高頻開關電源集成控制器

　　本書詳細介紹了電能變換領域中常用的主流高頻開關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用，涉及的控制器包括高頻開關電源PWM控制器、功率因數(shù)校正器、PFCq-PWMCombo控制器和軟開關控制器，基本涵蓋了目前高頻開關電源的主要應用領域。書中的原始素材均源自全球知名的高頻開關電源集成控制器生產商，包括丁I、Infineon、Fairchild、SGS-THOMSON、OnSemiconductor等公司。全書內容廣泛，詳實權威，重點突出，具有實用性、指導性和資料性，是從事電能變換技術開發(fā)、設計和研究的工程技術人員必備的工具書，也可作為電能變換技術愛好者和大、中專院校相關專業(yè)廣大師生的參考書。序電能是當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)的應急和補充。風力發(fā)電、潮汐發(fā)電等是自然能與電能之間的有效轉換。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、鉛酸蓄電池等是經過電化學反應而產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：設備運轉失常、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，需要對轉換的電能進行收集儲存，再經DC-DC或DC-AC變換，獲得穩(wěn)定的直流電和交流電；風力等自然能發(fā)電同樣受自然因素牽制，借助風力等自然力傳動的發(fā)電機輸出的電力經常處于不穩(wěn)定狀態(tài)，也必須實行調整控制。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。由于功率半導體開關器件的長足進步、控制技術日益先進，變流設備的功率等級提升極快；又由于采用變流舉措的負載設備日益增多，其復雜的負載性質帶來的負面影響突出。基于這些因素的電網(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備和用電方法。在現(xiàn)實中，相當一部分電能消費是以驅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、風機、水泵、紡機、空調等等。直接用粗放的原電驅動，免不了要引入串聯(lián)阻抗或并聯(lián)阻抗，以控制和調節(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)代電能變換技術對電動機實行變頻調速控制，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：最小耗電產生最大流明。除了新型電光源和新型發(fā)光介質外，以全新的電能變換技術裝備的電子鎮(zhèn)流器將是實現(xiàn)綠色照明的主要角色。生產力越發(fā)展，技術越進步，環(huán)境問題越加突出。電能的生產、變換、使用在很大程度上影響到環(huán)境。電能的生產一般伴隨二氧化碳、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。少一點電能生產卻能換得環(huán)境少一點惡化。生產發(fā)展必然要增加電力的需求，關鍵在于節(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備在電磁兼容性方面達標。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世紀將是科學技術突飛猛進的時代，技術進步定會牽動電能變換技術需求急速膨脹。"電能變換技術叢書"在這一時刻呈獻給讀者，意在詮釋電能變換技術的最新應用。但是電能變換技術是實用性極強的技術，服務于各種領域，內容異常豐富，叢書限于規(guī)模實難盡述。不過，我們仍然企望借助幾個具有典型意義的層面，如高頻功率變換、變頻傳動、電能質量控制等在學術、產業(yè)都呈熱點的幾個方面展示多彩的電能變換技術應用。叢書主要供中等技術水平的科技人員閱讀，在概念和應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、運動控制、電力電子、電子技術、信息技術、能源轉換、過程控制等應用領域的工程技術人員，以及科技愛好者們。讀者如能從"電能變換技術叢書"中得到啟示，并能在自己的工作實踐中獲得應用，編者將足以自慰。本叢書從立意到選題到寫作內容，定有不足之處，歡迎讀者批評斧正。電能變換技術叢書編輯委員會進入21世紀以來，開關式電能變換技術無論是技術理論還是產業(yè)進程，都在以爆炸式的速度飛速發(fā)展，新技術、新產品不斷涌現(xiàn)，而作為高頻開關電源產品的控制核心：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品和新技術，以迎合這一發(fā)展潮流。目前國內相關出版物中也經常有介紹性文章，但此類介紹比較分散，而且一些已淘汰、即將停產或已經停產的產品也時有羅列，指導作用有限。筆者在北京奧米伽電源技術服務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服務中心作為中國科學技術協(xié)會繼續(xù)教育中心和中國繼續(xù)教育聯(lián)合學院指定的專業(yè)從事電能變換工程技術支持、技術培訓和技術服務的專業(yè)機構，長期從事電能變換領域的專業(yè)技術培訓和研修活動，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百余家公司、研究院所、外資機構培訓過千余名技術骨干。筆者在與這些工作在一線的工程技術人員的交往中發(fā)現(xiàn)，由于種種原因，高頻開關電源集成控制器的應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品的相關資料，但大多是零散的，缺乏實質性的指導意義。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資料。一線的工程技術人員迫切地需要更多的類似于《開關電源技術指南》這樣一套既有權威性，又有指導性和參考性的工具書來指導他們日常的開發(fā)和研究工作。由于北京奧米伽電源技術服務中心常年與國外知名廠商合作，掌握著最新的技術資料，為了幫助廣大從事電能變換技術開發(fā)、設計和研究的工程技術人員及時地跟蹤并應用國際高頻開關電源集成控制器的最新技術，提高我國高頻開關電源研發(fā)水平，改善產品質量，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人員參考是十分必要的。高頻開關電源集成控制器是高頻開關電源產品的控制核心，廣大工程技術人員對這類集成控制器的關注程度也最高。為此，筆者從目前常用的高頻開關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電源集成控制器包括高頻開關電源PWM控制器、功率因數(shù)校正器、PFC+PWMCombo控制器和軟開關控制器，這些產品由美國德州儀器公司（Tex-aslnstrumentslncorporated）、美國安森美半導體公司（OnSemiconductor）、美國飛兆半導體公司（FairchildSemiconductorCorporation）、意法半導體公司（SGS-THOMSONMicro-electronics）和德國英飛凌技術公司（1nfineonTechnologiesAG）等知名國際半導體廠商生產，基本涵蓋了目前高頻開關電源的主要應用領域。書中介紹了這些高頻開關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用。由于本書撰寫的目的是向廣大從事電能變換技術開發(fā)、設計和研究的工程技術人員提供一本內容詳實的專業(yè)工具書，因此本書中對高頻開關電源的基本理論和電路拓撲等問題不作更多的涉及，而更多地側重于集成控制器本身的原理和應用，有關高頻開關電源的基本理論和電路拓撲形式方面的內容，讀者可以參考其他相關書籍。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服務中心、中國繼續(xù)教育聯(lián)合學院、中國電源學會編輯工作委員會、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、美國安森美半導體公司、美國飛兆半導體公司、意法半導體公司以及德國英飛凌技術公司為本書的編寫提供了大量的技術資料，給予了熱情的幫助。中國電源學會副理事長倪本來教授、中國運載火箭技術研究院的蔣仁學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)合學院副教授，北京奧米伽電源技術服務中心主任，長期從事電能變換工程技術的研究，開發(fā)和教學工作，曾先后主持并參與過數(shù)字式調功溫控系統(tǒng)、精密數(shù)控機床配電系統(tǒng)、移相軟開關變換器、超小型高頻開關電源、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。