開關電源的原理與設計（修訂版）

第1篇PWM開關變換器的基本原理
第1章開關變換器概論
1.1什么是開關變換器和開關電源
1.2DC-DC變換器的基本手段和分類
1.3DC-DC變換器主回路使用的元件及其特性
1.3.1開關
1.3.2電感
1.3.3電容
1.4DC-DC變換器發(fā)展歷程.現(xiàn)狀和趨勢
1.4.1開關電源技術發(fā)展的歷程
1.4.220世紀推動開關電源發(fā)展的主要技術
1.4.3開關電源技術發(fā)展方向
1.4.4大電容技術
第2章基本的PVM變換器主電路拓撲
2.1Buck變換器
2.1.1線路組成
2.1.2工作原理
2.1.3電路各點的波形
2.1.4主要概念與關系式
2.1.5穩(wěn)態(tài)特性的分析
2.2Boost變換器
2.2.1線路組成
2.2.2工作原理
2.2.3電路各點的波形
2.2.4主要概念與關系式
2.2.5穩(wěn)態(tài)特性的分析
2.2.6紋波電壓的分析及減少方法
2.3Buck-Boost變換器
2.3.1線路組成
2.3.2工作原理
2.3.3電路各點的波形
2.3.4主要概念與關系式
2.3.5優(yōu)缺點
2.4Cuk變換器
2.4.1線路組成
2.4.2工作原理
2.4.3電路各點的波形
2.4.4主要概念與關系式
2.5四種基本型變換器的比較
2.6四種基本型三電平變換器
2.6.1Buck三電平變換器電路與工作原理
2.6.2Buck三電平變換器輸出電壓與輸出電流的關系
2.6.3濾波器設計
2.6.4Boost.Buck-BoostCuk三電平變換器
第3章帶變壓隔離器的DC-DC變換器拓撲
3.1變壓隔離器的理想結(jié)構(gòu)
3.2單端變壓隔離器的磁復位技術
3.3自激推挽式變換器的工作原理
3.4能量雙向流動的DC-DC變壓隔離器
3.5隔離式三電平變換器
3.5.1正激變換器3L線路
3.5.2半橋.全橋變換器3L線路
第4章變換器中的功率開關元件及其驅(qū)動電路
4.1雙極型晶體管
4.1.1晶體管的開關過程
4.1.2開關時間的物理意義及減小的方法
4.1.3抗飽和技術
4.2雙極型晶體管的基極驅(qū)動電路
4.2.1一般基極驅(qū)動電路
4.2.2高壓雙極型晶體管基極驅(qū)動電路
4.2.3比例基極驅(qū)動電路
4.3功率場效應管
4.3.1功率場效應管的主要參數(shù)
4.3.2功率場效應管的靜態(tài)特性
4.3.3MOSFEW的體內(nèi)二極管
4.4功率場效應管的驅(qū)動問題
4.4.1一般要求
4.4.2MOSFET的驅(qū)動電路
4.5絕緣柵雙極晶體管
4.5.1IGBT結(jié)構(gòu)與工作原理
4.5.2IGBT的靜態(tài)工作特性
4.5.3IGBT的動態(tài)特性
4.5.4IGBT的柵極驅(qū)動及其方法
4.6開關元件的安全工作區(qū)及其保護
4.6.1雙極型晶體管二次擊穿原因及對SOA的影響
4.6.2安全工作區(qū)(SOA)
4.6.3保護環(huán)節(jié)--RC緩沖器
第5章磁性元件的特性與計算
5.1概述
5.1.1在開關電源中磁性元件的作用
5.1.2掌握磁性元件對設計的重要意義
5.1.3磁性材料基本特性的描述
5.1.4磁心型號對照表
5.2磁性材料及鐵氧體磁性材料
5.2.1磁心磁性能
5.2.2磁心結(jié)構(gòu)
5.3高頻變壓器設計方法
5.3.1變壓器設計方法之一--面積乘積(AP)法
5.3.2變壓器設計方法之二--幾何參數(shù)(KG)法
5.4電感器設計方法
5.4.1電感器設計方法之一--面積乘積(AP)法
5.4.2電感器設計方法之二--幾何參數(shù)(KG)法
5.4.3無直流偏壓的電感器設計
5.5抑制尖波線圈與差模.共模扼流線圈
5.5.1抑制尖波的電磁線圈
5.5.2差模與共模扼流線圈
5.5.3使用對絞線時干擾的抑制
5.5.4使用電纜線時干擾的抑制
5.6非晶.超微晶(納米晶)合金軟磁材料特性及應用
5.6.1非晶合金軟磁材料的特性
5.6.2超微晶合金軟磁材料的特性
5.6.3非晶.超微晶合金軟磁材料的應用
第6章開關電源占空比控制芯片及集成開關變換器的原理與應用
6.1開關電源系統(tǒng)的隔離技術
6.2開關電源PWM控制芯片及智能功率開關
6.2.11524/2524/3524芯片簡介
6.2.2芯片的工作過程
6.3適用于功率場效應管控制的IC芯片
6.3.11525A與1524的差別
6.3.21525A／1527A的應用
6.4電流控制型脈寬調(diào)制器
6.4.1UC1846／UC1847工作原理及方框圖
6.4.21842/284/38428腳脈寬調(diào)制器
6.5智能功率開關及其應用
6.5.1概述
6.5.2工作原理
6.6便攜式設備中電源使用的集成塊
6.6.1簡介
6.6.2MAX863芯片的應用
6.6.3MAX624芯片的應用及設計方法
第7章功率整流管
7.1功率整流二極管
7.1.1功率整流二極管模型
7.1.2功率二極管的主要參數(shù)
7.1.3幾種快速開關二極管
7.2同步整流技術
7.2.1概述
7.2.2同步整流技術的基本原理
7.2.3同步整流驅(qū)動方式
7.2.4同步整流電路
7.2.5SR-Buck變換器
7.2.6SR-正激變換器
7.2.7SR-反激變換器
第8章有源功率因數(shù)校正器
8.1AC-DC電路的輸人電流諧波分量
8.1.1諧波電流對電網(wǎng)的危害
8.1.2AC-DC變流電路輸入端功率因數(shù)
8.1.3對AC-DC電路輸入端諧波電流限制
8.1.4提高AC-DC電路輸入端功率因數(shù)和減小輸入電流諧波的主要方法
8.2功率因數(shù)和THD
8.2.1功率因數(shù)的定義
8.2.2AC-DC電路輸入功率因數(shù)與諧波的關系
8.3Boost功率因數(shù)校正器(PFC)的工作原理
8.3.1功率因數(shù)校正的基本原理
8.3.2Boost有源功率因數(shù)校正器(APFC)的主要優(yōu)缺點
8.4APFC的控制方法
8.4.1常用的三種控制方法
8.4.2電流峰值控制法
8.4.3電流滯環(huán)控制法
8.4.4平均電流控制法
8.4.5PFC集成控制電路UC3854A／B簡介
8.5反激式功率因數(shù)校正器
8.5.1DCM反激功率因數(shù)校正電路的原理
8.5.2等效輸入電阻尺,
8.5.3平均輸出電流和輸出功率
8.5.4DCM反激變換器等效電路平均模型
第9章開關電源并聯(lián)系統(tǒng)的均流技術
9.1概述
9.2開關電源并聯(lián)系統(tǒng)常用的均流方法
9.2.1輸出阻抗法
9.2.2主從設置法
9.2.3按平均電流值自動均流法
9.2.4最大電流法自動均流
9.2.5熱應力自動均流法
9.2.6外加均流控制器均流法
第10章開關電源的小信號分析及閉環(huán)穩(wěn)定和校正
10.1概述
10.2電感電流連續(xù)時的狀態(tài)空間平均法
10.3電流連續(xù)時的平均等效電路標準化模型
10.4電流不連續(xù)時標準化模型
10.5復雜變換器的模型
10.6用小信號法分析有輸入濾波器時開關電源的穩(wěn)定問題
10.7開關電源控制原理及穩(wěn)定問題
10.7.1閉環(huán)及開環(huán)控制
10.7.2開關電源結(jié)構(gòu)框圖
10.8穩(wěn)定判別式波德圖繪制
10.8.1常見環(huán)節(jié)的幅頻特性和相頻特性
10.8.2快速繪制開環(huán)對數(shù)特性曲線的方法
10.8.3用開環(huán)特性分析系統(tǒng)的動態(tài)性能
10.9實測波德圖的方法及相關設備
10.9.1開環(huán)系統(tǒng)直接注人法
10.9.2閉環(huán)回路直接注入法
10.10測定波德圖,確定誤差放大器的參數(shù)
10.10.1TL431相關測定技術
10.10.2提高穩(wěn)定性的設計方法
10.10.3參數(shù)變化影響趨勢的分析
第2篇PWM開關變換器的設計與制作
第11章反激變換器的設計
11.1概述
11.1.1電磁能量儲存與轉(zhuǎn)換
11.1.2工作方式的進一步說明
11.1.3變壓器的儲能能力
11.1.4反激變換器的同步整流
11.2反激式變換器的設計方法舉例
11.2.1電源主回路
11.2.2變壓器設計
11.2.3設計112W反激變壓器
11.2.4設計中的幾個問題
11.2.5計算變壓器的另一種方法
11.3反激變換器的緩沖器設計
11.3.1反激變換器的開關應力
11.3.2跟蹤集電極電壓鉗位環(huán)節(jié)
11.3.3緩沖器環(huán)節(jié)工作波形
11.3.4緩沖器參數(shù)的確定
11.3.5低損耗緩沖器
11.4雙晶體管的反激變換器
11.4.1概述
11.4.2工作原理
11.4.3工作特點
11.4.4緩沖器
11.4.5工作頻率
11.4.6驅(qū)動電路
11.4.7變壓器設計注意漏電感和匝數(shù)
第12章單端正激變換器的設計
12.1概述
12.2工作原理
12.2.1電感的最小值與最大值
12.2.2多路輸出
12.2.3能量再生線圈P2的工作原理
12.2.4單端正激變換器同步整流
12.2.5正激變換器的優(yōu)缺點
12.3變壓器設計方法
12.3.1方法一
12.3.2方法二
第13章雙晶體管正激變換器的設計
13.1概述
13.1.1線路組成
13.1.2工作原理
13.1.3電容C的作用
13.2雙晶體管正激變換器變壓器設計
13.3正激變換器的閉環(huán)控制及參數(shù)計算
13.3.1UPC1099的極限使用值和主要電性能
13.3.2UPC1099的應用
第14章半橋變換器的設計
14.1半橋變換器的工作原理
14.2偏磁現(xiàn)象及其防止方法
14.2.1偏磁的可能性
14.2.2串聯(lián)耦合電容改善偏磁性能
14.2.3串聯(lián)耦合電容的選擇
14,2.4階梯式趨向飽和的可能性及其防止
14.2.5直通的可能性及其防止
14.3軟啟動及雙倍磁通效應
14.3.1雙倍磁通效應
14.3.2軟啟動線路
14.4變壓器設計
14.5控制電路
第15章橋式變換器的設計
15.1概述
15.2工作原理
15.2.1概述
15.2.2工作過程
15.2.3緩沖器的組成及作用
15.2.4瞬變時的雙倍磁通效應
15.3變壓器設計方法
15.3.1設計步驟及舉例
15.3.2幾個問題
第16章雙驅(qū)動變壓器推挽變換器的設計
16.1概述
16.1.1線路結(jié)構(gòu)
16.1.2工作原理
16.1.3各點波形
16.2開關功率管的緩沖環(huán)節(jié)
16.3推挽變換器中變壓器的設計
第17章H7C1為材質(zhì)PQ磁心高頻變壓器的設計
17.1損耗及設計原則簡介
17.1.1設計原則
17.1.2滿足設計原則的條件
17.2表格曲線化的設計方法
17.2.1表17.1的形成與說明
17.2.2擴大表17.1的使用范圍
第18章電子鎮(zhèn)流器的設計
18.1概述
18.1.1熒光燈
18.1.2熒光燈的結(jié)構(gòu)及伏安特性
18.1.3高頻電子鎮(zhèn)流器的基本結(jié)構(gòu)
18.2半橋串聯(lián)諧振式電子鎮(zhèn)流器
18.3帶有源.無源功率因數(shù)電路的電子鎮(zhèn)流器
18.3.1有源功率因數(shù)校正電子鎮(zhèn)流器
18.3.2無源功率因數(shù)校正電子鎮(zhèn)流器
第19章開關電源設計與制作的常見問題
19.1干擾與絕緣
19.1.1干擾問題及標準
19.1.2隔離與絕緣
19.2效率與功率因數(shù)
19.2.1高效率與高功率密度
19.2.2高功率因數(shù)
19.3智能化與高可靠性
19.4高頻電流效應與扁平變壓器設計
19.4.1趨膚效應和鄰近效應的產(chǎn)生
19.4.2扁平變壓器的設計
第3篇軟開關-PWM變換器
第20章軟開關功率變換技術
20.1硬開關技術與開關損耗
20.2高頻化與軟開關技術
20.3零電流開關和零電壓開關
20.4諧振變換器
20.5準諧振變換器
20.6多諧振變換器概述
第21章ZCS-PWM和ZVS-PWM變換技術
21.1ZCS-PWM變換器
21.1.1工作原理
21.1.2運行模式分析
21.1.3分析
21.1.4ZCS-PWM變換器的優(yōu)缺點
21.2ZVS-PWM變換器
21.2.1工作原理
21.2.2運行模式分析
21.2.3分析
21.2.4ZVS-PWM變換器的優(yōu)缺點
第22章零轉(zhuǎn)換-PWM軟開關變換技術
22.1零轉(zhuǎn)換-PWM變換器
22.2ZCT-PWM變換器
22.2.1工作原理
22.2.2運行模式分析
22.2.3ZCT-PWM變換器的優(yōu)缺點
22.2.4數(shù)例分析
22.3三端ZCT-PWM開關電路
22.4ZVT-PWM變換器
22.4.1工作原理
22.4.2運行模式分析
22.4,3ZVT-PWM變換器的優(yōu)缺點
22.4.4應用舉例
22.4.5三端零電壓開關電路
22.4.6雙管正激ZVT-PWM變換器
第23章移相控制全橋ZVS-PWM變換器
23.1DC-DCFBZVS-PWMDC-DC變換器的工作原理
23.2PSCFBZVS-PWM變換器運行模式分析
23.3PSCFBZVS-PWM變換器幾個問題的分析
23.3.1占空比分析
23.3.2PSCFBZVS-PWM變換器兩橋臂開關管的ZVS條件分析
23.4PSCFBZCZVS-PWM變換器
第24章有源鉗位軟開關PWM變換技術
24.1概述
24.2有源鉗位電路
24.3有源鉗位ZVS-PWM正激變換器穩(wěn)態(tài)運行分析
24.4有源鉗位并聯(lián)交錯輸出的反激變換器
24.5有源鉗位反激-正激變換器
第4篇開關電源的計算機輔助分析與設計
第25章開關電源的計算機仿真
25.1電力電子電路的計算機仿真技術
25.1.1計算機仿真技術
25.1.2電路仿真分析(建模)方法
25.1.3SPICE和PSPICE仿真程序
25.2用SPICE和PSPICE通用電路模擬程序仿真開關電源
25.2.1概述
25.2.2功率半導體開關管的SPICE仿真模型
25.2.3控制電路的SPICE仿真模型
25.2.4正激PWM開關電源的SPICE仿真
25.2.5推挽式PWM開關電源的PSPICE仿真及補償網(wǎng)絡參數(shù)優(yōu)化選擇
25.3離散時域法仿真
25.3.1概述
25.3.2數(shù)值法求解分段線性網(wǎng)絡的狀態(tài)方程
25.3.3求解網(wǎng)絡拓撲的轉(zhuǎn)換時刻(邊界條件)
25.3.4非線性差分方程(大信號模型)
25.3.5小信號模型
25.3.6程序框圖
25.3.7仿真計算舉例
第26章開關電源的最優(yōu)設計
26.1概述
26.1.1可行設計
26.1.2最優(yōu)設計
26.1.3開關電源的主要性能指標
26.2工程最優(yōu)化的基本概念
26.2.1優(yōu)化設計模型
26.2.2設計變量
26.2.3目標函數(shù)
26.2.4約束
26.2.5優(yōu)化數(shù)學模型的一般形式
26.2.6工程優(yōu)化設計的特點
26.3應用最優(yōu)化方法的幾個問題
26.3.1最優(yōu)解的性質(zhì)
26.3.2初始點的選擇
26.3.3收斂數(shù)據(jù)
26.3.4變量尺度的統(tǒng)一
26.3.5約束值尺度的統(tǒng)一
26.3.6多目標優(yōu)化問題
26.4DC-DC橋式開關變換器的最優(yōu)設計
26.4.1DC-DC半橋式PWM開關變換器主要電路的優(yōu)化設計
26.4.2開關.整流濾波電路的優(yōu)化設計數(shù)學模型
26.4.3變壓器的優(yōu)化設計數(shù)學模型
26.4.4半橋PWM開關變換器優(yōu)化設計的實現(xiàn)
26.4.55V／500W輸出DCDC半橋PWM開關變換器優(yōu)化設計舉例
26.4.6DC-DC全橋ZVS-PWM變換器主電路的優(yōu)化設計
26.5單端反激PWM開關變換器的優(yōu)化設計
26.5.1數(shù)學模型概述
26.5.2多路輸出等效為一路輸出的方法
26.5.3優(yōu)化設計舉例
26.6PWM開關電源控制電路補償網(wǎng)絡的優(yōu)化設計
26.6.1概述
26.6.2開關電源瞬態(tài)響應特性簡介
26.6.3開關變換器的頻域特性
26.6.4PWM開關變換器小信號模型
26.6.5瞬態(tài)優(yōu)化設計數(shù)學模型
26.6.6計算舉例
26.7DC-DC全橋移相式ZVS-PWM開關電源補償網(wǎng)絡的最優(yōu)設計
26.7.1主電路及電壓.電流波形
26.7.2FBZVS-PWM變換器小信號模型
26.7.3FBZVS-PWM變換器主電路傳遞函數(shù)及頻率特性
26.7.4FBZVS-PWM開關電源補償網(wǎng)絡最優(yōu)設計模型
26.7.5典型設計舉例
參考文獻