开关电源仿真与设计

内容概要

作者Basso先生是安森美公司法国图卢兹分公司的工程部经理，他在ac-dc和dc-dc开关电源设计领域有独到的研究，是许多PWM控制器的研制者。他研制的NCP120X系列控制器已经成为离线电源的待机功率标准。

书籍目录

第1章  电源变换器介绍
1

1.1  电路真的需要仿真吗
1

1.2  本书讨论的内容
2

1.3  本书不讨论的内容
3

1.4  用电阻变换电源
3

1.5  用开关变换功率
12

1.6  占空比因子
18

1.7  降压变换器
20

1.8  升压变换器
32

1.9  降压升压变换器
46

1.10  输入滤波
57

1.11  小结
70

附录1A  RLC传输函数
71

附录1B  电容等效模型
74

附录1C  电源按拓扑的分类
76

附录1D  CCM和DCM开关波形的均

方根值
77

第2章  小信号建模
81

2.1  态空间平均（SSA）
83

2.2  PWM开关模式——电压模式
92

2.3  PWM开关模型——电流模式
116

2.4  PWM开关模型——寄生元件效应
142

2.5  在边界导通模式下的PWM模型
150

2.6  PWM开关模型——电路集
160

2.7  其他平均模型
167

2.8  小结
175

附录2A  变换器基本传输函数
176

附录2B  极点、零点和复平面简介
182

附录2C  电压模式DCM升压变换器

小信号分析
185

第3章  反馈和控制环
192

3.1  观察点
193

3.2  稳定判据
195

3.3  相位裕度和瞬态响应
197

3.4  交叉频率选择
197

3.5  补偿网络构建
198

3.6  简易稳定性工具——k因子
207

3.7  用TL431实现反馈
224

3.8  光耦合器
238

3.9  运算跨导放大器
244

3.10  分流调节器
248

3.11  应用PSIM和SIMPLIS实现

小信号响应
251

3.12  小结
255

附录3A  自动放置极-零点
256

附录3B  TL431 SPICE模型
259

附录3C  放大器类型2手动放

置极-零点
264

附录3D  理解闭环系统中的虚地
266

第4章  基本功能块和通用开关模型
270

4.1  用于快速仿真的通用模型
270

4.2  运算放大器
271

4.3  具有给定扇出数的电源
275

4.4  可调无源元件产生的电压
276

4.5  磁滞开关
279

4.6  欠压锁定（UVLO）功能块
281

4.7  前沿消隐
283

4.8  具有磁滞作用的比较器
284

4.9  逻辑门
285

4.10  变压器
287

4.11  非稳态发生器
293

4.12  通用控制器
296

4.13  死区时间的产生
302

4.14  短脉冲发生器
304

4.15  通用模型列表
305

4.16  收敛选项
305

4.17  小结
306

附录4A  磁件设计中所用术语的简要

回顾
306

附录4B  为变压器模型提供物理值
311

第5章  非隔离变换器的仿真和设计实践
316

5.1  降压变换器
316

5.2  升压变换器
340

5.3  降压-升压变换器
358

附录5A  工作于非连续工作模式的升压

变换器设计公式
374

第6章  离线变换器前端的仿真和设计

实践——前端电路
378

6.1  整流桥
378

6.2  功率因数校正
392

6.3  BCM升压PFC设计
429

6.4  小结
441

附录 6A  二极管和输出电容电流约束：

从不同视角观察
443

附录6B  工作于电压或电流模式控制的

边界导通模式（BCM）变换器

功率校正电路小信号模型
448

第7章  反激式变换器仿真和设计实践
457

7.1  隔离降压-升压变换器
457

7.2  无寄生元件条件下的反激式变换器

波形
459

7.3  含寄生元件的反激式变换器波形
461

7.4  准谐振反激变换器
463

7.5  无钳位作用时观察漏极信号
466

7.6  漏极电压偏移钳位
468

7.7  求DCM工作条件下的谷点
472

7.8  钳位网络的设计
474

7.9  双开关反激式变换器
486

7.10  有源钳位
488

7.11  反激式拓扑的小信号响应
495

7.12  反激式变换器的实际考虑
506

7.13  过功率补偿
519

7.14  变换器的待机功率
534

7.15  20 W单输出电源
538

7.16  90 W单输出电源
550

7.17  35 W多输出端电源
564

7.18  反激式变换器元件约束
578

7.19  小结
578

附录7A  通过波形求变压器参数
579

附录7B  应力
581

附录7C  90 W适配器的变压器设计
583

附录7D  工作于准谐振的反激变换器

小信号模型
587

附录7E  含非线性变化寄生电容的

开关损耗
594

附录7F  变压器磁心饱和度测试
596

第8章  正激变换器的仿真和实用设计
598

8.1  隔离降压变换器
598

8.2  复位方案1：第3绕组
602

8.3  复位方案2：双开关结构
609

8.4  复位方案3：谐振退磁
613

8.5  复位方案4：RCD钳位
617

8.6  复位方案5：有源钳位
625

8.7  同步整流
641

8.8  多输出正激式变换器
643

8.9  正激变换器的小信号响应
656

8.10  单输出12 V/250 W正激式变换器

设计
666

8.11  正激变换器的元件约束
680

8.12  小结
680

附录8A  应用自举技术的半桥驱动器
681

附录8B  阻抗折算
684

附录8C  250 W适配器的变压器和电感

设计
687

附录8D  工作于电压模式控制的有源钳位

正向变换器小信号模型
694

附录8E  网页内容
713

结语
714

作者简介

本书全面介绍了开关电源变换器的理论和仿真方法，内容主要有：电源变换器介绍、小信号建模、反馈和控制环、基本功能电路和通用模型、非隔离变换器前端整流和功率因数校正电路的仿真与设计、反激式变换器的仿真和设计、正激式变换器的仿真和设计等。本书创建了多种市场上流行变换器的理论方程，给出了相应的SPICE模型，提供了大量电路和仿真曲线插图，为读者描述了完整的开关电源变换器理论和仿真设计方法。本书特色是对开关电源理论不进行过于学术化的讨论，只给出必需的理论方程推导，同时通过大量实例介绍了仿真方法，并提供了应用常用仿真软件对这些开关电源变换器电路进行仿真的完整模型，架起了理论分析和市场应用之间的桥梁。

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