现代高频开关电源技术及应用【2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载】

现代高频开关电源技术及应用PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第1章 引论1

1.1　线性调节器式直流稳压电源与开关调节器式直流稳压电源1

1.1.1　线性调节器式直流稳压电源1

1.1.2　开关调节器式直流稳压电源5

1.2　高频开关电源的诞生、结构和定义10

1.2.1　高频开关电源的诞生过程11

1.2.2　现代高频开关电源的定义和结构形式11

1.3　开关电源的分类13

1.4　对开关电源的要求与发展方向14

1.5　高频化进程、推动发展的技术与研发趋势16

1.5.1　开关电源高频化的历史进程16

1.5.2　20世纪推动开关电源发展的主要技术17

1.5.3　开关电源技术的研发趋势25

参考文献32

第2章 PWM DC/DC转换器33

2.1　概述33

2.1.1　PWM DC/DC转换器的定义与工作模式33

2.1.2　PWM DC/DC转换器的工作原理34

2.2　PWM DC/DC转换器电路与对偶36

2.2.1　PWM DC/DC转换器的基本电路36

2.2.2　PWM DC/DC转换器的等效电路38

2.2.3　PWM DC/DC转换器的对偶39

2.2.4　功率开关器件的对偶41

2.3　隔离式PWM DC/DC转换器43

2.3.1单端隔离式PWM DC/DC转换器43

2.3.2　正激式PWM DC/DC转换器44

2.3.3　双管正激式PWM DC/DC转换器45

2.3.4　反激式PWM DC/DC转换器46

2.3.5　双端隔离式PWM DC/DC转换器46

2.3.6　PWM DC/DC推挽转换器47

2.3.7　PWM DC/DC半桥转换器和全桥转换器47

2.3.8　隔离式PWM DC/DC转换器的比较49

2.4　基本PWM DC/DC转换器的演化与级联49

2.4.1　基本PWM DC/DC转换器的演化49

2.4.2　基本PWM DC/DC转换器的级联52

2.5　PWM DC/DC转换器模块55

2.6　PWM DC/DC转换器所用元件及其特性56

2.6.1　开关管56

2.6.2　二极管62

2.6.3　电感与电容64

2.7　PWM DC/DC转换器的功能、组成与它们之间的关系68

2.7.1　PWM DC/DC转换器的功能68

2.7.2　PWM DC/DC转换器的组成68

2.7.3　PWM DC/DC转换器之间的关系69

参考文献71

第3章 PWM DC/DC转换器的原理72

3.1　Buck降压式PWM DC/DC转换器72

3.1.1　主电路组成和控制方式72

3.1.2　电感电流连续时Buck转换器的工作原理和基本关系72

3.1.3　电感电流断续时Buck转换器的工作原理和基本关系77

3.1.4　电感电流连续的边界77

3.1.5　Buck降压式PWM DC/DC转换器的效率80

3.2　Boost升压式PWM DC/DC转换器81

3.2.1　主电路组成和控制方式81

3.2.2　电感电流连续时Boost升压式PWM DC/DC转换器的工作原理和基本关系82

3.2.3　电感电流断续时Boost升压式PWM DC/DC转换器的工作原理和基本关系84

3.2.4　电感电流连续的边界85

3.3　Buck-Boost升降压式PWM DC/DC转换器86

3.3.1　主电路组成和控制方式86

3.3.2　电流连续时Buck-Boost升压式PWM DC/DC转换器的工作原理和基本关系88

3.3.3　电流断续时Buck-Boost转换器的工作原理和基本关系89

3.3.4　电感电流连续的边界90

3.4　Cuk PWM DC/DC转换器92

3.4.1　主电路组成和控制方式92

3.4.2　电流连续时Cuk转换器的工作原理和基本关系93

3.4.3　电流断续时Cuk转换器的工作原理和基本关系95

3.4.4　两个电感有耦合的Cuk转换器97

3.5 Zeta PWM DC/DC转换器98

3.5.1　主电路组成和控制方式98

3.5.2　电流连续时Zeta转换器的工作原理和基本关系99

3.5.3　电流断续时Zeta转换器的工作原理和基本关系101

3.6　SEPIC PWM DC/DC转换器101

3.6.1　主电路组成和控制方式101

3.6.2　电流连续时SEPIC转换器的工作原理和基本关系103

3.7　正激式（Forward）PWM转换器104

3.7.1　主电路组成和控制方式105

3.7.2　电流连续时正激式转换器的工作原理和基本关系106

3.8　反激式（Flyback）PWM转换器109

3.8.1　主电路组成和控制方式109

3.8.2　电流连续时反激式转换器的工作原理和基本关系110

3.8.3　电流断续时Flyback转换器的工作原理和基本关系112

3.9　推挽式（Push-Pull）转换器113

3.9.1　推挽式逆变器113

3.9.2　推挽式PWM转换器115

3.9.3　推挽式转换器的铁心偏磁117

3.10　半桥式（Half-Bridge）PWM DC/DC转换器118

3.10.1　半桥式逆变器118

3.10.2　半桥式PWM DC/DC转换器119

3.10.3　考虑漏感时半桥式PWM转换器的工作原理122

3.11　全桥式（Full-Bridge）转换器123

3.11.1　全桥式逆变器123

3.11.2　全桥式PWM DC/DC转换器126

3.11.3　全桥式转换器中直流分量的抑制129

3.12　双管正激式（Switchces Forward）PWM DC/DC转换器129

3.12.1　两个双管正激式转换器的串联输入／并联输出131

3.12.2　并联输入、同一滤波电感输出电路133

3.12.3　双管正激式转换器的能量反馈电路134

3.13　有源钳位正激式转换器135

3.14　各种PWM DC/DC转换器的电路类型及特点比较136

3.15　几种三电平转换器139

3.15.1　基本型三电平转换器139

3.15.2　隔离式三电平转换器146

3.16　电能双向流动的PWM DC/DC转换器148

3.16.1　基本双向转换器电路的构成148

3.16.2　推挽式双向转换器电路的构成151

参考文献151

第4章　转换器的吸收电路与软开关技术152

4.1　转换器中的吸收电路152

4.1.1　吸收电路的作用152

4.1.2　吸收电路的类型155

4.1.3　关断吸收电路（turn-off Snubber）156

4.1.4　开通吸收电路（turn-on Snubber）157

4.1.5　组合吸收电路158

4.1.6　LCD吸收电路160

4.1.7　广义软开关技术161

4.2　PWM DC/DC转换器的高频化与软开关技术163

4.2.1　软开关技术与高频化164

4.2.2　软开关技术的发展现状与分类166

4.2.3　零电流开关和零电压开关167

4.3　谐振转换器169

4.3.1　串联谐振转换器和并联谐振转换器169

4.3.2　串并联谐振转换器169

4.3.3　ZCS/ZVS准谐振转换器170

4.4　多谐振转换器172

4.5　ZCS-PWM转换器173

4.5.1　工作原理173

4.5.2　参数设计177

4.5.3　ZCS-PWM转换器的基本电路族及优、缺点178

4.6　ZVS PWM转换器180

4.6.1　工作原理180

4.6.2　参数设计184

4.6.3　ZVS PWM转换器的基本电路族及优、缺点185

4.7　零电压转换（ZVT）PWM转换器187

4.7.1　工作原理187

4.7.2　辅助电路的参数设计190

4.7.3　ZVT PWM转换器的基本电路族及优、缺点192

4.8　改进型ZVT PWM转换器194

4.8.1　工作原理194

4.8.2　辅助电路的参数设计196

4.8.3　改进型ZVT PWM转换器的基本电路族及其优点197

4.9　零电流转换（ZCT）PWM转换器199

4.9.1　工作原理199

4.9.2　辅助支路的能量调节203

4.9.3　参数设计205

4.9.4　ZCT PWM转换器的基本电路族及其优、缺点207

4.10　改进型ZCT PWM转换器208

4.10.1　工作原理208

4.10.2　参数设计213

4.10.3　改进型ZCT PWM转换器的基本电路族及其优、缺点214

参考文献215

第5章　有源钳位技术与移相控制ZVS PWM转换器216

5.1　有源钳位软开关转换技术216

5.1.1　有源钳位正激转转换器217

5.1.2　参数设计222

5.2　有源钳位ZVS PWM正激式转换器223

5.2.1　有源钳位ZVS PWM正激式转换器的工作原理224

5.2.2　有源钳位ZVS PWM正激转式换器的优点226

5.3　ZVT PWM正激式转换器227

5.3.1　工作原理227

5.3.2　参数设计233

5.3.3　ZVT PWM正激式转换器的优、缺点234

5.4　ZVT双管正激式转换器235

5.4.1　工作原理235

5.4.2　参数设计240

5.4.3　ZVT双管正激式转换器的优点240

5.5　ZCT双管正激式转换器240

5.6　有源钳位反激式转换器241

5.7　有源钳位反激-正激式转换器242

5.8　移相控制ZVS PWM DC/DC全桥转换器244

5.8.1　工作原理244

5.8.2　两个桥臂实现ZVS的差异249

5.8.3　实现ZVS的策略及次级占空比的丢失249

5.8.4　整流二极管的换流250

5.8.5　移相控制ZVS PWM DC/DC全桥转换器的特点与效率253

5.9　移相控制ZVZCS-PWM DC/DC全桥转换器254

5.9.1　工作原理254

5.9.2　参数设计259

5.9.3　移相控制ZVZCS-PWM DC/DC全桥转换器的优点与效率260

5.10　移相控制ZCS-PWM DC/DC全桥转换器260

5.10.1　工作原理261

5.10.2　超前管和滞后管实现ZCS的差异265

5.10.3　实现ZCS的策略及电流占空比的丢失266

5.11　ZVS PWM二极管钳位三电平DC/DC转换器267

5.11.1　工作原理267

5.11.2　实现ZVS条件和次级占空比的丢失272

5.11.3　特点和效率273

参考文献274

第6章　高频开关转换器中的磁性元件275

6.1　概述275

6.2　高频磁心的特性和参数276

6.2.1　磁导率与常用参数式277

6.2.2　磁滞回线278

6.2.3　动态磁滞回线的测试279

6.2.4　基本磁化曲线280

6.2.5　不对称局部磁滞回线281

6.2.6　伏秒积分282

6.2.7　磁心损耗283

6.3　磁性材料和磁心结构283

6.3.1　开关电源常用的磁性材料284

6.3.2　磁心结构形式（geometries）287

6.4　电感287

6.4.1　电感的基本公式和磁心气隙288

6.4.2　电感元件储能与高频电感元件的等效电路模型289

6.4.3　直流滤波电感290

6.4.4　自饱和电感和可控饱和电感292

6.5　变压器294

6.5.1　励磁电感与漏电感294

6.5.2　高频变压器模型295

6.5.3　变压器的磁分析296

6.5.4　平面变压器297

6.5.5　空心PCB变压器299

6.5.6　集成高频磁性元件299

6.5.7　压电变压器300

6.6　磁性元件中导体的集肤效应和邻近效应301

6.6.1　集肤效应301

6.6.2　邻近效应305

6.7　高频变压器的设计方法310

6.7.1　高频变压器的功率体积设计法311

6.7.2　高频变压器的调整率体积法323

6.7.3　高频变压器设计方法的例题325

6.7.4　平面功率变压器的设计330

6.8　电感器的设计方法340

6.8.1　电感器的功率体积设计法340

6.8.2　电感器的调整率体积设计法346

6.8.3　无直流偏压的电感器设计350

6.9　可饱和电感和磁放大器在开关转换器中的应用352

6.9.1　可饱和电感基本物理特性及应用352

6.9.2　磁放大器的基本原理及在转换器中的应用355

6.9.3　可饱和电感与磁放大器的联合应用359

参考文献361

第7章　高频开关转换器的输出同步整流技术362

7.1　输出功率整流二极管362

7.1.1　功率整流二极管的模型及主要参数362

7.1.2　输出整流用的几种快速开关二极管365

7.2　同步整流技术367

7.2.1　同步整流的基本工作原理369

7.2.2　同步整流管的主要参数370

7.3　同步整流的驱动方式与SR的控制时序371

7.3.1　同步整流的驱动方式371

7.3.2　SR的控制时序与同步整流电路374

7.4　电压型自驱动方式与控制驱动方式377

7.4.1　电压型自驱动方式377

7.4.2　控制驱动方式380

7.5　电流型自驱动方式与混合驱动方式381

7.5.1　电流型自驱动方式381

7.5.2　混合驱动方式382

7.6　SR-Buck转换器383

7.7　SR-正激式转换器384

7.7.1　有磁复位绕组的SR-正激式转换器384

7.7.2　SR-有源钳位正激式转换器385

7.8　SR-反激式转换器387

7.9　SR在DC/DC PWM转换器中的应用举例389

7.9.1　全波SR在半桥式DC/DC PWM转换器中的应用举例389

7.9.2　倍流SR在半桥式DC/DC PWM转换器中的应用举例392

7.9.3　倍流SR在全桥式DC/DC PWM转换器中的应用举例398

参考文献402

第8章　有源功率因数校正技术403

8.1　功率因数和功率因数校正的主要方法404

8.1.1　输入功率因数404

8.1.2　对输入端谐波电流的限制405

8.1.3　提高输入功率因数的主要方法406

8.1.4　有源功率因数校正法的分类406

8.2　非线性电路的功率因数和THD408

8.2.1　非线性电路功率因数的定义408

8.2.2　PF与THD的关系409

8.3　单相Boost PFC转换器410

8.3.1　DCM Boost PFC转换器410

8.3.2　CCM Boost PFC转换器411

8.3.3　CRM Boost PFC转换器413

8.3.4　Boost PFC电路的主要优、缺点414

8.4　APFC的控制方法415

8.4.1　电流峰值控制法415

8.4.2　电流滞环控制法416

8.4.3　平均电流控制法417

8.5　PFC集成控制电路418

8.5.1　UC3854A/B418

8.5.2　UC3855A/B420

8.5.3　L6561422

8.6　单相反激式PFC转换器423

8.6.1　CCM反激式PFC转换器423

8.6.2　DCM反激式PFC转换器426

8.6.3　反激式PFC转换器的优、缺点430

8.7　单级单开关PFC转换器430

8.7.1　集成PFC整流器-调节器432

8.7.2　BIFRED转换器432

8.7.3　BIBRED转换器435

8.7.4　集成PFC整流器-调节器的优、缺点437

8.7.5　变频控制438

8.7.6　S4 PFC正激式转换器439

8.8　三相PFC转换器440

8.8.1　三个单相Boost PFC转换器组成三相PFC整流器441

8.8.2　三相单开关DCM Boost整流器442

8.8.3　三相CCM Boost整流器444

8.8.4　三相CCM Buck整流器446

8.8.5　三相三电平Boost PFC转换器447

8.8.6　空间相量控制448

参考文献449

第9章　高频开关转换器的控制电路与驱动电路451

9.1　驱动电路451

9.1.1　对驱动电路的要求451

9.1.2　集成电路直接驱动452

9.1.3　加入驱动功率放大级驱动453

9.1.4　用变压器耦合驱动453

9.1.5　光耦合器驱动器454

9.2　PWM控制器455

9.2.1　电压模式PWM控制器455

9.2.2　电流模式PWM控制器456

9.3　电压型控制457

9.4　电流型控制459

9.4.1　电流峰值控制460

9.4.2　平均电流型控制462

9.4.3　滞环电流型控制463

9.5　电荷控制464

9.6　单周期控制465

9.7　前馈控制467

9.8　数字控制（离散控制）468

9.8.1　数字控制的特点468

9.8.2　离散PID算法469

9.8.3　改进的离散PID算法470

9.9　控制电路与驱动电路的隔离方法471

9.10　L5991电流模式控制芯片473

9.10.1　L5991的功能及内部框图473

9.10.2　典型应用481

9.11　UCC38500控制芯片484

9.11.1　UCC38500简介484

9.11.2　UCC38500的实际应用486

参考文献489

第10章　开关电源设计中的两项新技术490

10.1　智能功率开关490

10.1.1　工作模式及主要性能490

10.1.2　分类及工作原理491

10.1.3　智能化的发展496

10.2　智能功率开关IR4010的应用举例498

10.2.1　IR4010功率开关的性能参数498

10.2.2　应用电路举例500

10.3　电压调整器模块VRM简介503

10.4　低输入电压的VRM505

10.4.1　SR-Buck转换器505

10.4.2　多通道SR-Buck转换器506

10.4.3　多通道SR-Buck转换器的设计考虑507

10.5　高电压输入的VRM508

10.6　元件和线路的寄生参数对VRM瞬态性能的影响509

10.6.1　电容ESR和ESL的影响509

10.6.2　改善VRM输出瞬态响应的办法510

10.6.3　微处理器与VRM接口的仿真模型510

参考文献512

第11章　开关转换器并联系统的均流技术513

11.1　开关转换器的并联513

11.2　下垂法515

11.3　主从均流法518

11.4　自动均流法519

11.5　按平均电流值自动均流法521

11.6　热应力自动均流法522

11.7　民主均流法523

11.7.1　民主均流法的原理523

11.7.2　UC3907均流控制器芯片524

11.8　数字均流控制的实现526

11.9　ISL6140热插拔芯片的应用528

11.9.1　ISL6140芯片的功能简介528

11.9.2　外围元件参数的计算530

11.9.3　设计中应注意的几个问题532

参考文献534

第12章　开关电源的瞬态建模与分析535

12.1　开关电源的瞬态建模分析535

12.1.1　瞬态建模分析的目的535

12.1.2　瞬态模型535

12.2　状态空间平均法537

12.2.1　基本概念537

12.2.2　基本假设条件538

12.2.3　分析方法和步骤539

12.2.4　Boost转换器状态空间平均模型540

12.3　PWM转换器频域模型546

12.3.1　PWM转换器小信号等效电路规范型模型546

12.3.2　Cuk转换器小信号等效电路的规范型模型547

12.3.3　PWM转换器小信号等效电路的规范型模型参数548

12.3.4　PWM转换器的传递函数549

12.3.5　Buck-Boost转换器的传递函数550

12.3.6　Buck族和Boost族PWM转换器550

12.4　平均电路法551

12.4.1　平均变量和平均电路551

12.4.2　平均开关函数551

12.4.3　开关网络的平均模型552

12.4.4　三端PWM开关模型法552

12.4.5　考虑寄生参数的PWM转换器平均电路的模型558

参考文献562

第13章　开关电源的频域分析与综合563

13.1　时域分析简介564

13.1.1　时域数学模型与系统的时域响应564

13.1.2　自动调节系统的时域性能指标565

13.1.3　时域法综合系统的步骤566

13.2　频域模型分析566

13.2.1　传递函数566

13.2.2　频率响应567

13.2.3　对数频率特性567

13.2.4　拉普拉斯变换简表569

13.3　开关电源系统的频域模型及分析569

13.3.1　方块图569

13.3.2　系统的稳定性和稳定裕量570

13.3.3　频域性能指标571

13.3.4　极点和零点572

13.4　系统频率响应与瞬态响应的关系573

13.4.1　频率尺度与时间尺度成反比573

13.4.2　频段特征、频率特性与系统的关系574

13.4.3　阻尼比ζ对系统瞬态响应的影响574

13.5　电压型控制开关电源的频域模型575

13.5.1　方块图与传递函数575

13.5.2　抗电网电压扰动能力和抗负载扰动能力579

13.6　电压控制器580

13.6.1　电压控制器的传递函数与作用580

13.6.2　补偿后电源系统的频率特性要求与控制器的类型581

13.6.3　带积分环节的控制器与开关电源中控制器特性的分析举例582

13.6.4　增设单极点、单零点或双极点、双零点的PI补偿网络584

13.7　开关电源系统的频域设计（综合）587

13.8　双环控制开关电源系统的瞬态建模分析587

13.8.1　电流型控制的开关电源系统588

13.8.2　Tellegen定理589

13.8.3　Buck-Boost开关转换器的传递函数589

13.8.4　功率守恒建模方法590

13.8.5　电流控制的开关电源系统的一般设计步骤592

13.8.6　UPF Boost PWM转换器瞬态建模分析592

13.9　非最小相位系统596

13.9.1　最小相位系统与非最小相位系统的比较596

13.9.2　非最小相位系统的物理特征597

13.9.3　非最小相位系统的控制器设计597

参考文献598

第14章　开关电源的EMC设计、可靠性设计、热设计和最优设计与仿真600

14.1　开关电源中的电磁干扰问题601

14.1.1　开关电源产生电磁干扰的机理601

14.1.2　开关电源的电磁噪声耦合通道特性605

14.1.3　开关电源运行中的电磁、干扰及其抑制610

14.2　开关电源的电磁兼容设计614

14.2.1　输入端滤波器的设计614

14.2.2　辐射EMI的抑制措施616

14.2.3　传导干扰的解决方法616

14.2.4　接地技术的应用617

14.2.5　屏蔽技术、元件布局与印制电路板布线技术618

14.3　开关电源的可靠性设计620

14.3.1　可靠性的定义、指标及影响的因素621

14.3.2　可靠性设计的原则与可靠性设计622

14.4　开关电源的几种热设计方法625

14.4.1　半导体器件的散热器设计625

14.4.2　强制通风、金属PCB和元件布置629

14.5　开关电源的最优设计630

14.5.1　开关电源的性能指标及优化设计模型630

14.5.2　设计变量和目标函数631

14.5.3　约束632

14.5.4　优化数学模型的一般形式及工程优化设计的特点633

14.5.5　应用最优化方法的几个问题635

14.6　开关电源的仿真637

14.6.1　开关电源电路的仿真技术637

14.6.2　用SPICE和PSPICE仿真开关电源640

14.6.3　离散时域法仿真648

参考文献656

第15章　开关电源的设计与仿真举例及封装技术657

15.1　反激式转换器的设计657

15.1.1　电磁能量的存储与转换及变压器的储能能力658

15.1.2　反激式转换器的同步整流660

15.1.3　反激式转换器的设计方法举例662

15.1.4　设计112W反激式变压器665

15.1.5　反激式转换器的缓冲吸收电路设计680

15.2　单端正激式转换器的设计685

15.2.1　电感的最小值与最大值及多路输出686

15.2.2　能量再生与同步整流687

15.2.3　变压器设计与制作工艺690

15.3　正激式PWM开关电源的SPICE仿真696

15.4　推挽式PWM开关电源的PSPICE仿真及补偿网络参数优化选择700

15.5　采用离散时域法仿真的计算举例706

15.5.1　双环Boost开关稳压电源的仿真计算举例706

15.5.2　单环正激式开关稳压电源的仿真计算举例707

15.6　DC/DC桥式开关转换器的最优设计708

15.6.1　开关、整流滤波电路的优化设计数学模型709

15.6.2　变压器的优化设计数学模型711

15.6.3　半桥式PWM开关转换器的优化设计713

15.6.4　5V/500W DC/DC半桥PWM开关转换器的优化设计714

15.6.5　DC/DC全桥ZVS-PWM转换器主电路的优化设计716

15.7　开关电源模块的封装设计718

15.7.1　平面金属化封装技术718

15.7.2　集成分布开关电源系统DPS的封装举例719

参考文献722

第16章 电子镇流器与便携式电子设备的低压输入电压转换器723

16.1　电子镇流器723

16.1.1　交流驱动的荧光灯与荧光灯的伏安特性724

16.1.2　电子镇流器电路727

16.2　电流馈电式电路733

16.2.1　电流馈电式推挽电路733

16.2.2　推挽式电路的电压和电流734

16.2.3　电流馈电电路中的“电流馈电”电感735

16.2.4　电流馈电电感的磁心选择736

16.2.5　电流馈电电感绕组的设计741

16.2.6　电流馈电电路中的铁氧体磁心变压器742

16.2.7　电流馈电电路中的环形磁心变压器747

16.3　电压馈电式电路与电流馈电并联谐振半桥电路748

16.3.1　电压馈电推挽式电路748

16.3.2　电压馈电串联谐振半桥电路749

16.3.3　电流馈电并联谐振半桥电路751

16.3.4　电子镇流器的封装752

16.4　用于便携式电子设备的低压输入电压转换器753

16.4.1　电容充电泵集成块754

16.4.2　开关式集成块757

16.4.3　MAX863芯片的应用759

16.4.4　MAX624芯片的应用及设计方法761

参考文献768