开关电源设计与应用

书籍目录

第1章引论

11线性调节器式直流稳压电源与开关调节器式直流稳压电源

111线性调节器式直流稳压电源

112开关调节器式直流稳压电源

12高频开关电源的诞生、结构和定义

121高频开关电源的诞生过程

122现代高频开关电源的定义和结构形式

13开关电源的分类

14对开关电源的要求与发展方向

15高频化进程、推动发展的技术与研发趋势

151开关电源高频化的历史进程

152当前推动开关电源发展的主要技术

153开关电源技术的研发趋势

参考文献

第2章PWM DC/DC变换器

21概述

211PWM DC/DC变换器的定义与工作模式

212PWM DC/DC变换器的工作原理

22PWM DC/DC变换器电路与对偶

221PWM DC/DC变换器的基本电路

222PWM DC/DC变换器的等效电路

223PWM DC/DC变换器的对偶

224功率开关器件的对偶

23隔离式PWM DC/DC变换器

231单端隔离式PWM DC/DC变换器

232正激式PWM DC/DC变换器

233双管正激式PWM DC/DC变换器

234反激式PWM DC/DC变换器

235双端隔离式PWM DC/DC变换器

236PWM DC/DC推挽变换器

237PWM DC/DC半桥变换器和全桥变换器

238隔离式PWM DC/DC变换器的比较

24基本PWM DC/DC变换器的演化与级联

2.4.1基本PWM DC/DC变换器的演化

2.4.2基本PWM DC/DC变换器的级联

25PWM DC/DC变换器模块

26PWM DC/DC变换器所用元件及其特性

261开关管

262二极管

263电感与电容

27PWM DC/DC变换器的功能、组成与它们之间的关系

271PWM DC/DC变换器的功能

272PWM DC/DC变换器的组成

273PWM DC/DC变换器之间的关系

参考文献

第3章PWM DC/DC变换器的原理

31Buck降压式PWM DC/DC变换器

311主电路组成和控制方式

312电感电流连续时Buck变换器的工作原理和基本关系

313电感电流断续时Buck变换器的工作原理和基本关系

314电感电流连续的边界

315Buck降压式PWM DC/DC 变换器的效率

32Boost升压式PWM DC/DC 变换器

321主电路组成和控制方式

322电感电流连续时Boost升压式PWM DC/DC变换器的工作原理和基本关系

323电感电流断续时Boost升压式PWM DC/DC变换器的工作原理和基本关系

324电感电流连续的边界

33BuckBoost升降压式PWM DC/DC变换器

331主电路组成和控制方式

332电流连续时BuckBoost升降压式PWM DC/DC变换器的工作原理和基本关系

333电流断续时BuckBoost变换器的工作原理和基本关系

334电感电流连续的边界

34Cuk PWM DC/DC 变换器

341主电路组成和控制方式

342电流连续时Cuk变换器的工作原理和基本关系

343电流断续时Cuk变换器的工作原理和基本关系

344两个电感有耦合的Cuk变换器

35Zeta PWM DC/DC变换器

351主电路组成和控制方式

352电流连续时Zeta变换器的工作原理和基本关系

353电流断续时Zeta变换器的工作原理和基本关系

36SEPIC PWM DC/DC变换器

361主电路组成和控制方式

362电流连续时SEPIC变换器的工作原理和基本关系

37正激式(Forward)PWM变换器

371主电路组成和控制方式

372电流连续时正激式变换器的工作原理和基本关系

38反激式(Flyback)PWM变换器

381主电路组成和控制方式

382电流连续时反激式变换器的工作原理和基本关系

383电流断续时Flyback变换器的工作原理和基本关系

39推挽式(PushPull)变换器

391推挽式逆变器

392推挽式PWM变换器

393推挽式变换器的铁芯偏磁

310半桥式(HalfBridge) PWM DC/DC 变换器

3101半桥式逆变器

3102半桥式PWM DC/DC 变换器

3103考虑漏感时半桥式PWM变换器的工作原理

311全桥式(FullBridge)变换器

3111全桥式逆变器

3112全桥式PWM DC/DC变换器

3113全桥式变换器中直流分量的抑制

312双管正激式(Switches Forward)PWM DC/DC变换器

3121两个双管正激式变换器的串联输入/并联输出

3122并联输入、同一滤波电感输出电路

3123双管正激式变换器的能量反馈电路

313有源钳位正激式变换器

314各种PWM DC/DC变换器的电路类型及特点比较

315几种三电平变换器

3151基本型三电平变换器

3152隔离式三电平变换器

316电能双向流动的PWM DC/DC变换器

3161基本双向变换器电路的构成

3162推挽式双向变换器电路的构成

参考文献

第4章变换器的吸收电路与软开关技术

41变换器中的吸收电路

411吸收电路的作用

412吸收电路的类型

413关断吸收电路(turnoff Snubber)

414开通吸收电路(turnon Snubber)

415组合吸收电路

416LCD吸收电路

417广义软开关技术

42PWM DC/DC变换器的高频化与软开关技术

421软开关技术与高频化

422软开关技术的发展现状与分类

423零电流开关和零电压开关

43谐振变换器

431串联谐振变换器和并联谐振变换器

432串并联谐振变换器

433ZCS/ZVS准谐振变换器

44多谐振变换器

45ZCSPWM变换器

451工作原理

452参数设计

453ZCSPWM变换器的基本电路族及其优、缺点

46ZVS PWM变换器

461工作原理

462参数设计

463ZVS PWM变换器的基本电路族及其优、缺点

47零电压转换(ZVT)PWM变换器

471工作原理

472辅助电路的参数设计

473ZVT PWM变换器的基本电路族及其优、缺点

48改进型ZVT PWM变换器

481工作原理

482辅助电路的参数设计

483改进型ZVT PWM变换器的基本电路族及其优点

49零电流变换(ZCT)PWM变换器

491工作原理

492辅助支路的能量调节

493参数设计

494ZCT PWM变换器的基本电路族及其优、缺点

410改进型ZCT PWM变换器

4101工作原理

4102参数设计

4103改进型ZCT PWM变换器的基本电路族及其优、缺点

参考文献

第5章有源钳位技术与移相控制ZVS PWM变换器

51有源钳位软开关变换技术

511有源钳位正激式变换器

512参数设计

52有源钳位ZVS PWM正激式变换器

521有源钳位ZVS PWM正激式变换器的工作原理

522有源钳位ZVS PWM正激式变换器的优点

53ZVT PWM正激式变换器

531工作原理

532参数设计

533ZVT PWM正激式变换器的优、缺点

54ZVT双管正激式变换器

541工作原理

542参数设计

543ZVT双管正激式变换器的优点

55ZCT双管正激式变换器

56有源钳位反激式变换器

57有源钳位反激-正激式变换器

58移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器

581工作原理

582两个桥臂实现ZVS的差异

583实现ZVS的策略及次级占空比的丢失

584整流二极管的换流

585移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的特点与效率

59移相控制ZVZCSPWM DC/DC全桥变换器

591工作原理

592参数设计

593移相控制ZVZCSPWM DC/DC全桥变换器的优点与效率

510移相控制ZCSPWM DC/DC全桥变换器

5101工作原理

5102超前管和滞后管实现ZCS的差异

5103实现ZCS的策略及电流占空比的丢失

511ZVS PWM二极管钳位三电平DC/DC变换器

5111工作原理

5112实现ZVS条件和次级占空比的丢失

5113特点和效率

参考文献

第6章高频开关变换器中的磁性元件

61概述

62高频磁芯的特性和参数

621磁导率与常用参数式

622磁滞回线

623动态磁滞回线的测试

624基本磁化曲线

625不对称局部磁滞回线

626伏秒积分

627磁芯损耗

63磁性材料和磁芯结构

631开关电源常用的磁性材料

632磁芯结构形式（geometries）

64电感

641电感的基本公式和磁芯气隙

642电感元件储能与高频电感元件的等效电路模型

643直流滤波电感

644自饱和电感和可控饱和电感

65变压器

651励磁电感与漏电感

652高频变压器模型

653变压器的磁分析

654平面变压器

655空芯PCB变压器

656集成高频磁性元件

657压电变压器

66磁性元件中导体的集肤效应和邻近效应

661集肤效应

662邻近效应

67高频变压器的设计方法

671高频变压器的功率体积设计法

672高频变压器的调整率体积法

673高频变压器设计方法的例题

674平面功率变压器的设计

68电感器的设计方法

681电感器的功率体积设计法

682电感器的调整率体积设计法

683无直流偏压的电感器设计

69可饱和电感和磁放大器在开关变换器中的应用

691可饱和电感基本物理特性及应用

692磁放大器的基本原理及在变换器中的应用

693可饱和电感与磁放大器的联合应用

610直流脉冲电流互感器

6101工作原理

6102电流互感器设计方法

参考文献

第7章高频开关变换器的输出同步整流技术

71输出功率整流二极管

711功率整流二极管的模型及主要参数

712输出整流用的几种快速开关二极管

72同步整流技术

721同步整流的基本工作原理

722同步整流管的主要参数

73同步整流的驱动方式与SR的控制时序

731同步整流的驱动方式

732SR的控制时序与同步整流电路

74电压型自驱动方式与控制驱动方式

741电压型自驱动方式

742控制驱动方式

75电流型自驱动方式与混合驱动方式

751电流型自驱动方式

752混合驱动方式

76SRBuck变换器

77SR正激式变换器

771有磁复位绕组的SR正激式变换器

772SR有源钳位正激式变换器

78SR反激式变换器

79SR在DC/DC PWM变换器中的应用举例

791全波SR在半桥式DC/DC PWM变换器中的应用举例

792倍流SR在半桥式DC/DC PWM变换器中的应用举例

793倍流SR在全桥式DC/DC PWM变换器中的应用举例

参考文献

第8章有源功率因数校正技术

81功率因数和功率因数校正的主要方法

811输入功率因数

812对输入端谐波电流的限制

813提高输入功率因数的主要方法

814有源功率因数校正法的分类

82非线性电路的功率因数和THD

821非线性电路功率因数的定义

822PF与THD的关系

83单相Boost PFC变换器

831DCM Boost PFC变换器

832CCM Boost PFC变换器

833CRM Boost PFC变换器

834Boost PFC电路的主要优、缺点

84APFC的控制方法

841电流峰值控制法

842电流滞环控制法

843平均电流控制法

85PFC集成控制电路

851UC3854A/B

852UC3855A/B

853L6561

86单相反激式PFC变换器

861CCM反激式PFC变换器

862DCM反激式PFC变换器

863反激式PFC变换器的优、缺点

87单级单开关PFC变换器

871集成PFC整流器-调节器

872BIFRED变换器

873BIBRED变换器

874集成PFC整流器-调节器的优、缺点

875变频控制

876S4 PFC正激式变换器

88三相PFC变换器

881三个单相Boost PFC变换器组成三相PFC整流器

882三相单开关DCM Boost整流器

883三相CCM Boost整流器

884三相CCM Buck整流器

885三相三电平Boost PFC变换器

886空间相量控制

887三相三电平Boost PFC整流器的SPWM节能控制

参考文献



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第9章高频开关变换器的控制电路与驱动电路

91驱动电路

911对驱动电路的要求

912集成电路直接驱动

913加入驱动功率放大级驱动

914用变压器耦合驱动

915光耦合器驱动器

92PWM控制器

921电压模式PWM控制器

922电流模式PWM控制器

93电压型控制

94电流型控制

941电流峰值控制

942平均电流型控制

943滞环电流型控制

95电荷控制

96单周期控制

97前馈控制

98数字控制(离散控制)

981数字控制的特点

982离散PID算法

983改进的离散PID算法

99控制电路与驱动电路的隔离方法

910L5991电流模式控制芯片

9101L5991的功能及内部框图

9102典型应用

911UCC38500控制芯片

9111UCC38500简介

9112UCC38500的实际应用

参考文献

第10章开关电源设计中的两项新技术

101智能功率开关

1011工作模式及主要性能

1012分类及工作原理

1013智能化的发展

102智能功率开关IR4010的应用举例

1021IR4010功率开关的性能参数

1022应用电路举例

103电压调整器模块VRM简介

104低输入电压的VRM

1041SRBuck变换器

1042多通道SRBuck变换器

1043多通道SRBuck变换器的设计考虑

105高电压输入的VRM

106元件和线路的寄生参数对VRM瞬态性能的影响

1061电容ESR和ESL的影响

1062改善VRM输出瞬态响应的办法

1063微处理器与VRM接口的仿真模型

参考文献

第11章开关变换器并联系统的均流技术

111开关变换器的并联

112下垂法

113主从均流法

114自动均流法

115按平均电流值自动均流法

116热应力自动均流法

117民主均流法

1171民主均流法的原理

1172UC3907均流控制器芯片

118数字均流控制的实现

119ISL6140热插拔芯片的应用

1191ISL6140芯片的功能简介

1192外围元件参数的计算

1193设计中应注意的几个问题

参考文献

第12章开关电源的瞬态建模与分析

121开关电源的瞬态建模分析

1211瞬态建模分析的目的

1212瞬态模型

122状态空间平均法

1221基本概念

1222基本假设条件

1223分析方法和步骤

1224Boost变换器状态空间平均模型

123PWM变换器频域模型

1231PWM变换器小信号等效电路规范型模型

1232Cuk变换器小信号等效电路的规范型模型

1233PWM变换器小信号等效电路的规范型模型参数

1234PWM变换器的传递函数

1235BuckBoost变换器的传递函数

1236Buck族和Boost族PWM变换器

124平均电路法

1241平均变量和平均电路

1242平均开关函数

1243开关网络的平均模型

1244三端PWM开关模型法

1245考虑寄生参数的PWM变换器平均电路的模型

参考文献

第13章开关电源的频域分析与综合

131时域分析简介

1311时域数学模型与系统的时域响应

1312自动调节系统的时域性能指标

1313时域法综合系统的步骤

132频域模型分析

1321传递函数

1322频率响应

1323对数频率特性

1324拉普拉斯变换简表

133开关电源系统的频域模型及分析

1331方块图

1332系统的稳定性和稳定裕量

1333频域性能指标

1334极点和零点

134系统频率响应与瞬态响应的关系

1341频率尺度与时间尺度成反比

1342频段特征、频率特性与系统的关系

1343阻尼比ζ对系统瞬态响应的影响

135电压型控制开关电源的频域模型

1351方块图与传递函数

1352抗电网电压扰动能力和抗负载扰动能力

136电压控制器

1361电压控制器的传递函数与作用

1362补偿后电源系统的频率特性要求与控制器的类型

1363带积分环节的控制器与开关电源中控制器特性的分析举例

1364增设单极点、单零点或双极点、双零点的PI补偿网络

137开关电源系统的频域设计(综合)

138双环控制开关电源系统的瞬态建模分析

1381电流型控制的开关电源系统

1382Tellegen定理

1383BuckΒoost开关变换器的传递函数

1384功率守恒建模方法

1385电流控制的开关电源系统的一般设计步骤

1386UPF Boost PWM变换器瞬态建模分析

139非最小相位系统

1391最小相位系统与非最小相位系统的比较

1392非最小相位系统的物理特征

1393非最小相位系统的控制器设计

参考文献

第14章开关电源的EMC设计、可靠性设计、热设计和最优设计与仿真

141开关电源中的电磁干扰问题

1411开关电源产生电磁干扰的机理

1412开关电源的电磁噪声耦合通道特性

1413开关电源运行中的电磁、干扰及其抑制

142开关电源的电磁兼容设计

1421输入端滤波器的设计

1422辐射EMI的抑制措施

1423传导干扰的解决方法

1424接地技术的应用

1425屏蔽技术、元件布局与印制电路板布线技术

143开关电源的可靠性设计

1431可靠性的定义、指标及影响的因素

1432可靠性设计的原则与可靠性设计

144开关电源的几种热设计方法

1441半导体器件的散热器设计

1442强制通风、金属PCB和元件布置

145开关电源的最优设计

1451开关电源的性能指标及优化设计模型

1452设计变量和目标函数

1453约束

1454优化数学模型的一般形式及工程优化设计的特点

1455应用最优化方法的几个问题

146开关电源的仿真

1461开关电源电路的仿真技术

1462用SPICE和PSPICE仿真开关电源

1463离散时域法仿真

参考文献

第15章开关电源的设计与仿真举例及封装技术

151反激式变换器的设计

1511电磁能量的存储与变换及变压器的储能能力

1512反激式变换器的同步整流

1513反激式变换器的设计方法举例

1514设计112W反激式变压器

1515反激式变换器的缓冲吸收电路设计

152单端正激式变换器的设计

1521电感的最小值与最大值及多路输出

1522能量再生与同步整流

1523变压器设计与制作工艺

153正激式PWM开关电源的SPICE仿真

154推挽式PWM开关电源的PSPICE仿真及补偿网络参数优化选择

155采用离散时域法仿真的计算举例

1551双环Boost开关稳压电源的仿真计算举例

1552单环正激式开关稳压电源的仿真计算举例

156DC/DC桥式开关变换器的最优设计

1561开关、整流滤波电路的优化设计数学模型

1562变压器的优化设计数学模型

1563半桥式PWM开关变换器的优化设计

15645V/500W DC/DC半桥PWM开关变换器的优化设计

1565DC/DC全桥ZVSPWM变换器主电路的优化设计

157开关电源模块的封装设计

1571平面金属化封装技术

1572集成分布开关电源系统DPS的封装举例

参考文献

第16章电子镇流器LED照明驱动器与便携式电子设备的低压输入电压变换器

161电子镇流器

1611交流驱动的荧光灯与荧光灯的伏安特性

1612电子镇流器电路

162电流馈电式电路

1621电流馈电式推挽电路

1622推挽式电路的电压和电流

1623电流馈电电路中的“电流馈电”电感

1624电流馈电电感的磁芯选择

1625电流馈电电感绕组的设计

1626电流馈电电路中的铁氧体磁芯变压器

1627电流馈电电路中的环形磁芯变压器

163电压馈电式电路与电流馈电并联谐振半桥电路

1631电压馈电推挽式电路

1632电压馈电串联谐振半桥电路

1633电流馈电并联谐振半桥电路

1634电子镇流器的封装

164LED照明驱动器

1641LED的特性及对驱动电源的要求

1642家用18W LED照明灯

1643路灯用200W LED照明灯

165用于便携式电子设备的低压输入电压变换器

1651电容充电泵集成块

1652开关式集成块

1653MAX863芯片的应用

1654MAX624芯片的应用及设计方法

1655凌特公司的Boost与Buck变换器

参考文献

作者简介

本书全面、系统地介绍了各种开关电源的工作原理、设计方法及其典型应用。内容包括：14种PWM DC/DC高频开关变换器的基本电路的工作原理、控制技术和设计方法。介绍了高频变换器的吸收电路与软开关技术，高频开关变换器中的磁性元件及其设计与制作工艺，输出同步整流技术、有源功率因数校正技术、高频开关变换器的并联均流技术、热插拔技术；智能功率开关与低输入电压VRM、瞬态建模与分析、频域分析与综合；开关电源的EMC设计、可靠性设计、热设计、优化设计与仿真，以及LED照明驱动器与便携式电子设备低压输入电压变换器等最新应用实例。

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