双主动全桥DC-DC变换器的理论和应用技术 9787030528964 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

基本信息

书名:双主动全桥DC-DC变换器的理论和应用技术

：88.00元

售价：64.2元,便宜23.8元,折扣72

作者:赵彪,宋强

出版社：科学出版社

出版日期：2017-06-01

ISBN：9787030528964

字数：

页码：228

版次：1

装帧：平装

开本：32开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

本书在概述DAB的产生背景和应用现状的基础上，系统的论述了DAB的基础理论及其应用技术，包括DAB的工作原理、控制方法、解析模型、运行特性、设计实现方法、衍生拓扑、在交直流输、配电系统的应用等。本书研究成果既具有较强的学术价值，又具有较强的工程实用价值，可为电力电子及其相关专业师生、工程技术人员提供学术和工程应用参考。

目录

作者介绍

文摘

序言

新一代电力电子器件驱动的功率变换技术革新 在现代社会，电力电子技术扮演着至关重要的角色，支撑着从微电子设备到大规模能源系统的方方面面。随着科技的飞速发展，对能量转换效率、功率密度、电磁兼容性以及可靠性的要求日益严苛，这促使着功率变换技术的不断演进。特别是直流-直流（DC-DC）变换器，作为连接不同直流电压等级的关键节点，其性能的提升直接关系到整个电力电子系统的效能。 近年来，随着宽禁带半导体材料（如SiC、GaN）的成熟与应用，高开关频率、高耐压、低损耗的功率器件成为可能。这为设计更高效率、更小体积的DC-DC变换器提供了前所未有的机遇。传统的DC-DC变换器拓扑，如Buck、Boost、Buck-Boost等，虽然应用广泛，但在高功率、高电压增益或隔离等需求下，往往面临器件数量多、损耗大、体积庞大等挑战。因此，开发更先进、更高效的DC-DC变换器拓扑，以满足日益增长的市场需求，成为学术界和工业界的研究热点。 谐振软开关技术：迈向高效率的必由之路 高频开关操作是提升功率变换器功率密度的关键，但同时也带来了显著的开关损耗和电磁干扰（EMI）。为了克服这一难题，谐振软开关（Resonant Soft-Switching）技术应运而生。通过在电路中引入谐振单元（通常是电感和电容），使得功率器件在零电压（Zero Voltage Switching, ZVS）或零电流（Zero Current Switching, ZCS）条件下进行开关，从而最大限度地降低开关损耗，并有效抑制EMI。 零电压开关（ZVS）技术，是指在功率器件导通之前，将其两端的电压降低到接近零，然后才触发导通。这可以有效避免器件在承受高电压时发生电流突变，显著降低导通损耗和开关损耗。零电流开关（ZCS）技术，是指在功率器件关断之前，使其流过的电流降低到接近零，然后才触发关断。这可以避免器件在关断时发生电压突变，降低关断损耗。 谐振软开关技术并非单一的方法，而是包含多种实现方式，如谐振腔（Resonant Tank）的设计、谐振频率的控制、以及与PWM（Pulse Width Modulation）控制的结合等。高效的谐振软开关设计需要深入理解谐振电路的动态行为，并精确控制开关时序，以达到最佳的软开关效果。 现代DC-DC变换器拓扑的演进 在传统拓扑的基础上，一系列新型DC-DC变换器拓扑被提出，以应对更复杂的应用场景。这些拓扑通常结合了高频开关、软开关技术以及先进的控制策略，旨在实现更高的效率、更高的功率密度、更好的电磁兼容性以及更优越的性能。 移相控制全桥变换器（Phase-Shifted Full-Bridge Converter）是其中一种典型的代表。它基于半桥或全桥拓扑，通过控制桥臂之间开关器件的移相角度来实现功率的调节。通过引入谐振腔，移相控制全桥变换器能够实现全桥开关器件的ZVS，从而显著降低开关损耗。这种拓扑结构在中高功率应用中具有广泛的应用前景，尤其是在需要隔离的场合。 多相交错技术（Multiphase Interleaving）是将多个相同的DC-DC变换器单元并联，并通过对各单元的开关信号进行合理的时间错开（交错），从而实现整体输出电流纹波的减小和输入电流纹波的降低。这种技术可以有效地提高电流处理能力，减小单个器件的电流应力，并改善散热性能。当与移相控制技术结合时，多相交错全桥变换器能够进一步提升效率和功率密度，并且提供更高的可靠性，因为一个单元的失效不会导致整个系统的崩溃。 谐振变换器（Resonant Converters）作为一类特殊的DC-DC变换器，其核心特点是利用谐振电路来传递能量。例如，LLC谐振变换器，其谐振腔由串联电感、并联电感和电容组成，能够实现全周期ZVS和ZCS，从而实现极高的效率。LLC变换器尤其适合于中高功率、需要隔离的DC-DC转换应用，如服务器电源、电动汽车充电器等。 先进的控制理论与实现 除了拓扑结构和软开关技术，先进的控制理论对于优化DC-DC变换器的性能同样至关重要。传统的PWM控制已经非常成熟，但在实现高精度、宽范围电压调节以及快速动态响应方面，仍有提升空间。 数字控制技术（Digital Control）的兴起，为DC-DC变换器的控制带来了革命性的变化。数字控制器（如DSP、FPGA）具有高度的灵活性和可编程性，能够实现更复杂的控制算法，例如： 模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）：通过预测系统未来的行为，并优化控制指令，以达到最优的性能。 自适应控制（Adaptive Control）：根据系统参数的变化或外部干扰，自动调整控制策略，以保持最佳性能。 高级软开关控制算法：例如，利用数字控制器精确控制谐振腔的动态，以实现最优的ZVS/ZCS效果，并适应负载和输入电压的变化。 数字控制还使得实现功率因数校正（Power Factor Correction, PFC）、并联均流控制（Parallel Current Sharing Control）以及多输出电压调节（Multiple Output Voltage Regulation）等复杂功能变得更加容易。 电磁兼容性（EMC）设计 随着开关频率的不断提高，电磁干扰（EMI）问题变得愈发突出。良好的电磁兼容性设计是DC-DC变换器能否成功应用的关键因素之一。这涉及到： PCB布局与布线优化：减小寄生电感和电容，优化电流回路。 滤波器的设计：有效抑制传导和辐射的电磁干扰。 屏蔽技术：对高频器件和电路进行屏蔽，防止电磁辐射泄露。 软开关技术的应用：正如前文所述，软开关技术本身就能显著降低EMI。 应用领域的拓展 先进的DC-DC变换器技术正在深刻地影响着各个领域，并在不断拓展新的应用边界： 电动汽车（EV）领域：高效率、高功率密度的DC-DC变换器是车载充电器、DC-DC转换器（用于电池管理系统、辅助电源）、以及能量回收系统不可或缺的组成部分。 可再生能源领域：光伏发电系统中的最大功率点跟踪（MPPT）控制器、风力发电系统中的变流器都需要高效的DC-DC变换技术来优化能量的捕获和转换。 数据中心和通信电源：为了满足日益增长的数据处理需求，数据中心需要高密度、高效率的电源解决方案。DC-DC变换器在此扮演着核心角色，为服务器、网络设备等提供稳定的直流电源。 工业自动化和机器人：精密运动控制、机器人驱动系统以及各种工业设备的电源都依赖于高效可靠的DC-DC变换器。 航空航天和国防：在这些对可靠性和性能要求极为苛刻的领域，先进的DC-DC变换器技术为各种关键系统提供可靠的电力供应。 面临的挑战与未来发展趋势 尽管DC-DC变换器技术取得了长足的进步，但仍面临诸多挑战，同时也孕育着新的发展方向： 更高的效率和功率密度：继续探索新的拓扑结构、更优化的器件选择（如SiC、GaN的进一步发展）以及更精密的控制策略，以实现能量转换效率的进一步提升和体积的进一步缩小。 更宽的电压和电流范围：开发能够适应更宽输入电压范围和更大输出电流需求的变换器，特别是在电动汽车和智能电网等领域。 更低的 EMI 和更优的 EMC：随着频率的提高，EMI问题将持续存在，需要新的设计理念和技术手段来解决。 更高的可靠性和寿命：通过改进器件的驱动和散热，以及采用更鲁棒的控制策略，延长变换器的使用寿命。 集成化与智能化：将更多的功能集成到单个芯片或模块中，并利用人工智能等技术实现变换器的自适应、自诊断和自修复能力。 新的材料和器件：例如， GaN-HEMTs 等新一代功率器件的广泛应用，将为DC-DC变换器带来性能上的飞跃。 总而言之，DC-DC变换器作为电力电子技术的核心组成部分，其发展趋势是朝着更高效率、更高功率密度、更优的电磁兼容性、更强的可靠性以及更广泛的应用领域迈进。对新型拓扑、软开关技术、先进控制策略以及新兴材料和器件的深入研究，将持续推动这一领域的革新，为构建更清洁、更高效、更智能的能源未来奠定坚实的基础。