DC全桥变换器的主要元件，包括输入滤波电容、高频变压器、输出滤波电感和滤波电容的设计，介绍移相控制芯片UC3875的使用以及IGBT和MOSFET的驱动电路，给出一种采用ZVSPWMDC/DC全桥变换器的通讯用开关电源的设计实例。

目录

第1章 全桥变换器的基本结构及工作原理
1.1 概述
1.1.1 电力电子技术的发展方向
1.1.2 电力电子变换器的分类与要求
1.1.3 直流变换器的分类与特点
1.2 隔离型.Buck类变换器
1.2.1 正激变换器
1.2.2 推挽变换器
1.2.3 半桥变换器
1.2.4 全桥变换器
1.2.5 几种隔离型Buck类变换器的比较
1.3 输出整流电路
1.3.1 半波整流电路
1.3.2 全波整流电路
1.3.3 全桥整流电路
1.3.4 倍流整流电路
1.4 全桥变换器的基本工作原理
1.4.1 全桥变换器的电路拓扑
1.4.2 全桥变换器的控制方式
1.4.3 采用全波整流电路和全桥整流电路的全桥变换器的基本工作原理
1.4.4 采用倍流整流电路的全桥变换器的基本工作原理
本章小结

第2章 全桥变换器的PwM软开关技术理论基础
2.1 全桥变换器的PWM控制策略
2.1.1 基本PWM控制策略
2.1.2 开关管导通时间的定义
2.1.3 全桥变换器的PWM控制策略族
2.2 全桥变换器的两类PWM切换方式
2.2.1 斜对角两只开关管同时关断
2.2.2 斜对角两只开关管关断时间错开
2.3 全桥变换器的PWM软开关实现原则
2.4 全桥变换器的两类PWM软开关方式
本章小结

第3章 零电压开关PWM全桥变换器
3.lZVSPWM全桥变换器电路拓扑及控制方式
3.1.1 滞后桥臂的控制方式
3.1.2 超前桥臂的控制方式
3.1.3 ZVSPWM全桥变换器的控制方式
3.2 移相控制ZVSPWM全桥变换器的工作原理
3.3 两个桥臂实现ZVS的差异
3.3.1 实现ZVS的条件
3.3.2 超前桥臂实现ZVS
3.3.3 滞后桥臂实现ZVS
3.4 实现ZVS的策略及副边占空比的丢失
3.4.1 实现ZVS的策略
3.4.2 副边占空比的丢失
3.5 整流二极管的换流情况
3.5.1 全桥整流电路
3.5.2 全波整流电路
3.6 仿真结果与讨论
本章小结

第4章 采用辅助电流源网络的移相控制ZVSPWM全桥变换器
4.1 引言
4.2 电流增强原理
4.3 辅助电流源网络
4.4 采用辅助电流源网络的ZVSPWM全桥变换器的工作原理
4.5 滞后桥臂实现零电压开关的条件
4.6 参数设计
4.6.1 辅助电流源网络的参数选择
4.6.2 Lr、Ct和Ic的确定
4.6.3 设计实例
4.7 副边占空比丢失及死区时间的选取
4.7.1 副边占空比的丢失
4.7.2 滞后桥臂死区时间的选取
4.7.3 与只采用饱和电感方案的比较
4.8 实验结果
4.9 采用其他辅助电流源网络的ZVSPWM全桥变换器
4.9.1 辅助电感电流幅值不可控的辅助电流源网络
4.9.2 辅助电感电流幅值可控的辅助电流源网络
4.9.3 辅助电感电流幅值与原边占空比正相关的辅助电流源网络
4.9.4 辅助电流源幅值自适应变化的辅助电流源网络
4.9.5 谐振电感电流自适应变化的辅助网络
本章小结

第5章 ZVZCSPwM全桥变换器
5.1 ZVZCSPWM全桥变换器电路拓扑及控制方式
5.1.1 超前桥臂的控制方式
5.1.2 滞后桥臂的控制方式
5.1.3 电流复位方式
5.1.4 ZVZCSPWM全桥变换器电路拓扑及控制方式
5.2 ZVZCSPwM全桥变换器的工作原理
5.3 参数设计
5.3.1 阻断电容电压最大值
5.3.2 实现超前桥臂ZVS的条件
5.3.3 最大副边有效占空比Deffmax
5.3.4 实现滞后桥臂ZCS的条件
5.3.5 滞后桥臂的电压应力
5.3.6 阻断电容的选择
5.4 设计实例
5.4.1 变压器匝比的选择
5.4.2 阻断电容容值的计算
5.4.3 变压器变比和阻断电容容值的校核
5.4.4 超前桥臂开关管并联电容的选择
5.5 实验结果
本章小结

第6章 加箝位二极管的零电压开关全桥变换器
6.1 引言
6.2 ZVSPwM全桥变换器中输出整流二极管电压振荡的原因.
6.3 输出整流二极管上电压振荡的抑制方法
6.3.1 RC缓冲电路
6.3.2 RCD缓冲电路
6.3.3 有源箝位电路
6.3.4 变压器辅助绕组和二极管箝位电路
6.3.5 原边侧加二极管箝位缓冲电路
6.4 Tr-Lead型ZVSPWM全桥变换器的工作原理
6.5 Tr-Lag型ZVSPWM全桥变换器的工作原理
6.6 Tr-Lead型和Tr-Lag型ZVSPWM全桥变换器的比较
6.6.1 箝位二极管的导通次数
6.6.2 开关管的零电压开关实现
6.6.3 零状态时的导通损耗
6.6.4 占空比丢失
6.6.5 隔直电容的影响
6.7 实验结果和分析
本章小结

第7章 利用电流互感器使箝位二极管电流快速复位的ZVSPWM全桥变换器
7.1 引言
7.2 加箝位二极管的ZVSPwM全桥变换器轻载时的工作情况
7.3 箝位二极管电流的复位方式
7.3.1 复位电压源
7.3.2 复位电压源的实现
7.4 加电流互感器复位电路的ZVSPwM全桥变换器的工作原理
7.4.1 重载情况
7.4.2 轻载情况
7.5 电流互感器匝比的选择
7.5.1 箝位二极管的复位时间
7.5.2 输出整流二极管的电压应力
7.5.3 电流互感器匝比
7.6 实验验证
本章小结

第8章 倍流整流方式ZVSPWM全桥变换器
8.1 引言
8.2 工作原理
8.3 超前管和滞后管实现ZVS的情况
8.4 参数设计
8.4.1 变压器变比K的确定
8.4.2 滤波电感量的计算
8.4.3 阻断电容的选择
8.5 实验结果
本章小结

第9章 PWM全桥变换器的主要元件、控制芯片及驱动电路
9.1 引言
9.2 输入滤波电容的选择
9.3 高频变压器的设计
9.3.1 原副边变比
9.3.2 确定原边和副边匝数
9.3.3 确定绕组的导线线径
9.3.4 确定绕组的导线股数
9.3.5 核算窗口面积
9.4 输出滤波电感的设计
9.4.1 输出滤波电感
9.4.2 输出滤波电感的设计
9.5 输出滤波电容的选择
9.5.1 输出滤波电容量
9.5.2 输出滤波电容的耐压值
9.6 UC3875芯片的使用
9.6.1.作电源
9.6.2 基准电源
9.6.3 振荡器
9.6.4 锯齿波
9.6.5 误差放大器和软启动
9.6.6 移相控制信号发生电路
9.6.7 过流保护
9.6.8 死区时间设置
9.6.9 输出级
9.7 驱动电路
9.7.1 中小功率PWM全桥变换器中MOSFET和IGBT的驱动电路
9.7.2 大功率PWM全桥变换器中MOSFET和IGBT的驱动电路
本章小结

第10章 54V／10A通信电源设计实例
10.1 主电路结构
10.2 控制电路和保护电路
10.3 驱动电路
10.4 电流检测电路
10.5 参数选择
10.5.1 输入滤波电容
10.5.2 高频变压器
10.5.3 谐振电感
10.5.4 输出滤波电感
10.5.5 输出滤波电容
10.5.6 主功率管的选择
10.5.7 输出整流二极管的选择
10.6 实验结果和讨论
本章小结
附录 CDRZVSPWM全桥变换器工作在DCM时ILfmin_DCM、ILfmax_DCM和IG的推导
参考文献

现代电力电子核心技术：脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术（第二版） 引言 在飞速发展的现代电子技术领域，能源的有效利用和高效转换是驱动创新的核心动力之一。从掌上设备到大型工业系统，DC/DC变换器作为连接不同电压直流源的关键节点，其性能直接关系到整个系统的效率、可靠性和体积。脉宽调制（PWM）DC/DC变换器，尤其是全桥拓扑，因其固有的功率处理能力和电压转换灵活性，在众多应用中占据着举足轻重的地位。然而，传统的硬开关工作模式在高频化和高效率追求的道路上，面临着开关损耗大、电磁干扰强、器件应力高等严峻挑战。 为了突破这些瓶颈，软开关技术应运而生，并逐渐成为高品质DC/DC变换器设计的必然选择。软开关，顾名思义，是指在功率开关器件的开关过程中，使其电压和电流的乘积（即瞬时功率损耗）尽可能趋近于零，从而大幅降低开关损耗，提高变换器的工作效率。本文力求深入剖析脉宽调制DC/DC全桥变换器中软开关技术的方方面面，旨在为广大电力电子工程师、科研人员以及相关专业的学生提供一本全面、深入且实用的参考书籍。 本书内容概述 本书在第一版的基础上，结合近年来电力电子技术发展的最新动态和研究成果，对全桥变换器软开关技术进行了全面的更新与深化。本书内容逻辑清晰，结构严谨，从理论基础到实际应用，力求覆盖从入门到精通的各个层面。 第一部分：全桥变换器基础与硬开关分析 在深入探讨软开关技术之前，本书首先回顾了脉宽调制DC/DC全桥变换器的基本工作原理。我们将从最基础的全桥拓扑结构入手，详细解析其在不同开关状态下的电压电流关系，理解功率开关器件（如MOSFET、IGBT）的作用以及输出电压的形成过程。 随后，本书将聚焦于传统的硬开关模式，深入剖析其存在的局限性。我们将量化分析开关损耗的来源，包括关断损耗、导通损耗以及电容损耗等，并探讨这些损耗如何影响变换器的效率、温升和可靠性。此外，硬开关模式下产生的瞬态电压和电流冲击，如何引发电磁干扰（EMI）和对功率器件造成过应力，也将进行详尽的阐述。通过对硬开关模式的深入理解，读者将能更清晰地认识到引入软开关技术的必要性和迫切性。 第二部分：软开关技术的核心原理与分类 软开关技术是本书的核心内容。我们将从物理层面深入解析“零电压开关（ZVS）”和“零电流开关（ZCS）”这两种最基本的软开关实现方式。 零电压开关（ZVS）：重点阐述ZVS的工作机理，即在功率器件关断前，通过利用寄生电容的充放电效应，使其两端电压在导通瞬间为零。我们将详细分析实现ZVS所需的条件，包括死区时间的控制、环流电流的产生与利用，以及不同拓扑结构（如全桥、半桥）下实现ZVS的典型方法（如利用漏感、励磁电感等）。 零电流开关（ZCS）：深入介绍ZCS的工作原理，即在功率器件导通前，通过某种电路结构使其电流在导通瞬间为零。我们将探讨实现ZCS的常用技术，例如利用谐振电路、缓冲电路等，并分析其在全桥变换器中的应用场景和优缺点。 在掌握了ZVS和ZCS的基本原理后，本书将在此基础上，介绍更广泛的软开关技术分类。我们将探讨如何根据实现方式的不同，将软开关技术划分为： 谐振软开关（Resonant Soft Switching）：包括零电压零电流（ZVZCS）谐振变换器。详细介绍各类谐振变换器（如Series Resonant Converter, Parallel Resonant Converter, Series-Parallel Resonant Converter）的工作原理，分析其在实现软开关方面的优势与挑战，以及在实际应用中面临的复杂控制问题。 辅助开关软开关（Auxiliary Resonant Commutation）：介绍通过增加辅助电路来实现软开关的技术，如使用辅助开关和谐振网络来产生移相或谐振过程，从而达到器件的零电压或零电流开通/关断。我们将分析不同辅助开关拓扑的结构特点、工作模式和损耗分析。 移相全桥变换器（Phase-Shifted Full-Bridge Converter）：作为全桥变换器中最具代表性的软开关技术之一，本书将对此进行重点深入的讲解。详细分析移相控制实现ZVS的机理，包括移相角度的控制、死区时间的优化、以及环流电流的影响。我们将详细解析不同移相策略的优缺点，以及其在不同工作模式下的性能表现。 第三部分：全桥变换器软开关技术的实现方法与设计考量 本部分将从工程实践的角度，详细探讨在实际全桥DC/DC变换器设计中，如何有效地实现和优化软开关技术。 ZVS实现策略：我们将深入分析实现ZVS的各种具体方法，包括： 利用漏感与励磁电感：详细说明如何通过合理设计变压器漏感和励磁电感，在全桥变换器的死区时间内，引导电流的流动，实现功率器件的ZVS导通。我们将提供计算和设计指导，以确保电感的参数选择能够满足ZVS的条件。 采用辅助开关电路：介绍不同类型的辅助开关软开关电路，如基于谐振网络的辅助电路，以及其在全桥变换器中的具体集成方法。我们将分析辅助电路的损耗和对主电路的影响。 多重谐振技术：探讨更复杂的谐振技术，如零电压零电流（ZVZCS）谐振变换器，分析其工作模式、控制策略以及在实现高效率方面的潜力。 ZCS实现策略：虽然ZVS在全桥变换器中更为常见，但本书也会适度探讨ZCS的实现可能性，尤其是在特定应用场景下，例如作为ZVS的补充或在某些特殊拓扑中。 器件选择与驱动：软开关技术对功率开关器件的性能要求更高。我们将讨论如何根据软开关工作模式，选择合适的功率器件（MOSFET、IGBT、SiC、GaN器件），并重点分析对驱动电路的要求，包括驱动电压、驱动电流、以及如何优化驱动信号以配合软开关过程。 变压器设计：变压器的漏感和励磁电感在实现软开关中扮演着关键角色。本书将提供变压器设计的详细指导，包括漏感的控制、励磁电感的选择、以及如何通过绕组结构优化漏感分布，以达到最佳的软开关效果。 控制策略与死区时间优化：控制算法对于软开关的实现至关重要。我们将详细讲解如何设计合适的控制策略，包括移相控制、脉冲频率调制（PFM）控制等，并重点探讨死区时间的设计与优化。过长或过短的死区时间都会对软开关效果、器件应力以及变换器效率产生显著影响。 电路参数的计算与仿真：本书将提供一系列实用的计算公式和设计流程，帮助读者快速准确地计算关键电路参数，如电感值、电容值、死区时间等。同时，也将鼓励并指导读者利用仿真软件（如MATLAB/Simulink, PSIM, PSpice等）对设计进行验证和优化。 第四部分：全桥变换器软开关技术的应用与挑战 在掌握了软开关技术的核心原理和实现方法后，本书将进一步探讨其在不同领域的应用，并分析当前面临的挑战和未来的发展趋势。 典型应用领域： 通信电源：高效率、低EMI的特点使其成为通信电源的理想选择。 服务器电源：满足高功率密度和高效率要求。 电动汽车充电桩：在高功率、高效率和可靠性方面有突出优势。 工业电源：在各种工业设备中实现高效的能量转换。 新能源领域：如太阳能逆变器、储能系统中的DC/DC环节。 面临的挑战： 复杂性：软开关电路的设计和控制相对复杂，对工程师的技术水平要求较高。 寄生参数的影响：PCB寄生电感、电容以及器件的寄生参数对软开关效果的实现可能产生不利影响。 轻载效率问题：在轻载条件下，实现软开关的难度增加，可能导致效率下降。 可靠性与稳定性：如何保证软开关在各种工作条件下都能稳定可靠地工作。 未来发展趋势： 新型器件的应用：SiC、GaN等宽禁带半导体器件在软开关技术中的应用，将进一步提升变换器的性能。 集成化设计：将软开关电路与主电路集成，实现更高的功率密度和更低的成本。 智能化控制：利用先进的控制算法和人工智能技术，实现更优化的软开关控制。 多目标优化：在效率、体积、成本、EMI等多个目标之间进行权衡与优化。 结论 本书力求以科学严谨的态度，结合丰富的工程实践经验，系统性地呈现脉宽调制DC/DC全桥变换器软开关技术的精髓。我们相信，通过对本书内容的深入学习和理解，读者将能够： 透彻掌握全桥变换器硬开关和软开关的基本原理。 熟练运用各种软开关技术实现方法，并根据具体需求进行设计和优化。 能够独立完成高效率、低EMI的全桥DC/DC变换器的设计与调试。 深刻理解软开关技术在现代电力电子领域的价值与重要性，并能将其应用于未来的工程实践中。 无论您是经验丰富的电力电子工程师，还是初涉此领域的研究者，本书都将是您探索全桥变换器软开关技术不可或缺的宝贵资源。我们期待本书能为推动电力电子技术的发展贡献一份力量。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我感觉自己的知识体系得到了极大的拓展，特别是关于全桥变换器在实际应用中的一些细节问题。书里对脉宽调制（PWM）的讲解，不仅仅停留在理论层面，更深入地探讨了在全桥拓扑下，如何通过精确控制PWM信号来实现高效的功率传递和电压调节。我尤其关注书中关于软开关技术的部分，那些关于如何通过巧妙的设计实现零电压或零电流导通的讲解，让我恍然大悟。之前我总觉得在高频开关时，器件的损耗是不可避免的，但这本书展示了如何通过巧妙的谐振或辅助电路，让开关管在电压或电流为零的时候进行切换，从而极大地降低了开关损耗，这也直接关系到变换器的效率和散热问题。书中通过丰富的图示和详细的公式推导，将复杂的原理变得通俗易懂，这一点对于我这样非理论研究出身的工程师来说，帮助尤为巨大。我特别喜欢书中对不同软开关策略的比较分析，这让我能够根据实际应用的需求，选择最适合的方案。

评分☆☆☆☆☆

这本书为我打开了DC/DC变换器领域的一扇新窗口，特别是关于软开关技术在全桥变换器中的应用，让我对功率变换的效率和性能有了全新的认识。我一直认为，随着电子设备的功耗越来越大，对电源效率的要求也越来越高，而软开关技术正是实现这一目标的关键。书中对不同软开关实现方式的详细阐述，以及在不同工况下的性能评估，都给我留下了深刻的印象。例如，关于如何设计谐振电路来辅助实现零电压开关，以及如何通过控制驱动信号的死区时间来避免直通，这些技术细节的讲解，对于实际电路的设计和调试至关重要。第二版的内容更新，也让我看到了作者紧跟技术前沿的努力，例如，书中对新型半导体器件在软开关技术中的应用，以及对变换器控制算法的最新进展的介绍，都为我提供了宝贵的参考信息。这本书不仅是一本技术手册，更是一本启发思路、引领创新的宝典。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容深度和广度都让我印象深刻，尤其是在全桥变换器设计和分析方面。我原本以为我对全桥拓扑已经有了相当的了解，但这本书的第二版在很多细节和前沿技术上都给了我新的启发。比如，书中对于不同软开关技术的优缺点分析，以及在不同工作条件下的适用性，都写得非常到位。我特别欣赏作者在讲解时，不仅仅给出理论公式，还结合了实际的电路图和仿真结果，这让抽象的概念变得具体化，更容易理解和掌握。例如，关于如何通过调整移相角度来优化功率传输效率，以及如何处理并联和串联变换器中的均流问题，这些在实际工程中非常关键的细节，书中都有深入的探讨。此外，第二版对一些新型的软开关实现方法，比如自适应控制和多模态控制，也进行了介绍，这让我看到了未来DC/DC变换器技术的发展方向。总的来说，这本书是一本非常扎实的专业书籍，适合那些希望在电力电子领域有更深造诣的读者。

评分☆☆☆☆☆

在阅读这本书的过程中，我深刻体会到了作者在电力电子领域的深厚造诣。这本书不仅仅是关于脉宽调制和全桥变换器，更是一部关于如何精益求精、追求极致效率的实践指南。我一直对软开关技术在降低EMI方面的作用感到好奇，而这本书在这方面给出了非常详尽的解答。它不仅解释了软开关如何通过减少dV/dt和dI/dt来抑制EMI的产生，还提供了多种具体的实现方法和设计技巧，这对于我理解和解决实际工程中的EMI问题非常有帮助。我特别喜欢书中对于不同软开关策略的权衡和选择的分析，例如，零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）在不同负载和输入电压下的性能差异，以及如何通过组合策略来获得最佳效果。书中大量的实例分析和设计流程，让我能够将理论知识转化为实际的设计能力，这对我从事电力电子产品的研发工作具有非常重要的指导意义。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁大气，配色沉稳，透着一股严谨的学术气息。书名“脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术（第二版）”直击主题，点出了核心技术和应用领域，让人一眼就能看出其专业性和深度。作为一名电力电子领域的初学者，我一直对DC/DC变换器，尤其是全桥拓扑的功率转换效率和电磁兼容性问题感到好奇。传统硬开关技术在高频工作时产生的损耗和EMI问题常常令人头疼。而“软开关技术”这个词，在我看来，就像是为解决这些难题打开了一扇新世界的大门。我尤其期待书中能详细阐述软开关是如何实现的，是通过什么巧妙的电路设计来规避开关损耗和EMI的？例如，移相控制、零电压开关（ZVS）、零电流开关（ZCS）等这些概念，我只在文献中零星看到过，希望能在这本书里得到系统性的讲解和深入的剖析。同时，第二版意味着内容上应该有所更新和完善，不知道是否加入了最新的技术进展、新的应用案例，或者对原有内容的补充和修正，这让我对这本书的含金量充满了期待。总而言之，这本书从外观到书名，都散发着一种专业、前沿、值得深入研究的气质，非常吸引我这个渴望学习新知识的读者。

评分☆☆☆☆☆

挺不错的

评分☆☆☆☆☆

正版

评分☆☆☆☆☆

挺不错的

评分☆☆☆☆☆

正版

评分☆☆☆☆☆

挺不错的

评分☆☆☆☆☆

挺不错的

评分☆☆☆☆☆

正版

评分☆☆☆☆☆

正版

评分☆☆☆☆☆

挺不错的