高频开关电源集成控制器

　　本书详细介绍了电能变换领域中常用的主流高频开关电源集成控制器的特点、引脚功能、电气参数、工作原理及其典型应用，涉及的控制器包括高频开关电源PWM控制器、功率因数校正器、PFCq-PWMCombo控制器和软开关控制器，基本涵盖了目前高频开关电源的主要应用领域。书中的原始素材均源自全球知名的高频开关电源集成控制器生产商，包括丁I、Infineon、Fairchild、SGS-THOMSON、OnSemiconductor等公司。全书内容广泛，详实权威，重点突出，具有实用性、指导性和资料性，是从事电能变换技术开发、设计和研究的工程技术人员必备的工具书，也可作为电能变换技术爱好者和大、中专院校相关专业广大师生的参考书。序电能是当今最重要的能源形式。很难想像失去电能支撑的文明世界如何运行。在所有的动力资源中，电能使用最方便，适用范围非常广，并且是清洁的。电能变换则是用电之门，是用好电的必由之路。供人类使用的电能都是通过一些方法生产或收集得来的。世界上绝大部分的电能来自发电站，例如水电站、火力发电厂和核电站，发电站是交流电网的源头。燃油发电机是防备电网故障或远离电网的应急和补充。风力发电、潮汐发电等是自然能与电能之间的有效转换。太阳电池是太空最理想的发电装置。燃料电池、锂离子电池、镍氢电池、镍镉电池、铅酸蓄电池等是经过电化学反应而产生电能的固定或移动式电能载体。形形色色的干电池是一次性的微小电能载体。所有称得上"电池"的都是直流电的储蓄体。直接从电网或电池、汲取的原生态的电能（姑且称之为原电）在某种意义上都是"粗电"。在大多数情况下，使用这些"粗电"都不能尽如人意，譬如电网上的电就不一定好使。电网是共用的，宏观上有高峰期和低谷期之分，电网在高峰期和低谷期的电压存在差异；由于不同用户从电网支取电能的时机和电量的不确定性和偶然性，特别是大型设备的起动和停止，足以给邻近电网造成随机的瞬时冲击和定式落差；由于雷电、风暴、炎热等自然因素造成电网扰动甚至供电瞬时中断等，都将给敏感用户带来麻烦：设备运转失常、系统效率降低、计算机数据丢失、逻辑功能混乱，严重时还将造成系统硬件损坏，使系统工作陷于瘫痪。为此需要稳压器和UPS对电网下载的粗电进行整合和修补。由于电池自身具有的电容性，电压瞬时波动可能比电网要小。不过电池在工作中也问题不少，最常见的是电池电量随工作时间的延长或用电量的加大会逐渐衰竭；另外，电池单体的电压较低，很少以其自然形态直接拿来使用，多数是串联或串并联组合，但很难保证串联或串并联组合中的每个单体的特性一致。为此，必须实施合理的充电、放电和监控。太阳电池用来将阳光转换成电能，但阳光的照射会因向背、阴晴、昼夜、四季而不均衡，为此，需要对转换的电能进行收集储存，再经DC-DC或DC-AC变换，获得稳定的直流电和交流电；风力等自然能发电同样受自然因素牵制，借助风力等自然力传动的发电机输出的电力经常处于不稳定状态，也必须实行调整控制。不管是电网、电池还是相对独立的供电系统，都存在电磁环境问题。即在运行中因环境电磁干扰（如雷电、汽车点火引发），或共享电源母线的"惹事"负载设备的电磁干扰，或DC-DC、DC-AC变换装置自身的电磁干扰，都能搅得"四邻不安"。今天的电网面临的承载非常严酷。由于功率半导体开关器件的长足进步、控制技术日益先进，变流设备的功率等级提升极快；又由于采用变流举措的负载设备日益增多，其复杂的负载性质带来的负面影响突出。基于这些因素的电网存在功率因数低下、波形畸变、浪涌、相位丢失等不良境况。因此，电能质量控制刻不容缓，电力补偿、有源滤波、柔性输配电等电能变换技术在电网和用户之间能起到较佳的缓冲匹配作用。能源问题在本世纪仍占据瞩目位置，人们追求在节约电能方面有卓越贡献的高效能供电设备和用电方法。在现实中，相当一部分电能消费是以驱动电动机的形式进行的，如机床、电动工具、电动汽车、城市轻轨、传动系统、机器人、风机、水泵、纺机、空调等等。直接用粗放的原电驱动，免不了要引入串联阻抗或并联阻抗，以控制和调节电动机的运行状态，而这些不得已介入的阻抗会白白消耗电能。为了将这些浪费掉的非常可观的电能拣回来，利用现代电能变换技术对电动机实行变频调速控制，具有很好的节电潜力。照明用电据称占全球总体用电的20％，节电潜力巨大，起源于欧美的绿色照明浪潮大有席卷全球之势。绿色照明的主题词：最小耗电产生最大流明。除了新型电光源和新型发光介质外，以全新的电能变换技术装备的电子镇流器将是实现绿色照明的主要角色。生产力越发展，技术越进步，环境问题越加突出。电能的生产、变换、使用在很大程度上影响到环境。电能的生产一般伴随二氧化碳、二氧化硫气体排放，前者是地球温室效应的参与者，后者是酸雨的成因，两者对环境危害都很大。少一点电能生产却能换得环境少一点恶化。生产发展必然要增加电力的需求，关键在于节约电力，减少电力的浪费。这要求我们的电源装置、电能变换系统提高效率。另外，干净的电磁环境也要求电能变换设备在电磁兼容性方面达标。节约电能、电磁兼容、无环境污染的绿色供电势在必行。21世纪将是科学技术突飞猛进的时代，技术进步定会牵动电能变换技术需求急速膨胀。"电能变换技术丛书"在这一时刻呈献给读者，意在诠释电能变换技术的最新应用。但是电能变换技术是实用性极强的技术，服务于各种领域，内容异常丰富，丛书限于规模实难尽述。不过，我们仍然企望借助几个具有典型意义的层面，如高频功率变换、变频传动、电能质量控制等在学术、产业都呈热点的几个方面展示多彩的电能变换技术应用。丛书主要供中等技术水平的科技人员阅读，在概念和应用实例方面照顾到其他层面的科技人员。丛书的读者定位为电源技术、运动控制、电力电子、电子技术、信息技术、能源转换、过程控制等应用领域的工程技术人员，以及科技爱好者们。读者如能从"电能变换技术丛书"中得到启示，并能在自己的工作实践中获得应用，编者将足以自慰。本丛书从立意到选题到写作内容，定有不足之处，欢迎读者批评斧正。电能变换技术丛书编辑委员会进入21世纪以来，开关式电能变换技术无论是技术理论还是产业进程，都在以爆炸式的速度飞速发展，新技术、新产品不断涌现，而作为高频开关电源产品的控制核心：集成控制器同样在不断地更新。全球集成控制器制造商都争相推出新产品和新技术，以迎合这一发展潮流。目前国内相关出版物中也经常有介绍性文章，但此类介绍比较分散，而且一些已淘汰、即将停产或已经停产的产品也时有罗列，指导作用有限。笔者在北京奥米伽电源技术服务中心参与研究和笔耕多年，接触到不少电能变换集成控制器，今借"电能变换技术丛书"编撰的机会，愿和同仁分享这方面的心得。北京奥米伽电源技术服务中心作为中国科学技术协会继续教育中心和中国继续教育联合学院指定的专业从事电能变换工程技术支持、技术培训和技术服务的专业机构，长期从事电能变换领域的专业技术培训和研修活动，具有颁发《中国继续教育证书》的资格，自1999年以来已先后为国内百余家公司、研究院所、外资机构培训过千余名技术骨干。笔者在与这些工作在一线的工程技术人员的交往中发现，由于种种原因，高频开关电源集成控制器的应用问题长期以来一直是困扰着他们的难题。虽然可以通过各种渠道获取到这些产品的相关资料，但大多是零散的，缺乏实质性的指导意义。在实际开发和研究工作中，往往需要花费大量的时间和精力去查找和消化所需的技术资料。一线的工程技术人员迫切地需要更多的类似于《开关电源技术指南》这样一套既有权威性，又有指导性和参考性的工具书来指导他们日常的开发和研究工作。由于北京奥米伽电源技术服务中心常年与国外知名厂商合作，掌握着最新的技术资料，为了帮助广大从事电能变换技术开发、设计和研究的工程技术人员及时地跟踪并应用国际高频开关电源集成控制器的最新技术，提高我国高频开关电源研发水平，改善产品质量，增强市场竞争力，笔者认为撰写一套有针对性的专业工具书供广大工程技术人员参考是十分必要的。高频开关电源集成控制器是高频开关电源产品的控制核心，广大工程技术人员对这类集成控制器的关注程度也最高。为此，笔者从目前常用的高频开关电源集成控制器中精选出四大类，共26种集成控制器，介绍给读者。本书介绍的四大类高频开关电源集成控制器包括高频开关电源PWM控制器、功率因数校正器、PFC+PWMCombo控制器和软开关控制器，这些产品由美国德州仪器公司（Tex-aslnstrumentslncorporated）、美国安森美半导体公司（OnSemiconductor）、美国飞兆半导体公司（FairchildSemiconductorCorporation）、意法半导体公司（SGS-THOMSONMicro-electronics）和德国英飞凌技术公司（1nfineonTechnologiesAG）等知名国际半导体厂商生产，基本涵盖了目前高频开关电源的主要应用领域。书中介绍了这些高频开关电源集成控制器的特点、引脚功能、电气参数、工作原理及其典型应用。由于本书撰写的目的是向广大从事电能变换技术开发、设计和研究的工程技术人员提供一本内容详实的专业工具书，因此本书中对高频开关电源的基本理论和电路拓扑等问题不作更多的涉及，而更多地侧重于集成控制器本身的原理和应用，有关高频开关电源的基本理论和电路拓扑形式方面的内容，读者可以参考其他相关书籍。本书书稿的录入和排版工作由徐玮玮、张洁共同完成，倪曼春、徐传兰一起绘制了本书中大量的电路图，对他们付出的辛勤劳动深表感谢。本书在筹划、撰写过程中得到了北京奥米伽电源技术服务中心、中国继续教育联合学院、中国电源学会编辑工作委员会、航天科技集团公司、机械工业出版社的大力支持和帮助。美国德州仪器公司、美国安森美半导体公司、美国飞兆半导体公司、意法半导体公司以及德国英飞凌技术公司为本书的编写提供了大量的技术资料，给予了热情的帮助。中国电源学会副理事长倪本来教授、中国运载火箭技术研究院的蒋仁学高级工程师在百忙之中审阅了书稿，提出了许多宝贵的意见和指导性建议，给作者很大的启迪和帮助。机械工业出版社.电工电子分社的牛新国主任、王玫编辑为本书的出版做了大量的工作，使本书得以顺利出版。在此谨向上述单位、公司和个人致以最衷心的感谢。由于笔者水平有限，加之时间极为仓促，书中难免有疏漏和不妥之处，恳请读者批评指正。编著者2003年12月于北京

　　倪海东，中国继续教育联合学院副教授，北京奥米伽电源技术服务中心主任，长期从事电能变换工程技术的研究，开发和教学工作，曾先后主持并参与过数字式调功温控系统、精密数控机床配电系统、移相软开关变换器、超小型高频开关电源、列车荧光灯电子镇流器、高压钠灯电子镇流器、金属卤化物灯电子镇流器、铅酸蓄电池智能充电器、新型便携式充电器、变频器电源系统以及双功能逆变焊机等项目的研制和开发工作，发表论文三十多篇。