开关功率变换器:开关电源的原理、仿真和设计(第二版)

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本书共10章,内容包括:开关变换器简介、基本的开关变换电路、谐振变换器、隔离型变换器、开关变换器的控制策略、开关变换器的动态分析、交错并联变换器等。本书除介绍基本开关变换器的拓扑之外,还介绍了开关变换器控制策略、开关变换器的闭环控制和稳定性设计方法;开关变换器的仿真工具,包括开关变换器的PSpice和MATLAB仿真软件;交换并联变换器和开关电容变换器等内容。
国际电气工程先进技术译丛 开关功率变换器 开关电源的原理、仿真和设计 (原书第2版) 美) SIMON ANG ALEJANDRO OLIVA 著 徐德鸿陈敏陈怡 伍晓峰林平张艳军译 机械工业出版社 本书除介绍基本开关变换器的拓扑之外,还介绍了开关变换器控制策 略、开关变换器的闭环控制和稳定性设计方法;开关变换器的仿真工具, 包括开关变换器 ce和 MATLAB仿真方法;交错并联变换器和开关 电容变换器等内容。本书中的开关变换器设计案例很有特色,可以系统地 培养读者综合各部分知识的运用能力 本书可以作为电气工程技术人员系统学习开关电源技术知识的参 考书 ower-Switching Converters Second Edition/by Simon Ang, Alejandro Oliva/lSBN:0-8247-22450 opyright 2005 by CRC Press, Authorized from English language edition published by CRC Press, part of T Group LLC: All rights reserved 书中文简体翻译版授权由机械工业出版社独家出版,限在中国大陆 地区销售。未经出版者书面许可,不得以任何方式复制或发行本书的任何 部分。 版权所有,侵权必究 本书封面贴有 Taylor& Francis公司防伪标签,无标签者不得销售。 本书版权登记号:图字01-2006-6507号 图书在版编目(CP)数据 开关功率变换器:开关电源的原理、仿真和设计原书第2版/(美)安 格(Ang,S.),(美)奥利弗(oiva,A.)著,徐德鸿等译.一北京: 机械工业出版社 (国际电气工程先进技术译丛) er-switching converters second edition IsBN978-711130970-3 I.①开…Ⅱ.①安…②奥…③徐…Ⅲ.①开关电源功率变换器 中国版本图书馆CIP数据核字(2010)第109783号 机械工业出版社(北京市百万庄大街22号邮政编码1000 策划编辑:牛新国责任编辑:牛新国版式设计:霍永明 责任校对:陈延翔封面设计:马精明责任印制:杨曦 北京市朝阳展望印刷厂印刷 0l年1月第1版第1次印刷 mmx239mm·24.5印张·440千字 01-3000册 标准书号:IBN978-7-111-30970-3 定价 凡购本书,如有缺页、倒页、脱页,由本社发行部调换 网络服务 社服务中心:(010)8361060户网:hp:/rw. cmpbook 销售一部:(010) 销售二部:(010) 教材网:htp:// 读者服务部;(010) 封面无防伪标均为盗版 译者序 在∏T和通信产业需求的推动下,开关变换技术和产业发展迅速,开关电源是 电力电子技术应用的一个重要分支,越来越多的人从事开关变换技术和开关电源的 研究、设计、制造。在这样的背景下, Simon Ang博士在美国阿肯色州大学为高年 级的大学生和研究生开设了“开关变换器”课程,配合课程撰写了本书,作为电 气工程高级课程的教科书。 近10年来,我国电力电子技术和相关产业发展迅速,对相关人才的需求日益 增加,许多大学陆续开设了电力电子技术及其专题的课程。其中,开关电源是一个 典型的专题,但关于开关变换技术的系统教材还不多见。他山之石可以攻玉,基于 上述观点,我们翻译了本书,希望本书的中文版具有一定的借鉴作用。 本书除介绍基本开关变换器的拓扑之外,还介绍了开关变换器控制策略、开关 变换罨的闭环控制和稳定性设计方法;开关变换器的仿真工具,包括开关变换器的 PSpice和 MATLAB仿真方法;交错并联变换器和开关电容变换器等内容 本书中的开关变换器设计案例很有特色,可以系统地培养读者综合各部分知识 的运用能力。本书可以作为电气工程技术人员系统学习开关电源技术知识的参 考书。 由于译者水平有限,翻译过程中难免有理解不准确和不妥之处,恳切希望读者 批评指正。 在本书第2版中, Simon Ang博士感谢合作者—阿根廷 Universidad Nacional del sur的 Alejandro Oliva博士。在这个版本中,加入了许多新的材料和参考文献, 有几个章节进行了彻底的修订。书中新加入了交错并联变换器和开关电容变换器 两章,在开关变換器的动态分析中加入了离散建模方法,并在设计实例研究中采用 了新的例子 本书可作为电气工程师高级课程电力电子变换器的教科书,在第1-4章中介 绍了基本开关变换器的拓扑,第5章中介紹了开关变换器的基本控制策略。教师可 以选择略过第7章交错并联变换器和第8章开关电容变换器的内容来教学。 第6章介绍开关变换器的闭环控制和稳定性设计方法,讨论了基于状态空间平 均模型和线性化的开关变换器动态特性分析。本章分成两个部分:第1部分为连续 模型和控制策略;第2部分介绍基于数字采样的断续模型。这一章中的许多专题在 授课时可以略过,这些专题可在更高级的课程中介绍。 第9章提供开关变换器的仿真工具,主要介绍开关变换器的 PSpice和MAT LAB仿真方法。这一章可在第2章和第4~6章结束时进行穿插教学。开关变换器 的学习需要经历变换器的分析、设计、实验过程。第10章有完整的设计实例,可 以作为科技训练项目的参考 附加的信息和材料,会周期性地更新,读者可以从网址htp://www.crepes com下载。其中包括课件、 PSpice例子、MA∏LAB源文件。 PSpice例子可以在 OrCAD10.0演示软件中运行 还有其他一些人对本书第2版提供了帮助,给出了建议和意见。我们感谢Juan rlos balda博士给予的详细的和建设性的意见,使第6章内容的准确性得以提商 我们感谢 Roberto m. Schupbach博士对 MATLAB代码的错误检查。 Graciela Rodriguez放弃了她的假期,对书中的插图和公式提供了无偿的帮助。第10章中 些设计实例来自阿肯色州大学的毕业研究生参与的一些项目,特别是Kien ng和 Lan Phuong Bui Pham。感谢 Claudio frate为本书准备了大量插图。最后衷 心感谢我们的家庭给予我们的爱和支持。 ng Alejandro R. oliv 目 录 译者序 前言 第1章开关变换器简介 1.1简介 1.2工业发展趋势 1.3线性变换器 3.1串联式线性调整器 1.3.2并联式线性调整器 1.4开关变换器 1.41带有阻性负载的基本开关变换器 1.4.2带有阻感性负载的开关变换器 1.5变换器稳态原理分析 1.5.1电感伏秒衡 1.5.2电容电荷平衡…… 参考文献 第2章基本的开关变换电路 2.1简介 2.2Buck变换器 2.2.1连续模式… 2.2.2断续模式 2.3同步整流 112 2.4.1连续模式 2.4.2断续模式 2.5Buck- Boost变换器… 2.5.1连续模式 2.5.2断续模式… 892 2.6Cak变换器… 2.7非理想元器件实现的变换器 2.7.1电感模型 Ⅵ开关功率变换器——开关电源的原理、仿真和设计 2.7.2半导体器件损耗 2.73电容模型… 习题 参考文献 第3章谐振变换器 1简介 3.2并联谐振电路综述 3.3串联谐振电路综述 3.4准谐振开关的分类… 3.5零电流开关准谐振Buck变换器 3.6零电流开关准谐扳 Boost变换器 3.7零电压开关准谐振Buck变换器 38零电压开关准谐振 Boost变换器 3.9串联负载谐振变换器 3.9.断续糢式(0<f<0.5f) 3.9.2连续模式(f>f或称为高于谐振频率模式 3.9.3连续模式(0.5f<fs<或称为低于谐振频率模式) 3.10并联负载谐振变换器 60m24670 3.10.1断续模式(0<f5<0.5f)………… 3.10.2连续模式(fs>或称为高于谐振频率模式) 3.10.3连续模式(0.5f,<<f,或称为低于谐振频率模式) 习题 参考文献 第4章隔离型变换器…………… 4.1简介………… 4.2正激变换器 4.3推挽变换器 4.4半桥变换器……… 4.5全桥变换器 7g829%8 4.6反激变换器 4.7零电流开关准谐振半桥变换器 习题 参考文献 第5章开关变换器的控制策略 5.1简介 5.2脉宽调制 5.2.1电压模式PWM策略 5.2.2电流模式PWM策略 5.3滞环控制:开关电流源 5.3.1时段稳态分析…… 5.4商业化集成电路控制器 SG3524固定率电压模式控制器 12 54.2TL497变化频率电压模式控制器 5.4.3UC3842固定频率电流模式PwM控制器 5.4.4 TinvSwitch-Ⅱ系列小功率离线开关管 5.5谐振变换器控制策略 125 5.5.1谐振变换器离线控制器 ……13 参考文献……… 第6章开关变换器的动态分析 6.1简介…… 6.2连续时间线性模型 6.2.1经典控制技术分析开关变换器 62.2开关变换器小信号模型概述… 6.2.3经典控制技术中的负反馈 6.2.4考虑输出电容ESR的Buck变换器的反馈补偿 6.2.5无输出电容ESR的Buck变换器的反馈补偿 部扰动的电压调幣器线性模型 6.2.7输出阻抗和稳定性 164 6.2.8开关变换器的状态空间表示 6.2.9状态空间平均 6.2.10开关变换器传递函数 187 6.2.11全状态反馈 6.2.12输入EMI滤波器 6.3离散时间模型 6.3.1介绍 6.3.2连续时域和离散时域 6.3.3连续时间状态空间模型 6.3.4开关变换器离散时间模型 6.3.5全状态反馈离散控制系统设计………… 210 63.6电压模式控制… 6.3.7电流模式控制…… 212 Ⅷ开关功率变换器——开关电源的原理、仿真和设计 习题 参考文献…………… 第7章交错并联变换器 7.1简介 7.2交错并联Buck变换器……… 7.2.1状态空间平均模式…… 7.3交错并联 boost变换器 7.3.1状态空间平均模式 7.4基于电流模式工作的交错并联变换器… 7.4.1纹波的计 7.4.2变换器的数量 7.5功率因数校正 习题 参考文献 第8章开关电容变换器… 8.I简介 8.2单向功率传输SCC 82.1基本升压变换器 8.2.2基本降压变换器 235 8.2.3基本电压极性反向变换器…… 8.3其他开关电容变换器拓扑… 8.3.1降压变换器 8.4状态空间平均模型 8.4.1升压变换器 8.4.2n阶降压SCC…… 4.3n阶升压SCC 85双向功率传输SCC 85.1升降压变换器 8.5.2岁氏变换器 8.6谐振变换器 8.6.1零电流开关(ZCs) 8.7开关电容功率变换器的损耗 习题 参考文献 第9章开关变换器的仿真 9.1简介…

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