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开关电源设计第三版.pdf
电源系列丛书 开关电源设计 (第二版) Switching Power Supply Design Second Edition Abraham I. Pressman著 王志强等译 電子工業比版社 Publishing House of Electronics Industry 北京· BEIJING 内容简介 本书系统地论述了开关电源电路的功率转换和脉宽调制原理、磁性元件的设计原则及闭环反馈的稳定 性和驱动保护等内容。书中同时介绍了高频开关电源方面的最新技术进展:功率因数校正技术、软开关技术 荧光灯电子镇流器及手提电脑用低压输入电源。本书还在基本拓扑原理分析的基础上,对各功率变换器件的 参数选择和变换器波形进行了定量分析,并给出了不同拓扑电路的设计实例 本书可以作为学习、研究高频开关电源的高校师生的教材,也可作为从事开关电源设计、开发的工程 师的设计参考资料。 Mc Abraham I. Pressman Gr raw Switching Power Supply Design ISBN:0-07-052236-7 Copyright @1998 by the McGraw-Hill Companies, Inc Original Language published by The McGraw-Hill Companies, Inc. All Rights reserved. No Part of this publication may be reproduced or distributed in any means, or stored in a database or retrieval system, without the prior written permission of the publisher. Simplified Chinese translation edition jointly by McGraw-Hill Education(Asia)Co and Publishing House of Electronics Industry 本书中文简体字翻译版由电子工业出版社和美国麦格劳希尔(亚洲)出版公司合作出版。未经出版者 预先书面许可,不得以任何方式复制或抄袭本书的任何部分。 本书封底贴有 McGraw-Hl公司防伪标签,无标签者不得销售。 版权贸易合同登记号图字:01-20043564 图书在版编目(C|P)数据 开关电源设计(第二版)/(美)普莱斯曼( Pressman,A.)著:王志强等译一北京:电子工业出版社,2005.9 (电源系列丛书) 书名原文: Switching Power Supply design( Second edition) ISBN7-121-01755-5 I.开 ①普…②王…Ⅲ.开关电源一设计Ⅳ.TN86 中国版本图书馆CIP数据核字(2005)第105787号 责任编辑:刘继红 印刷:北京东光印刷厂 出版发行:电子工业出版社 北京市海淀区万寿路173信箱邮编100036 经销:各地新华书店 开本:787×1092116印张:305字数:780.8千字 印次:2005年9月第1次印刷 印数:5000册定价:4500元 凡购买电子工业出版社的图书,如有缺损问题,请向购买书店调换。若书店售缺,请与本社发行部联系 联系电话:(010)68279077。质量投诉请发邮件至zs@phei.com.cn,盜版侵权举报请发邮件至 dbqq@phei.com.cn 译者序 随着电力电子技术的迅速发展,高频开关电源已广泛应用于计算机、通信、工业加工和 航空航天等领域。因此,从事开关电源学习和研究的高校师生及从事开关比源设计研发的工 程人员,都迫切需要理论性、实用性强的学习资料。这便是我向同行介绍木书的用意所在。 本书从最基本的开关变换器入手,系统论述了开关电源电路的功率变换和脉宽调制原 理,磁性元件的设计原则及闭环反馈的稳定性和驱动保护等内容。本书表述严谨规范,材料 全面系统,是日前开关电源领域拓扑理论分析与实际电路设计结合得比较好的一本书 这里要说明,本书是英文原版的中译本,电路中的符号均采用原版形式。 本书的齡译历时一年,翻译工作由华南理工大学电力学院王志强副教授纠织完成。该校 电力电子与电力传动专业的研究生王凡、任凌、李思杨、徐彪、邱添泉、龙隽、李姸等同学 承担了部分章节的翻译工作,没有他们的积极参与和认真工作,本书的翻译出版几乎是不可 能的。广西大学电气工程系陈延明博士审阅了本书部分章节,并提出宝贵意见,在此表示感 谢 还要感谢木书作者M:. Abraham i. Pressman先生,感谢 Mc Graw-Hil公司及其北京代表 处王永诚先生。感谢电子工业出版社编辑刘继红对本书翻译的攴持和她的辛勤工作 鉴于译者的水平有限,时间仓促,译文的不足和错漏之处在所难免,希望读者予以批评 指正。 者 前言 自作者前一本关于开关电源设计的书(《开关和线性电源及功率变换器设计》,1978年) 出版以来,功率变换领域已有了许多改变。 这些改变的目的是要进一步缩小电源的体积。集成电路技术使在较小的空间里能集成更 多的电路功能,它在减小电源系统的体积方面有重要作用。与十年前约Wn3的功率密度相 比,现在开关电源功率密度可达2~6Win3而新型谐振变换器技术使功率密度提高到了20 40W/in 可工作于更高开关频率的功率场效应管的采用,以及新型拓扑技术和集成了更多控制和 监视功能的小型PWM集成电路芯片的出现都大大减小了当今电源的体积。所有这些新技术 在本书中都有介绍。 作者在给美国各大电子公司工程师讲授现代开关电源设计的实践中发现,那些对基本原 理有较好理解的人可以很容易地解决囗常设计问题并能理解、掌握新技术。 为此,本书以教学引导的方法( In a Tutorial Way)介绍各种新技术,以使读者能理解不 同电路效应的基本原理。书中还讨论了不同拓扑的关键波形及可选用的不同设计方案。本书 力图避免使用未经推导的经验公式,所有影响设计结果的公式都从基木公式导出。 本书加强了磁设计的内容。这是考虑到大多数电源设计人员仅是电路专家,他们善于用 通过示波器观察到的电压数值、电压尖峰波形来分析解决问题,而磁滞回线轨迹是难以用示 波器观察到的。这样,电路专家可能会回避或不能很好解决磁设计问题,而把难题留给对电 路特性如何影响磁设计不太了解的磁学专家。为此,本书力图加强磁学内容以纠正这种情况 本书还增加了目前功率变换领域最热门的主题:功率因数校正、荧光灯电子镇流器和用 于手提电脑的低输入电压电源。 本书正文和文献中经常出现的波形大部分为理想波形。但作者认为,从教学角度看,由 实际工作电路测得的真实波形将更有价值。一个拍摄得到的带尖峰、振荡和畸变的波形将比 手绘的理想波形传递更多的电路信息并可增加设计者的信心。本书提供了几种常用拓扑不同 频率下拍摄得到的实际波形。 本书主要面向电源设计工程师和学习电源设计的本科生、研究生。对那些不从事电源原 始设计,但对电源设计分析、评估、测试和调试有兴趣的人们也很有参考价值。 本书清晰地概括了几乎所有现代开关电源实用技术的要点内容。它的出版与无数对电源 技术发展做出贡献的工程师、工业设计师和学者的努力是分不开的。 abraham l. Pressman 目录 第1部分拓扑分析 第1章基本开关型调整器buck、boot及反相型拓扑…… 鲁·香量鲁 11简介 12线性调整器—开关调整器的原型… 121基本工作原理及优缺点 甲·幽命西‘ 血■ 122线性调整器的缺点… ·“鲁番 333344 1,23串接晶体管的功率损耗…… 1.24线性调整器的效率与输出电压的关系…… 看·非D·····最曲香鲁·· 25串接PNP型品体管的低压差线性调整器 13buck开关型调整器拓扑 13.1本工作原理 ·音面‘鲁自自·。·。萨甲号。甲,·mm···备备4着菲··中· 1.3,2buck调整器的主要电流波形………… 9 13.3buck调整器的效率(忽略交流开关损耗) 垂..罪■ 1.3.4buck调整器的效率(考虑交流开关损耗)… 13.5buck调整器的理想开关频率…… 36参数设计——一输出滤波电感的选择 12 1.3.7参数设计—输出滤波电容的选择 ……………15 1.38有直流隔离调整输出的buck调整器的电压调节… 聊。··咖▲晶晶是番 16 1.4 boost开关调整器拓扑……… ………17 14.1基本原理……… 4aa·asa·a·aaa‘音apa·qt?平中··aaaa.·.香·····合·········· 1.4.2bost调整器的定量分析… 暴看普番垂。是普哥曾辛中··「自「鲁「 18 143bo0t调整器的不连续⊥作模式和连续工作模式………… 18 144不连续模式下的 boost调整器的参数设计 …………20 14.5 boost调整器的应用及与反激变换器的比较…… 2 1.5反极性开关调整器拓扑… ……2 151域本工作原理 音普要曾要要即日··;·4鼻画高a加1看曾曾 22 l52反极性调整器设计关系 昼量昏 参考文献 a。aaaa画m口s■r■爱香罗由西吾西「寻吾而是晋吾要翟.····. ……4………………24 第2章推挽和正激变换拓扑 25 2.引言………… 25 22推挽拓扑 ·鲁量是曹费曾·自命即·普甲学甲·甲甲 25 22.1有主从输出的推挽拓扑基本原理 44…-25 22,2输入及负载变化吋从输出的调节…… 27 223从输出电压实际值 …………-………27 224主输出电感的最小电流限制 28 22.5摧挽拓扑中的磁通不平衡 28 26磁通不平衡的表现… 30 22.7磁通不平衡的测试… …………32 22.8磁通不平衡的解决方法 32 229功率变压器设计……………… 曹曹音中曹曹 34 2,2,10初/次级绕组的峰值电流及电流有效值 2.2.11J关管的电压应力及漏感尖峰 22.2功率开关管损耗 22.13推挽拓扑输出功率及输入电压的限制 42 2214输出滤波器的设计 ………:143 23止激变换器拓扑… 231基本工作原理 232输出/输入电压与导通时间和师数比的设计关系… 47 233从输出电压……………… 2.34次级负载、续流二极管及电感的电流… ………………………………49 235初级电流、输出功率及输入电压之间的关系 49 236功率开关管最大关断电压应力 49 2.3.7实际输入电压和输出功率限制………… ……………50 23.8功率和复位绕组匝数不相等的正激变换器 …………50 239正激变换器电磁理论………… …………………………………………52 2310功率变压器的设计 54 23.11输出滤波器的设计…… 56 24双管单端(以卜简称双端)正激变换器拓扑…… 241基本原理 ……………………………………………57 242设计原则及变压器的设计 25交错正激变换器拓扑 ·。··。·●····‘·●········■·。··鲁聊■··聊··↓非▲·▲西毒b“面“晶啬番晶■番郾看看鲁· 25.1韭本工作原理、优缺点和输出功率限制 普曾鲁 252变压器的设计 ‘晶西自是西·普日普看 6 2.53输出滤波器的设计……………………… 第3章半桥和全桥变换器拓扑… ▲▲▲b舂b·b·自鲁最b看音p看曹垂吾曾 31概述 t 3.2半桥变换器拓扑…… 血·由由曲由 3,21工作原理……… b“dbb。晶·垂。自4b垂bd·是4自晶b看备··香·甲平早、·幸 322半桥变换器磁设计 323输出浓波器的设计……………… 65 32.4防止磁通不平衡的阻断电容的选择 ●4鲁·.备··着?看 …………………65 325半桥变换器的漏感问题………… 66 3,2.6半桥变换器与双端正激变换器的比较… 量2里-曾 …67 3.2.7半桥变换器实际输出功率的限制 …67

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