电源变换基础及应用

第Ⅰ部分 电源变换器稳态特性 2

第1章 电源变换器稳态分析原理 2

1.1 引言 2

1.2 电感伏秒平衡、电容安秒平衡及小扰动近似 4

1.3 典型Boost变换器 7

1.4 典型Cuk变换器 11

1.5 输出电压扰动估计 14

习题1 16

第2章 稳态等效电路分析 18

2.1 直流变压器模型 18

2.2 含电感铜损的模型 19

2.3 等效模型构成 22

2.3.1 电感电压方程 22

2.3.2 电容电流方程 22

2.3.3 完整电路模型 22

2.3.4 效率 23

2.4 含半导体损耗等效模型 24

2.5 仿真示例 26

习题2 28

第3章 不连续导通模式 30

3.1 不连续导通模式的原因及临界值 30

3.2 变换率分析 33

3.3 Boost变换器举例 36

3.4 变换器DCM仿真 40

3.4.1 Buck变换器DCM仿真 40

3.4.2 Boost变换器DCM仿真 41

习题3 42

第4章 电源变换器电路 44

4.1 电路变换 44

4.1.1 负载和电源倒置 44

4.1.2 变换器级联 45

4.1.3 三端元件旋转 47

4.1.4 负载差分连接 48

4.2 单、双电感变换器 51

4.3 隔离变换器 54

4.3.1 桥式变换器 56

4.3.2 正激变换器 60

4.3.3 推挽变换器 64

4.3.4 反激变换器 66

4.3.5 Sepic和Cuk变换器 68

4.3.6 Sepic和Cuk变换器仿真 70

习题4 72

第Ⅱ部分 电源变换器动态特性 74

第5章 交流等效电路分析 74

5.1 交流等效模型 74

5.2 扰动与线性化 79

5.3 小信号等效电路模型 82

5.4 应用举例——非理想反激变换器 84

5.5 标准电路模型 90

5.6 脉宽调制PWM模型 94

习题5 96

第6章 电源变换器传递函数 97

6.1 概述 97

6.2 Bode图特性 98

6.2.1 单极点 100

6.2.2 单零点 104

6.2.3 右半平面零点：非最小项零点 105

6.2.4 频域逆 105

6.2.5 特性组合 107

6.2.6 平方极点响应：谐振 109

6.2.7 低Q值近似 113

6.3 变换器传递函数分析 115

6.4 阻抗分析 121

6.4.1 串联阻抗 121

6.4.2 串联谐振 122

6.4.3 并联阻抗 124

6.4.4 并联谐振 125

6.4.5 传递函数与阻抗 126

6.5 变换器应用举例 129

习题6 132

第7章 控制器设计 133

7.1 概述 133

7.2 传递函数负反馈 134

7.3 重要参数1/（1＋T）和 T/（1＋T） 137

7.4 稳定性 139

7.4.1 相角裕度 140

7.4.2 相角裕度与品质因数Q 141

7.4.3 瞬态响应与品质因数Q 143

7.5 控制器设计 144

7.5.1 超前PD补偿 145

7.5.2 滞后PI补偿 147

7.5.3 组合PID补偿 148

7.5.4 设计举例 149

7.6 Buck变换器控制器设计 154

7.6.1 变换器设计要求 154

7.6.2 变换器参数计算与选择 154

7.6.3 开环控制 155

7.6.4 闭环控制 156

习题7 161

第8章 输入滤波器设计 163

8.1 EMI和输入滤波器 163

8.2 输入滤波器的影响 166

8.3 含输入滤波器的Buck变换器 167

8.3.1 无阻尼输入滤波 167

8.3.2 阻尼输入滤波 172

8.4 阻尼输入滤波器设计 173

8.4.1 Rf-Cb并联阻尼 174

8.4.2 Rf-Lb并联阻尼 176

8.4.3 Rf｜｜Lb串联阻尼 177

8.4.4 级联滤波器 177

习题8 178

第Ⅲ部分 磁与磁路原理 181

第9章 磁路基本理论 181

9.1 磁与磁路基础 181

9.1.1 基本关系 181

9.1.2 磁路 185

9.2 变压器模型 187

9.2.1 理想变压器 187

9.2.2 磁化电感 187

9.2.3 漏感 189

9.3 磁路损耗 190

9.3.1 铁损 190

9.3.2 低频铜损 192

9.4 典型磁性器件 192

9.4.1 滤波电感 192

9.4.2 交流电感 193

9.4.3 变压器 194

9.4.4 单端反激变压器 194

习题9 195

第10章 电感设计 197

10.1 滤波电感 197

10.2 设计步骤 200

10.3 多绕组磁性器件设计 201

10.3.1 窗口面积配置 201

10.3.2 耦合电感设计 204

10.3.3 设计步骤 206

10.4 应用举例 207

10.4.1 双路输出正激变换器 207

10.4.2 连续导通模式反激变压器 209

习题10 213

第11章 变压器设计 214

11.1 变压器设计基本条件 214

11.1.1 磁芯损耗 214

11.1.2 磁通密度 214

11.1.3 铜损 215

11.1.4 总损耗 216

11.1.5 磁通密度优化 216

11.2 设计步骤 217

11.3 应用举例：单输出隔离型Cuk变换器 218

习题11 221

第Ⅳ部分 新能源发电及变换器应用 223

第12章 风力发电技术 223

12.1 概述 223

12.2 工作原理及特性 224

12.2.1 风力机 224

12.2.2 发电机 225

12.2.3 功率特性 227

12.3 电源变换器在风力发电中的应用 228

习题12 230

第13章 光伏发电技术 231

13.1 概述 231

13.1.1 独立型光伏发电系统 231

13.1.2 并网型光伏发电系统 232

13.1.3 混合型光伏发电系统 232

13.2 工作原理及特性 232

13.2.1 光伏电池的发电原理 233

13.2.2 光伏阵列的输出特性 235

13.3 电源变换器在光伏发电中的应用 237

习题13 238

第14章 氢燃料电池发电技术 239

14.1 概述 239

14.2 PEMFC运行原理及特性 240

14.2.1 PEMFC运行原理 240

14.2.2 PEMFC运行特性 241

14.3 电源变换技术在燃料电池上的应用 243

习题14 245

参考文献 246