开关电源设计与制作基础

本书作为高频逆变开关电源技术的基础和门槛，全面系统地讲解了当代硬/软开关高频逆变电路的特点、对偶原理、控制方法、瞬态和频域分析、高频磁路及集成磁件，以及吸收电路、有源功率因数校正、同步整流、并联均流、集成模块IPEM等实用技术。

第1章 开关电源技术的发展

1.1 开关电源技术的发展进程

1.2 20世纪推动开关电源发展的主要技术

1.2.1新型功率半导体器件

1.2.2软开关技术

1.2.3控制技术

1.2.4有源功率因数校正技术

1.2.5高频磁元件

1.2.6饱和电感的应用

1.2.7低电压、大电流输出DC-DC变换器

1.2.8分布电源及并联均流技术

1.2.9电源智能化技术

1.2.10开关电源的EMI与EMC

1.3 开关电源技术发展方向

第2章 DC-DC开关型功率变换器的基本电路

2.1 DC-DC开关型功率变换器的基本电路

2.2 开关变换器的等效电路

2.3 开关变换器的对偶关系

2.4 有隔离变压器的单端开关变换器

2.5 SEPIC和Zeta变换器的性质和特点

第3章 高频软开关变换器

3.1 谐振变换器和有源钳位ZVS变换器

3.1.1引言

3.1.2谐振变换器

3.1.3有源钳位软开关变换技术

3.2 软开关PWM变换器

3.2.1ZS"para" label-module="para">

3.2.2ZT"para" label-module="para">

3.2.3移相控制全桥(FB)ZVS"para" label-module="para">

3.2.4PS FB混合ZCZVS"para" label-module="para">

3.2.5广义软开关PWM变换器

第4章 开关型功率变换器的控制

4.1概述

4.2电压型控制

4.3前馈控制

4.4电流型控制

4.5其他控制方法

第5章 开关电源的吸收电路

5.1 吸收电路的作用

5.2 吸收电路的类型

5.2.1关断吸收电路(turn"para" label-module="para">

5.2.2开通吸收电路(turn"para" label-module="para">

5.2.3组合吸收电路

5.2.4LC吸收电路

5.2.5吸收电路和开关过程的“软化”

第6章 高频开关变换器中的磁性材料和磁元件

6.1 高频磁心的材料、特性和参数

6.1.1概述

6.1.2磁材料特性及参数

6.1.3高频磁元件的磁心结构和磁材料

6.2 电感元件

6.2.1电感的基本公式

6.2.2磁心气隙(air gap)

6.2.3电感元件储能W

6.2.4高频电感元件的等效电路模型

6.2.5开关电源输出滤波电感分析

6.2.6自饱和电感(saturable inductor)

6.2.7可控饱和电感(controlled saturable inductor)

6.3 变压器

6.3.1励磁电感与漏电感

6.3.2高频变压器模型

6.3.3开关电源变压器的磁分析

6.4 平面（planar）变压器

6.5 空心PCB变压器

6.6 集成高频磁元件

第7章 有源功率因数校正技术

7.1 有源功率因数校正技术介绍

7.1.1AC-DC整流电路

7.1.2非线性电路的功率因数和THD

7.1.3Boost PFC电路

7.1.4APFC的控制方法

7.1.5PFC集成控制电路

7.2 三相PFC变换器

7.2.1三相桥式整流电路

7.2.2三个单相Boost PFC变换器组成三相PFC整流器

7.2.3三相DCM单开关Boost整流器

7.2.4三相CCM Boost整流器

7.2.5空间矢量控制

7.2.6三相CCM Buck整流器

7.2.7三相三电平Boost PFC变换器

7.2.8三相Boost PWM整流器瞬态建模分析

7.3 单相反激PFC变换器

7.3.1CCM反激PFC变换器

7.3.2DCM反激PFC变换器

7.3.3反激PFC变换器的优缺点

7.4 单级PFC变换器

7.4.1概述

7.4.2集成PFC整流器-调节器

第8章 同步整流技术

8.1 概述

8.2 同步整流技术的基本原理

8.2.1SR工作原理

8.2.2同步整流管SR的主要参数

8.3 同步整流驱动方式

8.3.1外驱动同步整流技术

8.3.2电压型自驱动同步整流

8.3.3电流型自驱动同步整流

8.4 同步整流电路

8.4.1全波SR电路

8.4.2倍流SR电路

8.5 SR-Buck变换器

8.6 SR-正激变换器

8.6.1有磁复位绕组的SR-正激变换器

8.6.2SR-有源钳位正激变换器

8.6.3SR双管正激变换器

8.7 SR-反激变换器

第9章 DC-DC变换器并联系统的均流技术

9.1概述

9.2下垂法

9.3主从均流法

9.4自动均流法

9.5热应力自动均流法

9.6民主均流法

9.6.1民主均流法的原理

9.6.2均流控制器集成电路UC3907的简介

第10章 开关电源中的磁放大器式输出电压调节器

10.1 概述

10.2 高频磁放大器铁心磁性材料

10.2.1非晶态软磁合金

10.2.2铁基超微晶合金

10.3开关电源中高频磁放大器调节器的工作原理

10.4应用举例

第11章 开关电源的瞬态建模和分析

11.1 概述

11.2 状态空间平均法

11.2.1基本概念

11.2.2基本假设条件

11.2.3状态空间分析步骤

11.3 平均电路法

11.4 三端PWM开关模型法

11.4.1三端PWM开关的平均电路模型

11.4.2规范形开关单元及其平均电路模型

11.4.3三端PWM开关的小信号平均电路模型

11.4.4PWM开关变换器的小信号平均电路模型

11.5 考虑寄生参数的PWM开关变换器平均电路模型

11.5.1Buck变换器平均电路模型的修正

11.5.2等效平均电阻

11.5.3考虑寄生参数的Buck变换器大信号电路模型

11.6 双环控制的开关电源系统瞬态建模分析——功率守恒法

11.6.1引言

11.6.2电流型控制的开关电源系统

11.6.3电流型控制开关电源系统的功率守恒建模法

11.6.4高功率因数(UPF) Boost PWM电源瞬态建模分析

11.6.5非最小相位系统

第12章 开关电源的频域分析与综合

12.1 概述

12.1.1时域性能指标

12.1.2频域模型

12.1.3对数频率特性 (Bode曲线)

12.1.4系统的稳定性和稳定裕量

12.1.5频域性能指标

12.2 二阶控制系统

12.2.1二阶系统的时域响应

12.2.2传递函数

12.2.3频率响应

12.2.4二阶系统的对数频率特性

12.2.5拉普拉斯变换简表

12.3 极点和零点

12.3.1RHP和LHP极点和零点

12.3.2一阶系统的零、极点举例

12.3.3二阶系统的零、极点举例

12.4 系统频率响应与瞬态响应的关系

12.5 电压型控制的开关电源的频域模型

12.5.1开关电源框图

12.5.2开关变换器的控制-输出传递函数

12.5.3反馈通道传递函数H(s)

12.5.4电源系统的开环传递函数To(s)及闭环传递函数Tc(s)

12.5.5音频纹波衰减率(audio"para" label-module="para">

12.5.6开关电源的抗负载扰动能力

12.6 电压控制器

12.6.1电压控制器的传递函数

12.6.2控制器的作用

12.6.3对补偿后电源系统的频率特性要求

12.6.4控制器(补偿网络)的类型

12.6.5比例-积分(PI)控制器

12.6.6增设单极点、单零点的PI网络

12.6.7增设双极点、双零点PI补偿网络

12.7 频域设计(综合)

第13章 集成电力电子模块(IPEM)综述

13.1 集成电力电子模块(IPEM)技术的提出

13.2 国际电力电子界研究开发IPEM的现状

13.2.1美国PEBB计划

13.2.2美国电力电子系统中心的建立和IPEM计划

第14章 磁路及集成磁件

14.1 磁路的基本概念和基本定律

14.2 电感器和变压器的磁路模型

14.2.1磁心电感的磁路模型

14.2.2磁心线圈的电路模型

14.2.3开气隙单线圈磁心电感器的磁路模型

14.3 具有耦合电感的开关变换器的磁路电路分析

14.4 具有集成磁件的开关变换器的磁路电路分析

14.5 集成磁件的基本综合方法

14.6 电感器和变压器的设计方法

14.6.1电感器的设计

14.6.2变压器的设计

14.6.3电感器和变压器设计举例

第15章 开关变换器电路的对偶分析

15.1 平面电路的对偶性质

15.2 开关变换器的基本对偶关系

15.2.1导通比的对偶关系

15.2.2半导体开关元件的对偶规则

15.2.3开关变换器的对偶

15.3 直流隔离开关变换器的对偶

15.3.1理想变压器的对偶元件

15.3.2全耦合变压器模型的对偶

15.3.3单端正激开关变换器的对偶

15.3.4单端反激开关变换器的对偶

15.3.5多路输出反激开关变换器的对偶

15.4 开关变换器的双向变换

15.5 PWM开关变换器小信号线性等效电路的对偶分析

本书是作者潜心研究和精心制作开关电源实践的总结。主要内容包括单端、双正激、半桥和移相全桥软开关变换的多种实用开关电源，功率覆盖20W到2kW。本书主要阐述研制开关电源的难点及各类高频变换功率变压器、驱动变压器、辅助谐振电感等设计细节和制作工艺,采用大量的试验数据和实测电量波形同读者分享；在解析3.5kW和6kW高性能全桥开关电源实体一章里，揭开了鲜为人知的技术窍门，暗示通向性能极限的另类技巧。

第1章用TOP204Y制作20W、40W高性能反激式开关电源实例

1.1 单端反激式开关电源的工作状态

1.1.1 单端反激式开关电源的工作原理

1.1.2 单端反激式变换器的副边电流三种工作状态

1.1.3 单端变换器的变压器磁通复位

1.1.4 单端反激式开关电源变压器的设计计算

1.2 用TOP204Y制作20W反激式开关电源

1.2.1 25W开关电源电路结构

1.2.2 25W开关电源变压器设计和绕制

1.2.3 使用TOP202的25W开关电源变换器获得的优异性能

1.3 用TOP202制作40W反激式开关电源实例

1.3.1 40W辅助电源主功率变压器设计

1.3.2 单端反激式变换器开关电源必须注意的几个关键问题

第2章 双管正激式变换器开关电源制作实践

2.1 单端双管正激式变换器的工作原理及实用电路

2.1.1 200W（±100V/1A）单端双管正激式开关稳压电源实用电路

2.1.2 单端双管正激式变换器的工作原理

2.1.3 单端双管正激式变换器电路结构

2.2 200W正激式变换器主功率变压器的设计与绕制工艺

2.2.1 单端变换器的变压器必须满足两个基本条件

2.2.2 单端双管正激式变换器的变压器设计步骤

2.3 TL494设计特点与脉宽调制特性

2.3.1 TL494原理框图

2.3.2 运用TL494的设计特点

2.4 TL494的死区时间控制试验

2.4.1 试验电路

2.4.2 试验方法和要点

2.4.3 通过低压试验电路探索TL494工作特点

2.5 4 N35/TL431光耦合控制电路的计算方法

2.5.1 4N35、TL494的工作特性与主要电气参数

2.5.2 低压光耦合器控制电路试验，初步确定几个电阻值

2.5.3 100V高压反馈光耦合控制回路中几个电阻值的估算

2.6 驱动电路设计、实测波形与变压器的绕制

2.6.1 单端双管正激式开关电源的驱动电路

2.6.2 实测波形

2.6.3 相对负载变化的控制效果

2.6.4 正常运行时主要功率元器件的温升表现

第3章 半桥式变换器开关电源制作实践

3.1 半桥式变换器500W开关电源实用电路

3.1.1 500W（ 15V/30A）半桥式高频开关稳压电源电路

3.1.2 半桥式功率变换器的基本工作原理

3.1.3 半桥式变换器具有抗不平衡的突出能力

3.2 半桥式变换器主功率变压器的绕制方法

3.2.1 高频变换器的一些常见现象

3.2.2 半桥式变换器主变压器的设计和绕制

3.3 500W开关电源驱动变压器的绕制方法

3.3.1 驱动变压器铁氧体磁芯选择

3.3.2 500W半桥式变换器驱动电路

3.3.3 驱动变压器原、副边绕组及绕制工艺

3.3.4 驱动变压器原、副边实测波形

3.3.5 SG3525A的工作状态测量

3.3.6 SG3525A的驱动电流和控制特性曲线

第4章 移相全桥软开关电源的设计与制作

4.1 1kW全桥软开关电源的设计与制作

4.1.1 直流输出±15V/60A和48V/20A两种全桥软开关电源

4.1.2 1kW全桥软开关稳压电源的实测波形

4.1.3 1kW全桥主功率变压器的参数设计与绕制工艺

4.1.4 全桥变换器驱动电路设计特点与驱动变压器绕制技术

4.1.5 1kW全桥变换器附加谐振电感器的设计与制作

4.1.6 全桥软开关电源的辅助谐振网络工作原理与电感器的制作

4.2 2kW全桥软开关电源的设计与制作

4.2.1 2kW移相控制全桥软开关电源电路和总体布局

4.2.2 2kW全桥变换器主功率变压器的参数设计

4.2.3 主功率变压器的绕制工艺和几项试验

4.2.4 高频开关电源输出滤波电感器的设计与制作

4.2.5 核算辅助谐振网络的各项参数

4.2.6 大功率开关电源的散热、假负载群制作、整机效率计算

4.2.7 原边电流互感器与单向副边电流互感器的制作

4.3 全桥移相变换器一个完整工作周期的12个过程分析

4.3.1 移相全桥软开关变换器的工作原理波形图

4.3.2 一个完整开关周期中正半周的6个工作过程详细分析

4.3.3 一个完整开关周期中负半周的6个工作过程详细分析

4.4 试制移相控制全桥变换器软开关稳压电源的体会

第5章 实体解剖测量两种大功率军用高性能开关电源

5.1 两种3.5kW开关电源实体解剖测量

5.1.1 解剖3.5kW电源的主板印制电路板布线图

5.1.2 3.5kW电源各项数据测量

5.1.3 测量3.5kW电源在多种负载时的数据

5.1.4 高密度、高功率因数控制板

5.1.5 3.5kW电源全桥变换器控制板拆解及等效电路

5.2 实体解剖两种6kW高性能开关电源(直流输出48V/112A和350V/17A)

5.2.1 6kW电源的改进概况

5.2.2 PFC控制板电路的改进

5.2.3 6kW电源功率开关转接印制电路板

5.2.4 350V/17A电源主板上新增加CPU数字信号处理监控板

5.2.5 6kW全桥变换器控制电路框图、±15V稳压电源、PFC控制板

5.2.6 自制成功多块分立元器件PFC控制板

5.2.7 350V电源的副边整流有源钳位电路

5.2.8 6kW电源用SOT"para" label-module="para">

5.2.9 三相电网输入整流桥模块：VVY40（两端受控）2100433B