《开关电源的原理与设计》 张占松，蔡宣三著

《开关电源的原理与设计》  张占松，蔡宣三著，出版年:  2004-9

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-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 

2.1.4  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  C＇uk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  C〖DD(-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 

4.1.3  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(KG)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(KG)法 

5.4.3  无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 

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-ＤＣ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  AＣ-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-ＤＣ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THD 

8.2.1  功率因数的定义 

8.2.2  AC-ＤＣ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Re 

8.5.3  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 

9.2.2  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 

11.2.2  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  电感的最小值与最大值 

12.2.2  多路输出 

12.2.3  能量再生线圈P2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 

14.2.1  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  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  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  多谐振变换器概述 

第21章  ZCS-PWM和ZVS-PWM变换技术 

21.1  ＺCS-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-ＰＷＭ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-PWM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-ＰＷＭ变换器 

23.1  DC-ＤＣ  FB  ZVS-ＰＷＭ  DC-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-ＰＷＭ变换器几个问题的分析 

23.3.1  占空比分析 

23.3.2  PSC  FB  ZVS-ＰＷＭ变换器两桥臂开关管的ZVS条件分析 

23.4  PSC  FB  ZCZVS-ＰＷＭ变换器 

第24章  有源钳位软开关PWM变换技术 

24.1  概述 

24.2  有源钳位电路 

24.3  有源钳位ZVS-ＰＷＭ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SPICE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-ＤＣ桥式开关变换器的最优设计 

26.4.1  DC-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  DＣ-DC半桥PWM开关变换器优化设计举例 

26.4.6  DC-DC全桥ZVS-ＰＷＭ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-ＰＷＭ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