1、开关电源的原理与设计(修订版)张占松目录目录第 1 篇 PWM 开关变换器的基本原理第 1 章 开关变换器概论1.1 什么是开关变换器和开关电源1.2 DC-变换器的基本手段和分类1.3 DC-DC 变换器主回路使用的元件及其特性1.3.1 开关1.3.2 电感1.3.3 电容1.4 DC-DC 变换器发展历程、现状和趋势1.4.1 开关电源技术发展的历程1.4.2 20 世纪推动开关电源发展的主要技术1.4.3 开关电源技术发展方向1.4.4 大电容技术第 2 章 基本的 PWM 变换器主电路拓扑2.1 Buck 变换器2.1.1 线路组成2.1.2 工作原理2.1.3 电路各点的波形2.1
2、.4 主要概念与关系式2.1.5 稳态特性的分析2.2 Boost 变换器2.2.1 线路组成2.2.2 工作原理2.2.3 电路各点的波形2.2.4 主要概念与关系式2.2.5 稳态特性的分析2.2.6 纹波电压的分析及减少方法2.3 Buck-Boost 变换器2.3.1 线路组成2.3.2 工作原理2.3.3 电路各点的波形2.3.4 主要概念与关系式2.3.5 优缺点2.4 Cuk 变换器2.4.1 线路组成2.4.2 工作原理2.4.3 电路各点的波形2.4.4 主要概念与关系式2.5 四种基本型变换器的比较2.6 四种基本型三电平变换器2.6.1 Buck 三电平变换器电路与工作原
3、理2.6.2 Buck 三电平变换器输出电压与输出电流的关系2.6.3 滤波器设计2.6.4 Boost、Buck-Boost CDD(-5/5 DD)uk 三电平变换器第 3 章 带变压隔离器的 DC-DC 变换器拓扑3.1 变压隔离器的理想结构3.2 单端变压隔离器的磁复位技术3.3 自激推挽式变换器的工作原理3.4 能量双向流动的 DC-DC 变压隔离器3.5 隔离式三电平变换器3.5.1 正激变换器 3L 线路3.5.2 半桥、全桥变换器 3L 线路第 4 章 变换器中的功率开关元件及其驱动电路4.1 双极型晶体管4.1.1 晶体管的开关过程4.1.2 开关时间的物理意义及减小的方法4
4、.1.3 抗饱和技术4.2 双极型晶体管的基极驱动电路4.2.1 一般基极驱动电路4.2.2 高压双极型晶体管基极驱动电路4.2.3 比例基极驱动电路4.3 功率场效应管4.3.1 功率场效应管的主要参数4.3.2 功率场效应管的静态特性4.3.3 MOSFET 的体内二极管4.4 功率场效应管的驱动问题4.4.1 一般要求4.4.2 MOSFET 的驱动电路4.5 绝缘栅双极晶体管4.5.1 IGBT 结构与工作原理4.5.2 IGBT 的静态工作特性4.5.3 IGBT 的动态特性4.5.4 IGBT 的栅极驱动及其方法4.6 开关元件的安全工作区及其保护4.6.1 双极型晶体管二次击穿原
5、因及对 SOA 的影响4.6.2 安全工作区(SOA)4.6.3 保护环节RC 缓冲器第 5 章 磁性元件的特性与计算5.1 概述5.1.1 在开关电源中磁性元件的作用5.1.2 掌握磁性元件对设计的重要意义5.1.3 磁性材料基本特性的描述5.1.4 磁心型号对照表5.2 磁性材料及铁氧体磁性材料5.2.1 磁心磁性能5.2.2 磁心结构5.3 高频变压器设计方法5.3.1 变压器设计方法之一面积乘积(AP)法5.3.2 变压器设计方法之二几何参数(KG) 法5.4 电感器设计方法5.4.1 电感器设计方法之一面积乘积(AP)法5.4.2 电感器设计方法之二几何参数(KG) 法5.4.3 无
6、直流偏压的电感器设计5.5 抑制尖波线圈与差模、 共模扼流线圈5.5.1 抑制尖波的电磁线圈5.5.2 差模与共模扼流线圈5.5.3 使用对绞线时干扰的抑制5.5.4 使用电缆线时干扰的抑制5.6 非晶、 超微晶(纳米晶)合金软磁材料特性及应用5.6.1 非晶合金软磁材料的特性5.6.2 超微晶合金软磁材料的特性5.6.3 非晶、 超微晶合金软磁材料的应用第 6 章 开关电源占空比控制芯片及集成开关变换器的原理与应用6.1 开关电源系统的隔离技术6.2 开关电源 PWM 控制芯片及智能功率开关6.2.1 1524/2524/3524 芯片简介6.2.2 芯片的工作过程6.3 适用于功率场效应管
7、控制的 IC 芯片6.3.1 1525A 与 1524 的差别6.3.2 1525A/1527A 的应用6.4 电流控制型脉宽调制器6.4.1 UC1846/UC1847 工作原理及方框图6.4.2 1842/2842/3842 8 脚脉宽调制器6.5 智能功率开关及其应用6.5.1 概述6.5.2 工作原理6.6 便携式设备中电源使用的集成块6.6.1 简介6.6.2 MAX863 芯片的应用6.6.3 MAX624 芯片的应用及设计方法第 7 章 功率整流管7.1 功率整流二极管7.1.1 功率整流二极管模型7.1.2 功率二极管的主要参数7.1.3 几种快速开关二极管7.2 同步整流技术
8、7.2.1 概述7.2.2 同步整流技术的基本原理7.2.3 同步整流驱动方式7.2.4 同步整流电路7.2.5 SR-Buck 变换器7.2.6 SR-正激变换器7.2.7 SR-反激变换器第 8 章 有源功率因数校正器8.1 AC-电路的输入电流谐波分量8.1.1 谐波电流对电网的危害8.1.2 A-DC 变流电路输入端功率因数8.1.3 对 AC-DC 电路输入端谐波电流限制8.1.4 提高 AC-电路输入端功率因数和减小输入电流谐波的主要方法8.2 功率因数和 THD8.2.1 功率因数的定义8.2.2 AC-电路输入功率因数与谐波的关系8.3 Boost 功率因数校正器(PFC)的工
9、作原理8.3.1 功率因数校正的基本原理8.3.2 Boost 有源功率因数校正器(APFC)的主要优缺点8.4 APFC 的控制方法8.4.1 常用的三种控制方法8.4.2 电流峰值控制法8.4.3 电流滞环控制法8.4.4 平均电流控制法8.4.5 PFC 集成控制电路 UC3854A/B 简介8.5 反激式功率因数校正器8.5.1 DCM 反激功率因数校正电路的原理8.5.2 等效输入电阻 Re8.5.3 平均输出电流和输出功率8.5.4 DCM 反激变换器等效电路平均模型第 9 章 开关电源并联系统的均流技术9.1 概述9.2 开关电源并联系统常用的均流方法9.2.1 输出阻抗法9.2
10、.2 主从设置法9.2.3 按平均电流值自动均流法9.2.4 最大电流法自动均流9.2.5 热应力自动均流法9.2.6 外加均流控制器均流法第 10 章 开关电源的小信号分析及闭环稳定和校正10.1 概述10.2 电感电流连续时的状态空间平均法10.3 电流连续时的平均等效电路标准化模型10.4 电流不连续时标准化模型10.5 复杂变换器的模型10.6 用小信号法分析有输入滤波器时开关电源的稳定问题10.7 开关电源控制原理及稳定问题10.7.1 闭环及开环控制10.7.2 开关电源结构框图10.8 稳定判别式波德图绘制10.8.1 常见环节的幅频特性和相频特性10.8.2 快速绘制开环对数特
11、性曲线的方法10.8.3 用开环特性分析系统的动态性能10.9 实测波德图的方法及相关设备10.9.1 开环系统直接注入法10.9.2 闭环回路直接注入法10.10 测定波德图，确定误差放大器的参数10.10.1 TL431 相关测定技术10.10.2 提高稳定性的设计方法10.10.3 参数变化影响趋势的分析第 2 篇 PWM 开关变换器的设计与制作KH1D第 11 章 反激变换器的设计11.1 概述11.1.1 电磁能量储存与转换11.1.2 工作方式的进一步说明11.1.3 变压器的储能能力11.1.4 反激变换器的同步整流11.2 反激式变换器的设计方法举例11.2.1 电源主回路11
12、.2.2 变压器设计11.2.3 设计 112W 反激变压器11.2.4 设计中的几个问题11.2.5 计算变压器的另一种方法11.3 反激变换器的缓冲器设计11.3.1 反激变换器的开关应力11.3.2 跟踪集电极电压钳位环节11.3.3 缓冲器环节工作波形11.3.4 缓冲器参数的确定11.3.5 低损耗缓冲器11.4 双晶体管的反激变换器11.4.1 概述11.4.2 工作原理11.4.3 工作特点11.4.4 缓冲器11.4.5 工作频率11.4.6 驱动电路11.4.7 变压器设计注意漏电感和匝数第 12 章 单端正激变换器的设计12.1 概述12.2 工作原理12.2.1 电感的最
13、小值与最大值12.2.2 多路输出12.2.3 能量再生线圈 P2 的工作原理12.2.4 单端正激变换器同步整流12.2.5 正激变换器的优缺点12.3 变压器设计方法12.3.1 方法一12.3.2 方法二第 13 章 双晶体管正激变换器的设计13.1 概述13.1.1 线路组成13.1.2 工作原理13.1.3 电容 C 的作用13.2 双晶体管正激变换器变压器设计13.3 正激变换器的闭环控制及参数计算13.3.1 UPC 1099 的极限使用值和主要电性能13.3.2 UPC 1099 的应用第 14 章 半桥变换器的设计14.1 半桥变换器的工作原理14.2 偏磁现象及其防止方法1
14、4.2.1 偏磁的可能性14.2.2 串联耦合电容改善偏磁性能14.2.3 串联耦合电容的选择14.2.4 阶梯式趋向饱和的可能性及其防止14.2.5 直通的可能性及其防止14.3 软启动及双倍磁通效应14.3.1 双倍磁通效应14.3.2 软启动线路14.4 变压器设计14.5 控制电路第 15 章 桥式变换器的设计15.1 概述15.2 工作原理15.2.1 概述15.2.2 工作过程15.2.3 缓冲器的组成及作用15.2.4 瞬变时的双倍磁通效应15.3 变压器设计方法15.3.1 设计步骤及举例15.3.2 几个问题第 16 章 双驱动变压器推挽变换器的设计16.1 概述16.1.1
15、 线路结构16.1.2 工作原理16.1.3 各点波形16.2 开关功率管的缓冲环节16.3 推挽变换器中变压器的设计第 17 章 H7C1 为材质 PQ 磁心高频变压器的设计17.1 损耗及设计原则简介17.1.1 设计原则17.1.2 满足设计原则的条件17.2 表格曲线化的设计方法17.2.1 表 17.1 的形成与说明17.2.2 扩大表 17.1 的使用范围第 18 章 电子镇流器的设计18.1 概述18.1.1 荧光灯18.1.2 荧光灯的结构及伏安特性18.1.3 高频电子镇流器的基本结构18.2 半桥串联谐振式电子镇流器18.3 带有源、无源功率因数电路的电子镇流器18.3.1
16、 有源功率因数校正电子镇流器18.3.2 无源功率因数校正电子镇流器第 19 章 开关电源设计与制作的常见问题19.1 干扰与绝缘19.1.1 干扰问题及标准19.1.2 隔离与绝缘19.2 效率与功率因数19.2.1 高效率与高功率密度19.2.2 高功率因数19.3 智能化与高可靠性19.4 高频电流效应与扁平变压器设计19.4.1 趋肤效应和邻近效应的产生19.4.2 扁平变压器的设计第 3 篇 软开关-PWM 变换器第 20 章 软开关功率变换技术20.1 硬开关技术与开关损耗20.2 高频化与软开关技术20.3 零电流开关和零电压开关20.4 谐振变换器20.5 准谐振变换器20.6
17、 多谐振变换器概述第 21 章 ZCS-PWM 和 ZVS-PWM 变换技术21.1 CS-PWM 变换器21.1.1 工作原理21.1.2 运行模式分析21.1.3 分析21.1.4 ZCS-PWM 变换器的优缺点21.2 ZVS-PWM 变换器21.2.1 工作原理21.2.2 运行模式分析21.2.3 分析21.2.4 ZVS-PWM 变换器的优缺点第 22 章 零转换-软开关变换技术22.1 零转换-PWM 变换器22.2 ZCT-PWM 变换器22.2.1 工作原理22.2.2 运行模式分析22.2.3 ZCT-PWM 变换器的优缺点22.2.4 数例分析22.3 三端 ZCT-PW
18、M 开关电路22.4 ZVT-PWM 变换器22.4.1 工作原理22.4.2 运行模式分析22.4.3 ZVT-PWM 变换器的优缺点22.4.4 应用举例22.4.5 三端零电压开关电路22.4.6 双管正激 ZVT-PWM 变换器第 23 章 移相控制全桥 ZVS-变换器23.1 DC- FB ZVS- DC-变换器的工作原理23.2 PSC FB ZVS-PWM 变换器运行模式分析23.3 PSC FB ZVS-变换器几个问题的分析23.3.1 占空比分析23.3.2 PSC FB ZVS-变换器两桥臂开关管的 ZVS 条件分析23.4 PSC FB ZCZVS-变换器第 24 章 有
19、源钳位软开关 PWM 变换技术24.1 概述24.2 有源钳位电路24.3 有源钳位 ZVS-正激变换器稳态运行分析24.4 有源钳位并联交错输出的反激变换器24.5 有源钳位反激-正激变换器第 4 篇 开关电源的计算机辅助分析与设计第 25 章 开关电源的计算机仿真25.1 电力电子电路的计算机仿真技术25.1.1 计算机仿真技术25.1.2 电路仿真分析(建模)方法25.1.3 SPICE 和 PSPICE 仿真程序25.2 用 SPICE 和 PSPICE 通用电路模拟程序仿真开关电源25.2.1 概述25.2.2 功率半导体开关管的 SPICE 仿真模型25.2.3 控制电路的 SPI
20、CE 仿真模型25.2.4 正激 PWM 开关电源的 SPICE 仿真25.2.5 推挽式 PWM 开关电源的 PSPICE 仿真及补偿网络参数优化选择25.3 离散时域法仿真25.3.1 概述25.3.2 数值法求解分段线性网络的状态方程25.3.3 求解网络拓扑的转换时刻(边界条件)25.3.4 非线性差分方程(大信号模型)25.3.5 小信号模型25.3.6 程序框图25.3.7 仿真计算举例第 26 章 开关电源的最优设计26.1 概述26.1.1 可行设计26.1.2 最优设计26.1.3 开关电源的主要性能指标26.2 工程最优化的基本概念26.2.1 优化设计模型26.2.2 设
21、计变量26.2.3 目标函数26.2.4 约束26.2.5 优化数学模型的一般形式26.2.6 工程优化设计的特点26.3 应用最优化方法的几个问题26.3.1 最优解的性质26.3.2 初始点的选择26.3.3 收敛数据26.3.4 变量尺度的统一26.3.5 约束值尺度的统一26.3.6 多目标优化问题26.4 DC-桥式开关变换器的最优设计26.4.1 DC-半桥式 PWM 开关变换器主要电路的优化设计26.4.2 开关、 整流滤波电路的优化设计数学模型26.4.3 变压器的优化设计数学模型26.4.4 半桥 PWM 开关变换器优化设计的实现26.4.5 5V/500W 输出 D-DC
22、半桥 PWM 开关变换器优化设计举例26.4.6 DC-DC 全桥 ZVS-变换器主电路的优化设计26.5 单端反激 PWM 开关变换器的优化设计26.5.1 数学模型概述26.5.2 多路输出等效为一路输出的方法26.5.3 优化设计举例26.6 PWM 开关电源控制电路补偿网络的优化设计26.6.1 概述26.6.2 开关电源瞬态响应特性简介26.6.3 开关变换器的频域特性26.6.4 PWM 开关变换器小信号模型26.6.5 瞬态优化设计数学模型26.6.6 计算举例26.7 DC-DC 全桥移相式 ZVS-PWM 开关电源补偿网络的最优设计26.7.1 主电路及电压、 电流波形26.7.2 FB ZVS-PWM 变换器小信号模型26.7.3 FB ZVS-变换器主电路传递函数及频率特性26.7.4 FB ZVS-PWM 开关电源补偿网络最优设计模型26.7.5 典型设计举例参考文献
