开关电源原理与设计

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《开关电源的原理与设计(修订版)》 硬件电源知识
dianyuan kaifa 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升么是开关变换器和开关电源 1.2DCDC变换器的基本于段和分类 3DCC变换器主回路使用的元件及其特性 13.1开关 (3) 132电感 ·自自自■备 ▲d自口■■ ■■■看看p■↓p山曲甲『會■p甲p■ (3) 13.3电容……………………… ……(4 1.4DCDC变换器发展历程现状和趋势 ……(6) 1.4.1开关电源技术发展的历程 (6) 1.4.220世纪推动开关电源发展的主要技术 ……(6) 14.3开关电源技术发展方向… 鲁●中●唱D● 14.4大电容技术 (15) 第2章基本的PWM变换器主电路拓扑 16 21Buck变换器 (16) 2.1.1线路组成…… b■■鲁■↓道■自品音q4■ s画血■■bbb止音由pd●b 4■自曲Pp 2.12工作原理 2.1.3电路各点的波形… ■▲罪↓·●◆ 自p鲁自聊ψ●◆●■自备◆音鲁■郾●晋音14會t申罪D●卓血 ●Dt·會即自鲁号◆P會看◆ (17) 2.14主要概念与关系式 …………………………(17) 2.1.5稳态特性的分析…… 勹 22Bost变换器 (27) 22.1线路组成………… 自· ■■ (28) 22.2工作原理 …(28) 223电路各点的波形… …………(28) 224主要概念与关系式…………… 22.5稳态特性的分析 226纹波电压的分析及减少方法… ……(38) 2.3Buck- Boost变换器 ………(40) 23.1线路组成 ………………………(40) 2.3.2工作原理 ………………(40) 23.3电路各点的波形 (41) 23.4主要概念与关系式…………… 23.5优缺点…… 鲁鱼自鱼血血↓t4香也色 阝鲁自阝4↓●b (44) 2.4Cuk变换器… 如p●4·哥●串d中单·q●● …………(46) 24.1线路组成 ……(47) 24.2工作原理 (48) 24.3电路各点的波形…… ▲b 主要概念与关系式 (50) 2.5四种基本型变换器的比较 (52) 26四种基本型三电平变换器 ………(55) 2.6.1Buck三电平变换器电路与工作原理… …………(55) 26.2Buck三电平变换器输出电压与输出电流的关系… 263滤波器设计 …(58) 2.6.4BOxt、 Buck-Boost Cuk三电平变换器 ……(59) 第3章带变压隔离器的DXDC变换器拓扑… L申· 3.1变压隔离器的理想结构 (61) 3.2单端变压隔离器的磁复位技术 (63) 3.3自激推挽式变换器的工作原理 ……………(67) 34能量双向流动的DCDC变压隔离器 (71) 3.5隔离式三电平变换器…… 72) 3.5.1正激变换器3L线路 (72) 3.5.2半桥、全桥变换器3L线路… (72) 第4章变换器中的功率开关元件及其驱动电路 ………(74) 4.1双极型晶体管 ■q导@●d。p 14A ●鲁pI。。d。ψ甲◆◆d命·电申d啁命 4卩申看;聊●p命自◆ 4.1.1晶体管的开关过程… ………………………(74) 4.1.2开关时间的物理意义及减小的方法 ………(75) 4.1.3抗饱和技术… …(76) 4.2双极型晶体管的基极驱动电路 ………………………………(76) 4.2.1一般基极驱动电路… ……(76) 4.2.2高压双极型晶体管基极驱动电路 …(77) 4.2.3比例基极驱动电路 60 4.3功率场效应管 …(81) 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… (84) 4.3.3 MOSFET的体内二极管 …(85 4,4功率场效应管的驱动问题 4.4.1一般要求…………… …86) 4.4.2 MOSFET的驱动电路 4.5绝缘栅双极晶体管 …(90) 4.5.1IGBT结构与工作原理 (90) 4.52iGBT的諍态工作特性………… 4.5.3IGBT的动态特性……… (91) 4.5.4IT的概极驱动及其方法 (91) 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) (96) Ⅵ 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 ………(102) 5.1.1在开关电源中磁性元件的作用 (102) 掌握磁性元件对设计的重要意义 “……(102) 5.1.3磁性材料基本特性的描述 (102) 5.1.4磁心型号对照表 (106) 5.2磁性材料及铁氧体磁性材料…… …(106) 52.1磁心磁性能 ………(106) 5.22磁心结构……… …(108) 5.3高频变压器设计方法 ……(109) 5.3.1变压器设计方法之一—面积乘积(AP)法 (109) 5.3.2变压器设计方法之 几何参数(Kc)法… ………(116) 5.4电感器设计方法… …(121) 54.1电感器设计方法之一—面积乘积(AP)法… ……………(121) 542电感器设计方法之二一几何参数(KG)法……… 54.3无直流偏压的电感器设计……… …………::(129) 5.5抑制尖波线圈与差模、共模扼流线圈 …(131) 5.5.1抑制尖波的电磁线圈…… ……(131) 5.5.2差模与共模扼流线圈…… ……(133) 5.53使用对绞线时于扰的抑制…… ………(135) 5.54使用电缆线时干扰的抑制… 号P导·日p··鲁看●pp自看 56非晶、超微晶(纳米晶)合金软磁材料特性及应用 ……:(136) 1非晶合金软磁材料的特性 …………(136 562超微晶合金软磁材料的特性 …………:(137) 5.6.3非晶、超徽晶合金软磁材料的应用 …………………………(137) 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 …:(138 6.1开关电源系统的隔离技术… 62开关电源PWM控制芯片及智能功率开关 …………(140) 6211524/25243524芯片简介 ……………(141) 62.2芯片的工作过程……… 6.3适用于功率场效应管控制的IC芯片 ……(144) 63.11525A与1524的差别 ■自看會ψ·●●d●ψ曹◆音自b即咖自看↓●pD■●曲d曲曲■_曲■面 6.3.21525A1527A的应用 …………………(146) 6.4电流控制型脉宽调制器… ……………(146) 64.1UC1846/UC1847工作原理及方框图… ■■■甲甲甲甲罪甲●。即甲●qq。◆ 6.4.2184212842/38428脚脉宽调制器…… 帽■■卩■帽鲁郾■■■ψ◆·■卓會●P●·自●自·;山口■■ 6.5智能功率开关及其应用… …(151) 6.5,1概述 (151) 652工作原理…………… (151) 6.6便携式设备中电源使用的集成块… 66.1简介 …(159) 662MAX863芯片的应用 6.6.3MAX624芯片的应用及设计方法 第7章功率整流管 ……(173) 7.1功率整流二极管… (173) 7.1.1功率整流二极管模型…… ……(173) 7.12功率二极管的主要参数 (173) 7.13几种快速开关二极管 ……(175) 7.2同步整流技术 白·甲q■ ………………………(177) 72.1概述…… (177) 7.2.2同步整流技术的基本原理 …………(178 72.3同步整流驱动方式…… …(180) 7.24同步整流电路… ·(181) 72.5 sR-Buck变换器 ……(182) 726sR正激变换器 ………………(183 727SR反激变换器 ………(185) 第8章有源功率因数校正器 ………………(186 8.1ACDC电路的输人电流谐波分量 ◆自■中■■··b即即p『◆◆p■■甲●帽单即甲司唱甲罪甲看甲昏省唱鲁早甲罪 (186) 8.11谐波电流对电网的危害……… (186) 8.12ACDC变流电路输入端功率因数 8.1.3对ACDC电路输人端谐波电流限制 ■■b●↓日●看4看 ……(188) 8.14提高ACDC电路输入端功率因效和减小输入电流谐波的主要方法 (188) 8.2功率因数和THD 甲早中一 ●●中血画d·●自助甲卓·曾自 ……(189) 821功率因数的定义 善◆4●■◆p也幽▲“·阝自番自t』■嗶阝自自山山自▲晋■郾自』▲自■■口自由血自自即唱■·者自自即·●■备吾自■甲·冒即即 (189) 822ACDC电路输功率因数与诸波的关系…………………………………(189) 8.3 Boost功率因数校正器(PFC)的工作原理 ………………(190 83.1功率因数校正的基本原理 q即■會pq1司冒曾看看 (190) 832 Boost有源功率因数校正器(APFC的主要优缺点 ……(191) 84APFC的控制方法 ………………………(191) 84.1常用的三种控制方法 ……………(191) 84.2电流峰值控制法………………… 甲pq看ep:·血日●p自中咱··●甲甲卩●帽d身自中中·●·“b ………(192) 843电流滞环控制法…………… (1%3) 8.44平均电流控制法………………………………………………(194) 84.5PFC集成控制电路UC3854AB简介………………………………(195) 85反激式功率因数校正器 ……………(198) 851DM反激功率因数校正电路的原理…………………………………(198) 852等效输人电阻Re …………………(198) 8.53平均输出电流和輸出功率…………………………………(199) 8.5.4DM反激变换器等效电路平均模型 (200) 第9章开关电源并联系统的均流技术 pDp●■_即声↓申 (201) 9.1概述 …………(201) 92开关电源并联系统常用的均流方法… 921輸出阻抗法 9.22主从设置法 (204) 923按平均电流值自动均流法 (205) 9.24最大电流法自动均流 (206) 9.2.5热应力自动均流法 ……(207) 926外加均流控制器均流法 (208) 第10章开关电源的小信号分析及闭环稳定和校正 ……(2l0) 10.1概述 …(210) 10.2电感电流连续时的状态空间平均法 l●曲b自■即啬 (210) 10.3电流连续时的平均等效电路标准化模型 ●p甲d■口 (212) 10.4电流不连续时标准化模型 ……(217) 10.5复杂变换器的模型 …………(218 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 (220) 10.7开关电源控制原理及稳定问题 (222) 10.71闭环及开环控制 D (222) 1072开关电源结构框图 …(222) 108稳定判别式波德图绘制… 卩■卩■■■◆聊聊b自阝ψt (224) 10.8.1常见环节的幅频特性和相频特性 224) 108.2快速绘制开环对数特性曲线的方法 ………………(24) 1083用开环特性分析系统的动态性能 (225) 10.9实测波德图的方法及相关设备… 中p申p■■ ……(225 10.9.1开环系统直接注入法 中口中看 10.92闭环回路直接注入法 (226) 10.10测定波德图,确定误差放大器的参数………(27) 10,10.1TL431相关测定技术… ……(227) 10.102提高稳定性的设计方法 …(228) 10.10.3参数变化影响趋势的分析…… ………………………………(23) 第2篇PWM开关变换器的设计与制作 第11章反激变换器的设计 11.1概述 p■卓l●◆■■● 自白口 …………………(237) 11.1.1电磁能量储存与转换 ·甲萨■■■伊日。●●曲曲血画 (237) 11.1.2工作方式的进一步说明 即即··一··甲甲甲甲·4·●6q自t“·adm ………………………(239) 11.1.3变压器的储能能力… ……………………(239 11.1.4反激变换器的同步整流… p中·●·◆·■甲罪唱pp聊聊·昏●昏昏bp口 ·(240) 11.2反激式变换器的设计方法举例 p卩4會伽音 (242) 11.2.1电源主回路 ………(242) 11.22变压器设计… …(242) 11.2.3设计112W反激变压器 ………·(245) 1124设计中的几个问题 ………(249) 112.5计算变压器的另一种方法 ●●冒鲁看看 (250) 11.3反激变换器的缓冲器设计 ……………(254) 11.3,1反激变换器的开关应力 (254) 11.32跟踪集电极电压钳位环节 (255) 11.3.3缓冲器环节工作波形…… 56) l1.3.4缓冲器参数的确定… …………(256) 11.3.5低损耗缓冲器∴… dd鲁鲁■“ ……(259) 1.4双晶体管的反激变换器 ……(259) 11.41概述 (259) 1142工作原理… (259) 11.4.3工作特点 …………………………………(261) 11.44缓冲器…… 11.4.5工作频率…… …………(261) 11,4.6驱动电路 ………(262) 11.4.7变压器设计注意漏电感和匝数… 4●■“▲■郾 ………(262) 第12章单端正激变换器的设计 (263) 12.1概述 (263) 12.2工作原理 12.2,1电感的最小值与最大值……… 122.2多路输出……………………………………………………………(265) 1223能量再生线圈P2的工作原理……………………………………………(265) 1224单端正激变换器同步整流 (265) 2.2.5正激变换器的优缺点 …·(266) 12.3变压器设计方法 b↓自自口啁 …………(267) 12.3.1方法 t自甲即看中p甲。申日■导甲l甲甲即即口q …(267) 12.3.2方法二……… ………………………………(270) 第13章双晶体管正激变换器的设计 (274) 13.1概述 13.1.1线路组成 ■■■q甲·■■■■■bb血·會●●日pP·冒●q ……(274) 13.12工作原理………… q■44。卩省帽◆會早卓l看日■早卩 ……(274) 13,1.3电容C的作用…………… (275) 132双晶体管正激变换器变压器设计 275) 13.3正激变换器的闭环控制及参数计算 (278 13.3.1UPC1099的极限使用值和主要电性能… ………………(279) 13.3.2UPC109的应用 ……………………(280) 第14章半桥变换器的设计 ……………(286) 14.1半桥变换器的工作原理 ………………(286) 14.2偏磁现象及其防止方法 ……………………………(287) 14.2.1偏磁的可能性……… ……………………………(287 14.22串联耦合电容改善偏磁性能… ●p口e由甲导■ 14.2.3串联朝合电容的选择… 一▲●●备命▲命血■“省品甲·●qP甲卩甲●···日即· …………(288) 14.2.4阶梯式趋向饱和的可能性及其防止 (289) 142.5直通的可能性及其防止…… ………(291) 14.3软启动及双倍磁通效应… 91) 14.3.1双倍磁通效应 14.3.2软启动线路… ……………(291) 14.4变压器设计 …(292) 14.5控制电路 (295 第15章桥式变换器的设计 …(297) 15.1概述… …………(297) 15.2工作原理 15.21概述 5.22工作过程……………… …………(298) 15.23缓冲器的组成及作用 (299) 1524瞬变时的双倍磁通效应 (299) 5.3变压器设计方法 (299) 15.3.1设计步骤及举例…… ……(299 15.3.2几个问题 ……(303) 第16章双驱动变压器推挽变换器的设计 …………(304) 16.1概述 16.1,1线路结构 ………(304) 16.12工作原理 ………………………………………………(304) 16.1.3各点波形 …………………(305) 16.2开关功率管的缓冲环节 …………(306 16.3推挽变换器中变压器的设计 (306 第17章H7C1为材质PQ磁心髙频变压器的设计… 幽吾吾日·日+B即d‘!自吾日日·4b (311) 17.1损耗及设计原则简介 ……………(311) 171.1设计原则……… (311) 17.12满足设计原则的条件 …(311) 172表格曲线化的设计方法 口a口a口■口血■山山 7.2.1表171的形成与说明… d山◆山口血山 17.2.2扩大表171的使用范围 (317 第18章电子镇流器的设计 ………………(320) 18.1概述……………………… ◆命◆申音會◆p■着·命4● 18.1.1荧光灯…… 4qq看看看4qD看 『◆『■口■■■■看●《国■备■p即唱●●■●● (320) 1812荧光灯的结构及伏安特性 (321) 18.1.3高频电子镇流器的基本结构 ■口■■■。罩 18.2半桥串联谐振式电子镇流器…… 322) 183带有源、无源功率因数电路的电子镇流器 聊●由·●导导l◆·◆中血咖4自◆自自·血自音■即 18.3.1有源功率因数校正电子镇流器……………………………(323) 8.32无源功率因数校正电子镇流器 ■■■■■口 ……(325) 第19章开关电源设计与制作的常见问题 (327) 19.1干扰与绝缘 自■●pp画 19.1.1于扰问题及标准 号日·日a44·4a· 327) 19.1.2隔离与绝缘 ……………(329) Ⅺ 192效率与功率因数 唱Pd平■甲 (332) 192.1高效率与高功率密度 …………(332) 922高功率因数 (332) 19.3智能化与高可靠性 (333) 194高频电流效应与扁平变压器设计… (334) 19.4.1趋肤效应和邻近效应的产生 (334) 194.2扁平变压器的设计 (36) 第3篇软开关PWM变换器 第20章软开关功率变换技术 340) 20.1硬开关技术与开关损耗 卓·甲甲· ………(340) 20.2高频化与软开关技术… p◆ 341) 20.3零电流开关和零电压开关………………… ■■◆◆●■■dψ申啁·申申卓●btψl■b (343) 20.4谐振变换器 344) 20.5准谐振变换器 …(345) 20.6多谐振变换器概述… ■‘山。■■ (346) 第21章 ZCS-PWM和 ZVSPWM变换技术 ……灬…(348) 21.1 ZCSPWM变换器…… 21.1.1工作原理 …(348) 21.1.2运行模式分析 甲中即甲q●甲?·◆甲p命 (349) 21.13分析…………… ……………………(350) 21.14 ZCSPWM变换器的优缺点 ………………………………………(350) 21.2 ZVSPWM变换器… …………………………(351) 21.2.1工作原理 …351) 21.2.2运行模式分析 4●44自甲甲·●▲命甲 …〔352) 21.23分析……… ■●即■甲q看pp ………………………………(353 21.2.4 ZVS-PWM变换器的优缺点………………………………………(353) 第22章零转换PWM软开关变换技术 ●西■Db●●自自■白b看b合吾即。4 (354) 22.1零转换PWM变换器… 22.2 ZCT-PWM变换器 …………………(354) 22.2.1工作原理………………… ………(354) 22.2.2运行模式分析 …(355) 222.3 ZCT-PWM变换器的优峡点 ………………(356) 22.2.4数例分析 省;。●备b▲血 (356) 22.3三端 ZCT-PWM开关电路… ■■曲自 ………………………(357) 22.4 ZVT-PWM变换器… …………………………(358) 22.4.1工作原理 山●啁■p 358 22.4.2运行模式分析…… 4p自冒冒卩p“鲁■甲●号命 ………(360) 224.3 ZVT-PWM变换器的优峡点……………………………………………"(360) 22.4,4应用举例 (360)

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