開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)(修訂版

1、目錄第1篇 PWM開關(guān)變換器的基本原理第1章 開關(guān)變換器概論1.1 什么是開關(guān)變換器和開關(guān)電源1.2 DC-變換器的基本手段和分類1.3 DC-DC變換器主回路使用的元件及其特性1.3.1 開關(guān)1.3.2 電感1.3.3 電容1.4 DC-DC變換器發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和趨勢(shì)1.4.1 開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的歷程1.4.2 20世紀(jì)推動(dòng)開關(guān)電源發(fā)展的主要技術(shù)1.4.3 開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展方向1.4.4 大電容技術(shù)第2章 基本的PWM變換器主電路拓?fù)?.1 Buck變換器2.1.1 線路組成2.1.2 工作原理2.1.3 電路各點(diǎn)的波形2.1.4 主要概念與關(guān)系式2.1.5 穩(wěn)態(tài)特性的分析2.2 Boost

2、變換器2.2.1 線路組成2.2.2 工作原理2.2.3 電路各點(diǎn)的波形2.2.4 主要概念與關(guān)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2.3 Buck-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(diǎn)的波形2.3.4 主要概念與關(guān)系式2.3.5 優(yōu)缺點(diǎn)2.4 Cuk變換器2.4.1 線路組成2.4.2 工作原理2.4.3 電路各點(diǎn)的波形2.4.4 主要概念與關(guān)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2.6.1 Buck三電平變換器電路與工作原理2.6.2 Buck三電平變換器輸出電壓與輸出電流的關(guān)系2.6.3 濾波

3、器設(shè)計(jì)2.6.4 Boost、Buck-Boost CDD(-5/5DD)uk三電平變換器第3章 帶變壓隔離器的DC-DC變換器拓?fù)?.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(fù)位技術(shù)3.3 自激推挽式變換器的工作原理3.4 能量雙向流動(dòng)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(guān)元件及其驅(qū)動(dòng)電路4.1 雙極型晶體管4.1.1 晶體管的開關(guān)過程4.1.2 開關(guān)時(shí)間的物理意義及減小的方法4.1.3 抗飽和技術(shù)4.2 雙極型晶體管的基極驅(qū)動(dòng)電路4.2.1 一般基極驅(qū)動(dòng)電路4.2.2 高壓雙極型

4、晶體管基極驅(qū)動(dòng)電路4.2.3 比例基極驅(qū)動(dòng)電路4.3 功率場(chǎng)效應(yīng)管4.3.1 功率場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)4.3.2 功率場(chǎng)效應(yīng)管的靜態(tài)特性4.3.3 MOSFET的體內(nèi)二極管4.4 功率場(chǎng)效應(yīng)管的驅(qū)動(dòng)問題4.4.1 一般要求4.4.2 MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路4.5 絕緣柵雙極晶體管4.5.1 IGBT結(jié)構(gòu)與工作原理4.5.2 IGBT的靜態(tài)工作特性4.5.3 IGBT的動(dòng)態(tài)特性4.5.4 IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)及其方法4.6 開關(guān)元件的安全工作區(qū)及其保護(hù)4.6.1 雙極型晶體管二次擊穿原因及對(duì)SOA的影響4.6.2 安全工作區(qū)(SOA)4.6.3 保護(hù)環(huán)節(jié)RC緩沖器第5章 磁性元件的特性與計(jì)算5.1

5、概述5.1.1 在開關(guān)電源中磁性元件的作用5.1.2 掌握磁性元件對(duì)設(shè)計(jì)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(hào)對(duì)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(shè)計(jì)方法5.3.1 變壓器設(shè)計(jì)方法之一面積乘積(AP)法5.3.2 變壓器設(shè)計(jì)方法之二幾何參數(shù)(KG)法5.4 電感器設(shè)計(jì)方法5.4.1 電感器設(shè)計(jì)方法之一面積乘積(AP)法5.4.2 電感器設(shè)計(jì)方法之二幾何參數(shù)(KG)法5.4.3 無直流偏壓的電感器設(shè)計(jì)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.

6、3 使用對(duì)絞線時(shí)干擾的抑制5.5.4 使用電纜線時(shí)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(yīng)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(yīng)用第6章 開關(guān)電源占空比控制芯片及集成開關(guān)變換器的原理與應(yīng)用6.1 開關(guān)電源系統(tǒng)的隔離技術(shù)6.2 開關(guān)電源PWM控制芯片及智能功率開關(guān)6.2.1 1524/2524/3524芯片簡介6.2.2 芯片的工作過程6.3 適用于功率場(chǎng)效應(yīng)管控制的IC芯片6.3.1 1525A與1524的差別6.3.2 1525A/1527A的應(yīng)用6.4 電流控制型脈寬調(diào)制器6.4.1 UC18

7、46/UC1847工作原理及方框圖6.4.2 1842/2842/3842 8腳脈寬調(diào)制器6.5 智能功率開關(guān)及其應(yīng)用6.5.1 概述6.5.2 工作原理6.6 便攜式設(shè)備中電源使用的集成塊6.6.1 簡介6.6.2 MAX863芯片的應(yīng)用6.6.3 MAX624芯片的應(yīng)用及設(shè)計(jì)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(guān)二極管7.2 同步整流技術(shù)7.2.1 概述7.2.2 同步整流技術(shù)的基本原理7.2.3 同步整流驅(qū)動(dòng)方式7.2.4 同步整流電路7.2.5 SR-Buck變換器7.2.6 SR-正激變換器7

8、.2.7 SR-反激變換器第8章 有源功率因數(shù)校正器8.1 AC-電路的輸入電流諧波分量8.1.1 諧波電流對(duì)電網(wǎng)的危害8.1.2 A-DC變流電路輸入端功率因數(shù)8.1.3 對(duì)AC-DC電路輸入端諧波電流限制8.1.4 提高AC-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THD8.2.1 功率因數(shù)的定義8.2.2 AC-電路輸入功率因數(shù)與諧波的關(guān)系8.3 Boost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8.3.2 Boost有源功率因數(shù)校正器(APFC)的主要優(yōu)缺點(diǎn)8.4 APFC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

9、制法8.4.3 電流滯環(huán)控制法8.4.4 平均電流控制法8.4.5 PFC集成控制電路UC3854A/B簡介8.5 反激式功率因數(shù)校正器8.5.1 DCM反激功率因數(shù)校正電路的原理8.5.2 等效輸入電阻Re8.5.3 平均輸出電流和輸出功率8.5.4 DCM反激變換器等效電路平均模型第9章 開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)的均流技術(shù)9.1 概述9.2 開關(guān)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(shè)置法9.2.3 按平均電流值自動(dòng)均流法9.2.4 最大電流法自動(dòng)均流9.2.5 熱應(yīng)力自動(dòng)均流法9.2.6 外加均流控制器均流法第10章 開關(guān)電源的小信號(hào)分析及閉環(huán)穩(wěn)定和校正10.1 概述1

10、0.2 電感電流連續(xù)時(shí)的狀態(tài)空間平均法10.3 電流連續(xù)時(shí)的平均等效電路標(biāo)準(zhǔn)化模型10.4 電流不連續(xù)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化模型10.5 復(fù)雜變換器的模型10.6 用小信號(hào)法分析有輸入濾波器時(shí)開關(guān)電源的穩(wěn)定問題10.7 開關(guān)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(guān)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(duì)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(dòng)態(tài)性能10.9 實(shí)測(cè)波德圖的方法及相關(guān)設(shè)備10.9.1 開環(huán)系統(tǒng)直接注入法10.9.2 閉環(huán)回路直接注入法10.10 測(cè)定波德圖，確定誤差放大器的參數(shù)10.1

11、0.1 TL431相關(guān)測(cè)定技術(shù)10.10.2 提高穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方法10.10.3 參數(shù)變化影響趨勢(shì)的分析第2篇 PWM開關(guān)變換器的設(shè)計(jì)與制作KH1D第11章 反激變換器的設(shè)計(jì)11.1 概述11.1.1 電磁能量儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換11.1.2 工作方式的進(jìn)一步說明11.1.3 變壓器的儲(chǔ)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(shè)計(jì)方法舉例11.2.1 電源主回路11.2.2 變壓器設(shè)計(jì)11.2.3 設(shè)計(jì)112W反激變壓器11.2.4 設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題11.2.5 計(jì)算變壓器的另一種方法11.3 反激變換器的緩沖器設(shè)計(jì)11.3.1 反激變換器的開關(guān)應(yīng)力11.3.2 跟蹤集電極電壓鉗

12、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(diǎn)11.4.4 緩沖器11.4.5 工作頻率11.4.6 驅(qū)動(dòng)電路11.4.7 變壓器設(shè)計(jì)注意漏電感和匝數(shù)第12章 單端正激變換器的設(shè)計(jì)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(diǎn)12.3 變壓器設(shè)計(jì)方法12.3.1 方法一12.3.2 方法二第13章 雙晶體管正

13、激變換器的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)13.3 正激變換器的閉環(huán)控制及參數(shù)計(jì)算13.3.1 UPC 1099的極限使用值和主要電性能13.3.2 UPC 1099的應(yīng)用第14章 半橋變換器的設(shè)計(jì)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(dòng)及雙倍磁通效應(yīng)14.3.1 雙倍磁通效應(yīng)14.3.2 軟啟

14、動(dòng)線路14.4 變壓器設(shè)計(jì)14.5 控制電路第15章 橋式變換器的設(shè)計(jì)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(shí)的雙倍磁通效應(yīng)15.3 變壓器設(shè)計(jì)方法15.3.1 設(shè)計(jì)步驟及舉例15.3.2 幾個(gè)問題第16章 雙驅(qū)動(dòng)變壓器推挽變換器的設(shè)計(jì)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(diǎn)波形16.2 開關(guān)功率管的緩沖環(huán)節(jié)16.3 推挽變換器中變壓器的設(shè)計(jì)第17章 H7C1為材質(zhì)PQ磁心高頻變壓器的設(shè)計(jì)17.1 損耗及設(shè)計(jì)原則簡介17.1.1 設(shè)計(jì)原則17.1.2 滿足設(shè)計(jì)原則的條件17.

15、2 表格曲線化的設(shè)計(jì)方法17.2.1 表17.1的形成與說明17.2.2 擴(kuò)大表17.1的使用范圍第18章 電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)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(guān)電源設(shè)計(jì)與制作的常見問題19.1 干擾與絕緣19.1.1 干擾問題及標(biāo)準(zhǔn)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

16、高可靠性19.4 高頻電流效應(yīng)與扁平變壓器設(shè)計(jì)19.4.1 趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的產(chǎn)生19.4.2 扁平變壓器的設(shè)計(jì)第3篇 軟開關(guān)-PWM變換器第20章 軟開關(guān)功率變換技術(shù)20.1 硬開關(guān)技術(shù)與開關(guān)損耗20.2 高頻化與軟開關(guān)技術(shù)20.3 零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)20.4 諧振變換器20.5 準(zhǔn)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(shù)21.1 CS-PWM變換器21.1.1 工作原理21.1.2 運(yùn)行模式分析21.1.3 分析21.1.4 ZCS-PWM變換器的優(yōu)缺點(diǎn)21.2 ZVS-PWM變換器21.2.1 工作原理21.2.2 運(yùn)行模式分析21.2.

17、3 分析21.2.4 ZVS-PWM變換器的優(yōu)缺點(diǎn)第22章 零轉(zhuǎn)換-軟開關(guān)變換技術(shù)22.1 零轉(zhuǎn)換-PWM變換器22.2 ZCT-PWM變換器22.2.1 工作原理22.2.2 運(yùn)行模式分析22.2.3 ZCT-PWM變換器的優(yōu)缺點(diǎn)22.2.4 數(shù)例分析22.3 三端ZCT-PWM開關(guān)電路22.4 ZVT-PWM變換器22.4.1 工作原理22.4.2 運(yùn)行模式分析22.4.3 ZVT-PWM變換器的優(yōu)缺點(diǎn)22.4.4 應(yīng)用舉例22.4.5 三端零電壓開關(guān)電路22.4.6 雙管正激ZVT-PWM變換器第23章 移相控制全橋ZVS-變換器23.1 DC- FB ZVS- DC-變換器的工作原理2

18、3.2 PSC FB ZVS-PWM變換器運(yùn)行模式分析23.3 PSC FB ZVS-變換器幾個(gè)問題的分析23.3.1 占空比分析23.3.2 PSC FB ZVS-變換器兩橋臂開關(guān)管的ZVS條件分析23.4 PSC FB ZCZVS-變換器第24章 有源鉗位軟開關(guān)PWM變換技術(shù)24.1 概述24.2 有源鉗位電路24.3 有源鉗位ZVS-正激變換器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行分析24.4 有源鉗位并聯(lián)交錯(cuò)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(guān)電源的計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)第25章 開關(guān)電源的計(jì)算機(jī)仿真25.1 電力電子電路的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)25.1.1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)25.1.2 電路仿真分析

19、(建模)方法25.1.3 SPICE和PSPICE仿真程序25.2 用SPICE和PSPICE通用電路模擬程序仿真開關(guān)電源25.2.1 概述25.2.2 功率半導(dǎo)體開關(guān)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(guān)電源的SPICE仿真25.2.5 推挽式PWM開關(guān)電源的PSPICE仿真及補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化選擇25.3 離散時(shí)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(luò)的狀態(tài)方程25.3.3 求解網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞霓D(zhuǎn)換時(shí)刻(邊界條件)25.3.4 非線性差分方程(大信號(hào)模型)25.3.5 小信號(hào)模型25.3.6 程序框圖25.3.7 仿真計(jì)算舉例第26章 開關(guān)電源的最優(yōu)設(shè)計(jì)26.1 概述26.1.1 可行設(shè)計(jì)26.1.2 最優(yōu)設(shè)計(jì)26.1.3 開關(guān)電源的主要性能指標(biāo)26.2 工程最優(yōu)化的基本概念26.2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)模型26.2.2 設(shè)計(jì)變量26.2.3 目標(biāo)函數(shù)26.2.4 約束26.2.5 優(yōu)化數(shù)學(xué)