开关电源设计与应用
作 者： 刘凤君 著
出版时间： 2014
丛编项： 现代电源技术精品系列
内容简介
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。
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
