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第1章 引论1

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

1.1.1 线性调节器式直流稳压电源1

1.1.2 开关调节器式直流稳压电源5

1.2 高频开关电源的诞生、结构和定义10

1.2.1 高频开关电源的诞生过程11

1.2.2 现代高频开关电源的定义和结构形式11

1.3 开关电源的分类13

1.4 对开关电源的要求与发展方向14

1.5 高频化进程、推动发展的技术与研发趋势16

1.5.1 开关电源高频化的历史进程16

1.5.2 当前推动开关电源发展的主要技术17

1.5.3 开关电源技术的研发趋势25

参考文献32

第2章 PWM DC/DC变换器33

2.1 概述33

2.1.1 PWM DC/DC变换器的定义与工作模式33

2.1.2 PWM DC/DC变换器的工作原理34

2.2 PWM DC/DC变换器电路与对偶36

2.2.1 PWM DC/DC变换器的基本电路36

2.2.2 PWM DC/DC变换器的等效电路38

2.2.3 PWM DC/DC变换器的对偶39

2.2.4 功率开关器件的对偶41

2.3 隔离式PWM DC/DC变换器43

2.3.1 单端隔离式PWM DC/DC变换器43

2.3.2 正激式PWM DC/DC变换器44

2.3.3 双管正激式PWM DC/DC变换器45

2.3.4 反激式PWM DC/DC变换器46

2.3.5 双端隔离式PWM DC/DC变换器46

2.3.6 PWM DC/DC推挽变换器47

2.3.7 PWM DC/DC半桥变换器和全桥变换器47

2.3.8 隔离式PWM DC/DC变换器的比较49

2.4 基本PWM DC/DC变换器的演化与级联49

2.4.1 基本PWM DC/DC变换器的演化49

2.4.2 基本PWM DC/DC变换器的级联52

2.5 PWM DC/DC变换器模块55

2.6 PWM DC/DC变换器所用元件及其特性56

2.6.1 开关管56

2.6.2 二极管62

2.6.3 电感与电容64

2.7 PWM DC/DC变换器的功能、组成与它们之间的关系68

2.7.1 PWM DC/DC变换器的功能68

2.7.2 PWM DC/DC变换器的组成68

2.7.3 PWM DC/DC变换器之间的关系69

参考文献71

第3章 PWM DC/DC变换器的原理72

3.1 Buck降压式PWM DC/DC变换器72

3.1.1 主电路组成和控制方式72

3.1.2 电感电流连续时Buck变换器的工作原理和基本关系72

3.1.3 电感电流断续时Buck变换器的工作原理和基本关系77

3.1.4 电感电流连续的边界77

3.1.5 Buck降压式PWM DC/DC变换器的效率80

3.2 Boost升压式PWM DC/DC变换器81

3.2.1 主电路组成和控制方式81

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82

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84

3.2.4 电感电流连续的边界85

3.3 Buck-Boost升降压式PWM DC/DC变换器86

3.3.1 主电路组成和控制方式86

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88

3.3.3 电流断续时Buck-Boost变换器的工作原理和基本关系89

3.3.4 电感电流连续的边界90

3.4 Cuk PWM DC/DC变换器92

3.4.1 主电路组成和控制方式92

3.4.2 电流连续时Cuk变换器的工作原理和基本关系93

3.4.3 电流断续时Cuk变换器的工作原理和基本关系95

3.4.4 两个电感有耦合的Cuk变换器97

3.5 Zeta PWM DC/DC变换器98

3.5.1 主电路组成和控制方式98

3.5.2 电流连续时Zeta变换器的工作原理和基本关系99

3.5.3 电流断续时Zeta变换器的工作原理和基本关系101

3.6 SEPIC PWM DC/DC变换器101

3.6.1 主电路组成和控制方式101

3.6.2 电流连续时SEPIC变换器的工作原理和基本关系103

3.7 正激式（Forward）PWM变换器104

3.7.1 主电路组成和控制方式105

3.7.2 电流连续时正激式变换器的工作原理和基本关系106

3.8 反激式（Flyback）PWM变换器109

3.8.1 主电路组成和控制方式109

3.8.2 电流连续时反激式变换器的工作原理和基本关系110

3.8.3 电流断续时Flyback变换器的工作原理和基本关系112

3.9 推挽式（Push-Pull）变换器113

3.9.1 推挽式逆变器113

3.9.2 推挽式PWM变换器115

3.9.3 推挽式变换器的铁芯偏磁117

3.10 半桥式（Half-Bridge）PWM DC/DC变换器118

3.10.1 半桥式逆变器118

3.10.2 半桥式PWM DC/DC变换器119

3.10.3 考虑漏感时半桥式PWM变换器的工作原理122

3.11 全桥式（Full-Bridge）变换器123

3.11.1 全桥式逆变器123

3.11.2 全桥式PWM DC/DC变换器126

3.11.3 全桥式变换器中直流分量的抑制129

3.12 双管正激式（Switches Forward）PWM DC/DC变换器129

3.12.1 两个双管正激式变换器的串联输入／并联输出131

3.12.2 并联输入、同一滤波电感输出电路133

3.12.3 双管正激式变换器的能量反馈电路134

3.13 有源钳位正激式变换器135

3.14 各种PWM DC/DC变换器的电路类型及特点比较136

3.15 几种三电平变换器139

3.15.1 基本型三电平变换器139

3.15.2 隔离式三电平变换器146

3.16 电能双向流动的PWM DC/DC变换器148

3.16.1 基本双向变换器电路的构成148

3.16.2 推挽式双向变换器电路的构成151

参考文献151

第4章 变换器的吸收电路与软开关技术152

4.1 变换器中的吸收电路152

4.1.1 吸收电路的作用152

4.1.2 吸收电路的类型155

4.1.3 关断吸收电路（turn-off Snubber）156

4.1.4 开通吸收电路（turn-on Snubber）157

4.1.5 组合吸收电路158

4.1.6 LCD吸收电路160

4.1.7 广义软开关技术161

4.2 PWM DC/DC变换器的高频化与软开关技术163

4.2.1 软开关技术与高频化164

4.2.2 软开关技术的发展现状与分类166

4.2.3 零电流开关和零电压开关167

4.3 谐振变换器169

4.3.1 串联谐振变换器和并联谐振变换器169

4.3.2 串并联谐振变换器169

4.3.3 ZCS/ZVS准谐振变换器170

4.4 多谐振变换器172

4.5 ZCS-PWM变换器173

4.5.1 工作原理173

4.5.2 参数设计177

4.5.3 ZCS-PWM变换器的基本电路族及其优、缺点178

4.6 ZVS PWM变换器180

4.6.1 工作原理180

4.6.2 参数设计184

4.6.3 ZVS PWM变换器的基本电路族及其优、缺点185

4.7 零电压转换（ZVT）PWM变换器187

4.7.1 工作原理187

4.7.2 辅助电路的参数设计190

4.7.3 ZVT PWM变换器的基本电路族及其优、缺点192

4.8 改进型ZVT PWM变换器194

4.8.1 工作原理194

4.8.2 辅助电路的参数设计196

4.8.3 改进型ZVT PWM变换器的基本电路族及其优点197

4.9 零电流变换（ZCT）PWM变换器199

4.9.1 工作原理199

4.9.2 辅助支路的能量调节203

4.9.3 参数设计205

4.9.4 ZCT PWM变换器的基本电路族及其优、缺点207

4.10 改进型ZCT PWM变换器208

4.10.1 工作原理208

4.10.2 参数设计213

4.10.3 改进型ZCT PWM变换器的基本电路族及其优、缺点214

参考文献215

第5章 有源钳位技术与移相控制ZVS PWM变换器216

5.1 有源钳位软开关变换技术216

5.1.1 有源钳位正激式变换器217

5.1.2 参数设计222

5.2 有源钳位ZVS PWM正激式变换器223

5.2.1 有源钳位ZVS PWM正激式变换器的工作原理224

5.2.2 有源钳位ZVS PWM正激式变换器的优点226

5.3 ZVT PWM正激式变换器227

5.3.1 工作原理227

5.3.2 参数设计233

5.3.3 ZVT PWM正激式变换器的优、缺点234

5.4 ZVT双管正激式变换器235

5.4.1 工作原理235

5.4.2 参数设计240

5.4.3 ZVT双管正激式变换器的优点240

5.5 ZCT双管正激式变换器240

5.6 有源钳位反激式变换器241

5.7 有源钳位反激-正激式变换器242

5.8 移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器244

5.8.1 工作原理244

5.8.2 两个桥臂实现ZVS的差异249

5.8.3 实现ZVS的策略及次级占空比的丢失249

5.8.4 整流二极管的换流250

5.8.5 移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的特点与效率253

5.9 移相控制ZVZCS-PWM DC/DC全桥变换器254

5.9.1 工作原理254

5.9.2 参数设计259

5.9.3 移相控制ZVZCS-PWM DC/DC全桥变换器的优点与效率260

5.10 移相控制ZCS-PWM DC/DC全桥变换器260

5.10.1 工作原理261

5.10.2 超前管和滞后管实现ZCS的差异265

5.10.3 实现ZCS的策略及电流占空比的丢失266

5.11 ZVS PWM二极管钳位三电平DC/DC变换器267

5.11.1 工作原理267

5.11.2 实现ZVS条件和次级占空比的丢失272

5.11.3 特点和效率273

参考文献274

第6章 高频开关变换器中的磁性元件275

6.1 概述275

6.2 高频磁芯的特性和参数276

6.2.1 磁导率与常用参数式277

6.2.2 磁滞回线278

6.2.3 动态磁滞回线的测试279

6.2.4 基本磁化曲线280

6.2.5 不对称局部磁滞回线281

6.2.6 伏秒积分282

6.2.7 磁芯损耗283

6.3 磁性材料和磁芯结构283

6.3.1 开关电源常用的磁性材料284

6.3.2 磁芯结构形式（geometries）287

6.4 电感287

6.4.1 电感的基本公式和磁芯气隙288

6.4.2 电感元件储能与高频电感元件的等效电路模型289

6.4.3 直流滤波电感290

6.4.4 自饱和电感和可控饱和电感292

6.5 变压器294

6.5.1 励磁电感与漏电感294

6.5.2 高频变压器模型295

6.5.3 变压器的磁分析296

6.5.4 平面变压器297

6.5.5 空芯PCB变压器299

6.5.6 集成高频磁性元件299

6.5.7 压电变压器300

6.6 磁性元件中导体的集肤效应和邻近效应301

6.6.1 集肤效应301

6.6.2 邻近效应305

6.7 高频变压器的设计方法310

6.7.1 高频变压器的功率体积设计法311

6.7.2 高频变压器的调整率体积法323

6.7.3 高频变压器设计方法的例题325

6.7.4 平面功率变压器的设计330

6.8 电感器的设计方法340

6.8.1 电感器的功率体积设计法340

6.8.2 电感器的调整率体积设计法346

6.8.3 无直流偏压的电感器设计350

6.9 可饱和电感和磁放大器在开关变换器中的应用352

6.9.1 可饱和电感基本物理特性及应用352

6.9.2 磁放大器的基本原理及在变换器中的应用355

6.9.3 可饱和电感与磁放大器的联合应用359

6.10 直流脉冲电流互感器361

6.10.1 工作原理361

6.10.2 电流互感器设计方法362

参考文献363

第7章 高频开关变换器的输出同步整流技术364

7.1 输出功率整流二极管364

7.1.1 功率整流二极管的模型及主要参数364

7.1.2 输出整流用的几种快速开关二极管367

7.2 同步整流技术369

7.2.1 同步整流的基本工作原理371

7.2.2 同步整流管的主要参数372

7.3 同步整流的驱动方式与SR的控制时序373

7.3.1 同步整流的驱动方式373

7.3.2 SR的控制时序与同步整流电路376

7.4 电压型自驱动方式与控制驱动方式379

7.4.1 电压型自驱动方式379

7.4.2 控制驱动方式382

7.5 电流型自驱动方式与混合驱动方式383

7.5.1 电流型自驱动方式383

7.5.2 混合驱动方式384

7.6 SR-Buck变换器385

7.7 SR-正激式变换器386

7.7.1 有磁复位绕组的SR-正激式变换器386

7.7.2 SR-有源钳位正激式变换器387

7.8 SR-反激式变换器389

7.9 SR在DC/DC PWM变换器中的应用举例391

7.9.1 全波SR在半桥式DC/DC PWM变换器中的应用举例391

7.9.2 倍流SR在半桥式DC/DC PWM变换器中的应用举例394

7.9.3 倍流SR在全桥式DC/DC PWM变换器中的应用举例400

参考文献404

第8章 有源功率因数校正技术405

8.1 功率因数和功率因数校正的主要方法406

8.1.1 输入功率因数406

8.1.2 对输入端谐波电流的限制407

8.1.3 提高输入功率因数的主要方法408

8.1.4 有源功率因数校正法的分类408

8.2 非线性电路的功率因数和THD410

8.2.1 非线性电路功率因数的定义410

8.2.2 PF与THD的关系411

8.3 单相Boost PFC变换器412

8.3.1 DCM Boost PFC变换器412

8.3.2 CCM Boost PFC变换器413

8.3.3 CRM Boost PFC变换器415

8.3.4 Boost PFC电路的主要优、缺点416

8.4 APFC的控制方法417

8.4.1 电流峰值控制法417

8.4.2 电流滞环控制法418

8.4.3 平均电流控制法419

8.5 PFC集成控制电路420

8.5.1 UC3854A/B420

8.5.2 UC3855A/B422

8.5.3 L6561424

8.6 单相反激式PFC变换器425

8.6.1 CCM反激式PFC变换器425

8.6.2 DCM反激式PFC变换器428

8.6.3 反激式PFC变换器的优、缺点432

8.7 单级单开关PFC变换器432

8.7.1 集成PFC整流器－调节器434

8.7.2 BIFRED变换器434

8.7.3 BIBRED变换器437

8.7.4 集成PFC整流器－调节器的优、缺点439

8.7.5 变频控制440

8.7.6 S4PFC正激式变换器441

8.8 三相PFC变换器442

8.8.1 三个单相Boost PFC变换器组成三相PFC整流器443

8.8.2 三相单开关DCM Boost整流器444

8.8.3 三相CCM Boost整流器446

8.8.4 三相 CCM Buck整流器448

8.8.5 三相三电平Boost PFC变换器449

8.8.6 空间相量控制450

8.8.7 三相三电平Boost PFC整流器的SPWM节能控制452

参考文献455

第9章 高频开关变换器的控制电路与驱动电路456

9.1 驱动电路456

9.1.1 对驱动电路的要求456

9.1.2 集成电路直接驱动457

9.1.3 加入驱动功率放大级驱动458

9.1.4 用变压器耦合驱动458

9.1.5 光耦合器驱动器459

9.2 PWM控制器460

9.2.1 电压模式PWM控制器460

9.2.2 电流模式PWM控制器461

9.3 电压型控制462

9.4 电流型控制464

9.4.1 电流峰值控制465

9.4.2 平均电流型控制467

9.4.3 滞环电流型控制468

9.5 电荷控制469

9.6 单周期控制470

9.7 前馈控制472

9.8 数字控制（离散控制）473

9.8.1 数字控制的特点473

9.8.2 离散PID算法474

9.8.3 改进的离散PID算法475

9.9 控制电路与驱动电路的隔离方法476

9.10 L5991电流模式控制芯片478

9.10.1 L5991的功能及内部框图478

9.10.2 典型应用486

9.11 UCC38500控制芯片489

9.11.1 UCC38500简介489

9.11.2 UCC38500的实际应用491

参考文献494

第10章 开关电源设计中的两项新技术495

10.1 智能功率开关495

10.1.1 工作模式及主要性能495

10.1.2 分类及工作原理496

10.1.3 智能化的发展501

10.2 智能功率开关IR4010的应用举例503

10.2.1 IR4010功率开关的性能参数503

10.2.2 应用电路举例505

10.3 电压调整器模块VRM简介508

10.4 低输入电压的VRM510

10.4.1 SR-Buck变换器510

10.4.2 多通道SR-Buck变换器511

10.4.3 多通道SR-Buck变换器的设计考虑512

10.5 高电压输入的VRM513

10.6 元件和线路的寄生参数对VRM瞬态性能的影响514

10.6.1 电容ESR和ESL的影响514

10.6.2 改善VRM输出瞬态响应的办法515

10.6.3 微处理器与VRM接口的仿真模型515

参考文献517

第11章 开关变换器并联系统的均流技术518

11.1 开关变换器的并联518

11.2 下垂法520

11.3 主从均流法523

11.4 自动均流法524

11.5 按平均电流值自动均流法526

11.6 热应力自动均流法527

11.7 民主均流法528

11.7.1 民主均流法的原理528

11.7.2 UC3907均流控制器芯片529

11.8 数字均流控制的实现531

11.9 ISL6140热插拔芯片的应用533

11.9.1 ISL6140芯片的功能简介533

11.9.2 外围元件参数的计算535

11.9.3 设计中应注意的几个问题537

参考文献539

第12章 开关电源的瞬态建模与分析540

12.1 开关电源的瞬态建模分析540

12.1.1 瞬态建模分析的目的540

12.1.2 瞬态模型540

12.2 状态空间平均法542

12.2.1 基本概念542

12.2.2 基本假设条件543

12.2.3 分析方法和步骤544

12.2.4 Boost变换器状态空间平均模型545

12.3 PWM变换器频域模型551

12.3.1 PWM变换器小信号等效电路规范型模型551

12.3.2 Cuk变换器小信号等效电路的规范型模型552

12.3.3 PWM变换器小信号等效电路的规范型模型参数553

12.3.4 PWM变换器的传递函数554

12.3.5 Buck-Boost变换器的传递函数555

12.3.6 Buck族和Boost族PWM变换器555

12.4 平均电路法556

12.4.1 平均变量和平均电路556

12.4.2 平均开关函数556

12.4.3 开关网络的平均模型557

12.4.4 三端PWM开关模型法557

12.4.5 考虑寄生参数的PWM变换器平均电路的模型563

参考文献567

第13章 开关电源的频域分析与综合568

13.1 时域分析简介569

13.1.1 时域数学模型与系统的时域响应569

13.1.2 自动调节系统的时域性能指标570

13.1.3 时域法综合系统的步骤571

13.2 频域模型分析571

13.2.1 传递函数571

13.2.2 频率响应572

13.2.3 对数频率特性572

13.2.4 拉普拉斯变换简表574

13.3 开关电源系统的频域模型及分析574

13.3.1 方块图574

13.3.2 系统的稳定性和稳定裕量575

13.3.3 频域性能指标576

13.3.4 极点和零点577

13.4 系统频率响应与瞬态响应的关系578

13.4.1 频率尺度与时间尺度成反比578

13.4.2 频段特征、频率特性与系统的关系579

13.4.3 阻尼比ζ对系统瞬态响应的影响579

13.5 电压型控制开关电源的频域模型580

13.5.1 方块图与传递函数580

13.5.2 抗电网电压扰动能力和抗负载扰动能力584

13.6 电压控制器585

13.6.1 电压控制器的传递函数与作用585

13.6.2 补偿后电源系统的频率特性要求与控制器的类型586

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587

13.6.4 增设单极点、单零点或双极点、双零点的PI补偿网络589

13.7 开关电源系统的频域设计（综合）592

13.8 双环控制开关电源系统的瞬态建模分析592

13.8.1 电流型控制的开关电源系统593

13.8.2 Tellegen定理594

13.8.3 Buck-Boost开关变换器的传递函数594

13.8.4 功率守恒建模方法595

13.8.5 电流控制的开关电源系统的一般设计步骤597

13.8.6 UPF Boost PWM变换器瞬态建模分析597

13.9 非最小相位系统601

13.9.1 最小相位系统与非最小相位系统的比较601

13.9.2 非最小相位系统的物理特征602

13.9.3 非最小相位系统的控制器设计602

参考文献603

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605

14.1 开关电源中的电磁干扰问题606

14.1.1 开关电源产生电磁干扰的机理606

14.1.2 开关电源的电磁噪声耦合通道特性610

14.1.3 开关电源运行中的电磁、干扰及其抑制615

14.2 开关电源的电磁兼容设计619

14.2.1 输入端滤波器的设计619

14.2.2 辐射EMI的抑制措施621

14.2.3 传导干扰的解决方法621

14.2.4 接地技术的应用622

14.2.5 屏蔽技术、元件布局与印制电路板布线技术623

14.3 开关电源的可靠性设计625

14.3.1 可靠性的定义、指标及影响的因素626

14.3.2 可靠性设计的原则与可靠性设计627

14.4 开关电源的几种热设计方法630

14.4.1 半导体器件的散热器设计630

14.4.2 强制通风、金属PCB和元件布置634

14.5 开关电源的最优设计635

14.5.1 开关电源的性能指标及优化设计模型635

14.5.2 设计变量和目标函数636

14.5.3 约束637

14.5.4 优化数学模型的一般形式及工程优化设计的特点638

14.5.5 应用最优化方法的几个问题640

14.6 开关电源的仿真642

14.6.1 开关电源电路的仿真技术642

14.6.2 用SPICE和PSPICE仿真开关电源645

14.6.3 离散时域法仿真653

参考文献661

第15章 开关电源的设计与仿真举例及封装技术662

15.1 反激式变换器的设计662

15.1.1 电磁能量的存储与变换及变压器的储能能力663

15.1.2 反激式变换器的同步整流665

15.1.3 反激式变换器的设计方法举例667

15.1.4 设计112 W反激式变压器670

15.1.5 反激式变换器的缓冲吸收电路设计685

15.2 单端正激式变换器的设计690

15.2.1 电感的最小值与最大值及多路输出691

15.2.2 能量再生与同步整流692

15.2.3 变压器设计与制作工艺695

15.3 正激式PWM开关电源的SPICE仿真701

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705

15.5 采用离散时域法仿真的计算举例711

15.5.1 双环Boost开关稳压电源的仿真计算举例711

15.5.2 单环正激式开关稳压电源的仿真计算举例712

15.6 DC/DC桥式开关变换器的最优设计713

15.6.1 开关、整流滤波电路的优化设计数学模型714

15.6.2 变压器的优化设计数学模型716

15.6.3 半桥式PWM开关变换器的优化设计718

15.6.4 5V/500 W DC/DC半桥PWM开关变换器的优化设计719

15.6.5 DC/DC全桥ZVS-PWM变换器主电路的优化设计721

15.7 开关电源模块的封装设计723

15.7.1 平面金属化封装技术723

15.7.2 集成分布开关电源系统DPS的封装举例724

参考文献727

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728

16.1 电子镇流器728

16.1.1 交流驱动的荧光灯与荧光灯的伏安特性729

16.1.2 电子镇流器电路732

16.2 电流馈电式电路738

16.2.1 电流馈电式推挽电路738

16.2.2 推挽式电路的电压和电流739

16.2.3 电流馈电电路中的“电流馈电”电感740

16.2.4 电流馈电电感的磁芯选择741

16.2.5 电流馈电电感绕组的设计746

16.2.6 电流馈电电路中的铁氧体磁芯变压器747

16.2.7 电流馈电电路中的环形磁芯变压器752

16.3 电压馈电式电路与电流馈电并联谐振半桥电路753

16.3.1 电压馈电推挽式电路753

16.3.2 电压馈电串联谐振半桥电路754

16.3.3 电流馈电并联谐振半桥电路756

16.3.4 电子镇流器的封装757

16.4 LED照明驱动器758

16.4.1 LED的特性及对驱动电源的要求758

16.4.2 家用18 W LED照明灯761

16.4.3 路灯用200 W LED照明灯765

16.5 用于便携式电子设备的低压输入电压变换器770

16.5.1 电容充电泵集成块771

16.5.2 关式集成块774

16.5.3 MAX863芯片的应用776

16.5.4 MAX624芯片的应用及设计方法778

16.5.5 凌特公司的Boost与 Buck变换器785

参考文献790