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開關(guān)電源技術(shù)與設(shè)計(jì)

開關(guān)電源技術(shù)與設(shè)計(jì)

出版社：西安電子科技大學(xué)出版社出版時(shí)間：2023-03-01
開本： 26cm 頁數(shù)： 454頁
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開關(guān)電源技術(shù)與設(shè)計(jì) 版權(quán)信息

開關(guān)電源技術(shù)與設(shè)計(jì) 本書特色

書第三版在尊重并吸收**、二版讀者意見和建議的基礎(chǔ)上，依據(jù)開關(guān)電源技術(shù)的進(jìn)步與未來發(fā)展趨勢，在保留第二版架構(gòu)、風(fēng)格的前提下，對原書進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的修改，具體包括： (1) 全面優(yōu)化、精簡了第二版的內(nèi)容。 (2) 按系統(tǒng)性原則，全面調(diào)整、充實(shí)了第二版的內(nèi)容。 (3) 系統(tǒng)地糾正了**、二版中不當(dāng)或存在爭議的提法，盡可能地統(tǒng)一和規(guī)范了各章中含義相同或相近參數(shù)的符號(hào)。 (4) 根據(jù)前兩版讀者的建議，增加了部分公式的推導(dǎo)過程以及同一參數(shù)不同設(shè)計(jì)習(xí)慣的計(jì)算公式。 (5) 采納了部分讀者建議，盡量保留了元件參數(shù)的習(xí)慣符號(hào)。

開關(guān)電源技術(shù)與設(shè)計(jì) 內(nèi)容簡介

本書為第三版，依據(jù)開關(guān)電源技術(shù)新發(fā)展，對第二版內(nèi)容做了較大幅度的修訂。 本書以開關(guān)電源常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)鍵元件設(shè)計(jì)為主線，面向初學(xué)者，以高等學(xué)校電類相關(guān)專業(yè)學(xué)生、工程技術(shù)人員作為主要的服務(wù)對象。全書共14章，本著“注重基礎(chǔ)、說透原理、面向設(shè)計(jì)”的原則安排全書內(nèi)容，從實(shí)用角度出發(fā)，力爭用通俗易懂的語言，由淺入深，系統(tǒng)、詳細(xì)地介紹DC-DC、反激、正激、APFC(包含單級與交錯(cuò)式)、APFC反激、推挽、硬開關(guān)橋式(包括半橋與全橋)、軟開關(guān)橋式(包括LLC及交錯(cuò)式LLC、LCC、全橋移相式)等常用拓?fù)涞墓ぷ髟砗驮O(shè)計(jì)思路以及元件參數(shù)計(jì)算過程。 本書可以作為高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)“開關(guān)電源技術(shù)”課程的教材或參考書，也可以作為相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員的參考資料。

開關(guān)電源技術(shù)與設(shè)計(jì) 目錄

第1章 基本DC-DC變換器 1 1.1 Buck變換器 1 1.1.1 工作原理 3 1.1.2 占空比D與輸出電壓UO的調(diào)制方式 4 1.1.3 開關(guān)管、續(xù)流二極管及電感的電流 5 1.1.4 輸入電壓UIN變化對電感峰值電流的影響 7 1.1.5 *小電感量 9 1.1.6 負(fù)載變化對電感電流的影響 9 1.2 Boost變換器 10 1.2.1 工作原理 10 1.2.2 占空比D 11 1.2.3 電感、開關(guān)管及續(xù)流二極管的電流 11 1.2.4 輸入電壓UIN變化對電感峰值電流的影響 13 1.2.5 負(fù)載變化對電感電流的影響 14 1.3 Buck-Boost變換器 14 1.3.1 工作原理 15 1.3.2 CCM模式下電壓與電流的關(guān)系 15 1.3.3 DCM模式下電壓與電流的關(guān)系 18 1.4 三種基本DC-DC變換器的特性比較 20 1.5 DC-DC變換器的電流紋波比γ的選擇 21 1.6 輸出濾波電容的選擇 21 1.6.1 輸出濾波電容因ESR電阻引起的輸出電壓波動(dòng) 22 1.6.2 一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)對輸出電容C充放電引起的輸出電壓波動(dòng) 23 習(xí)題 26 第2章 DC-DC變換器儲(chǔ)能電感設(shè)計(jì) 27 2.1 磁性元件設(shè)計(jì)過程涉及的電磁學(xué)知識(shí) 27 2.2 電感存儲(chǔ)能量與電感磁芯體積之間的關(guān)系 28 2.3 儲(chǔ)能電感AP法公式的推導(dǎo) 29 2.4 磁芯氣隙的設(shè)置 30 2.4.1 在閉合磁路中開氣隙的必要性 30 2.4.2 氣隙位置 30 2.4.3 無氣隙磁芯的相對磁導(dǎo)率與電感系數(shù) 31 2.4.4 帶氣隙磁芯的有效磁導(dǎo)率 32 2.5 DC-DC變換器儲(chǔ)能電感磁芯體積的選擇依據(jù) 33 2.5.1 Buck-Boost變換器儲(chǔ)能電感與反激變換器儲(chǔ)能變壓器磁芯體積的估算 33 2.5.2 Buck變換器電感磁芯體積的估算 35 2.5.3 Boost變換器電感磁芯體積的估算 36 2.6 繞線匝數(shù)及線徑的規(guī)劃 36 2.6.1 *小匝數(shù)N 36 2.6.2 趨膚效應(yīng)與線徑d 37 2.6.3 估算繞線窗口的利用率 38 2.7 磁芯氣隙長度的計(jì)算 39 2.7.1 氣隙截面積Aδ的計(jì)算 39 2.7.2 帶氣隙磁芯的電感量L與氣隙長度δ的計(jì)算 39 2.7.3 氣隙長度δ的計(jì)算步驟 40 2.8 磁芯的選擇 41 2.8.1 理想磁性材料的主要性能指標(biāo) 42 2.8.2 常用鐵氧體磁芯材料 42 2.8.3 常用磁粉芯材料 44 2.8.4 磁芯形態(tài)的選擇 45 2.8.5 磁芯參數(shù) 46 2.9 電感線圈的繞制 49 2.10 輸出電壓的選擇 50 2.11 Buck變換器設(shè)計(jì)舉例 50 2.11.1 用鐵氧體磁芯作為電感磁芯的設(shè)計(jì)過程 51 2.11.2 用磁粉芯作為電感磁芯的設(shè)計(jì)過程 54 習(xí)題 56 第3章 其他形式DC-DC變換器 57 3.1 Cuk變換器 57 3.1.1 工作原理 57 3.1.2 耦合電容電壓、輸出電壓及占空比 59 3.1.3 導(dǎo)通及截止期間兩電感電壓的關(guān)系 60 3.1.4 導(dǎo)通及截止期間兩電感電流的關(guān)系 61 3.1.5 設(shè)計(jì)步驟 61 3.2 SEPIC變換器 64 3.2.1 工作原理 64 3.2.2 占空比D與輸出電壓UO 66 3.2.3 導(dǎo)通及截止期間兩電感電壓的關(guān)系 66 3.2.4 導(dǎo)通及截止期間兩電感電流的關(guān)系 66 3.2.5 設(shè)計(jì)步驟 67 3.3 Zeta變換器 69 3.4 輸入與輸出不共地的Buck變換器 70 3.5 驅(qū)動(dòng)方便的Buck-Boost變換器 72 習(xí)題 73 第4章 反激變換器 74 4.1 工作原理 74 4.1.1 簡化電路及波形 75 4.1.2 等效電路 76 4.1.3 占空比D及輸出電壓UO 78 4.2 漏感能量吸收回路 79 4.2.1 RCD鉗位電路的工作原理 79 4.2.2 RCD吸收回路損耗與參數(shù)計(jì)算 81 4.2.3 RCD參數(shù)計(jì)算過程及實(shí)例 84 4.2.4 RCD吸收電路的局限性 86 4.2.5 減小漏感能量吸收回路損耗的方法 87 4.3 反激變換器的設(shè)計(jì)要領(lǐng) 87 4.3.1 反射電壓UOR、鉗位電壓UClamp與*大占空比Dmax的關(guān)系 87 4.3.2 磁芯幾何參數(shù)的選擇策略 90 4.3.3 反激變換器各繞組順序的規(guī)劃 90 4.3.4 屏蔽繞組的設(shè)置與連接 95 4.3.5 骨架引腳的分配規(guī)則 96 4.3.6 變壓器或電感的繞線工藝圖 96 4.4 CCM模式下反激變換器的設(shè)計(jì)過程 98 4.4.1 儲(chǔ)能變壓器及開關(guān)管等關(guān)鍵元件的參數(shù)計(jì)算 98 4.4.2 具有多個(gè)次級繞組與負(fù)載電流變化范圍較大的反激變換器的參數(shù)計(jì)算 104 4.5 常見的次級輸出電路 105 4.5.1 恒壓輸出電路 105 4.5.2 恒流輸出電路 108 4.6 雙管反激變換器 111 4.6.1 工作原理 112 4.6.2 優(yōu)缺點(diǎn)及使用條件 113 4.6.3 設(shè)計(jì)過程 114 4.7 DCM模式反激變換器 114 4.7.1 PWM調(diào)制DCM模式反激變換器的電流、電壓關(guān)系 115 4.7.2 PWM調(diào)制DCM模式反激變換器的特征 117 4.8 準(zhǔn)諧振反激變換器 118 4.8.1 工作原理 119 4.8.2 開關(guān)頻率限制策略 121 4.8.3 關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算 123 4.9 原邊反饋(PSR)反激變換器 126 4.9.1 輸出電壓檢測及CV控制原理 126 4.9.2 輸出電流檢測及CC控制原理 127 4.9.3 PSR反激變換器的特征及其組合 128 4.10 反激變換器的調(diào)試 129 習(xí)題 130 第5章 輸入通道 132 5.1 EMI干擾與輸入電路形式 132 5.1.1 EMI的基本概念及產(chǎn)生原因 132 5.1.2 EMI信號(hào)的度量單位及限制 133 5.1.3 輸入電路的形式 134 5.2 整流電路 135 5.3 工頻濾波電路 136 5.3.1 工頻濾波電容容量的經(jīng)驗(yàn)值 137 5.3.2 市電不缺周期情況下的*小輸入濾波電容 137 5.3.3 市電缺半個(gè)或一個(gè)市電周期后由*小輸出電壓決定的*小濾波電容 138 5.3.4 由紋波電流決定的*小濾波電容 140 5.4 輸入過流過壓保護(hù)電路 141 5.4.1 保險(xiǎn)絲(管) 141 5.4.2 防雷元件 141 5.5 功率型NTC電阻 143 5.6 EMI濾波電路 145 5.6.1 安規(guī)電容的選擇 146 5.6.2 EMI濾波電感的設(shè)計(jì) 148 習(xí)題 148 第6章 開關(guān)變換器控制芯片 149 6.1 電壓型控制 149 6.2 電流型控制 151 6.2.1 峰值電流型控制 151 6.2.2 峰值電流型控制器次諧振現(xiàn)象與斜率補(bǔ)償電路 152 6.2.3 平均電流型控制 154 6.2.4 電流滯環(huán)型控制 155 6.3 電流型PWM控制器典型芯片 155 6.3.1 啟動(dòng)電路 156 6.3.2 時(shí)鐘電路 158 6.3.3 斜坡電流取樣電阻RS的確定 160 6.3.4 典型應(yīng)用電路 160 6.4 峰值電流型PWM控制芯片新技術(shù) 162 6.4.1 FAN6757芯片的內(nèi)部框圖 162 6.4.2 FAN6757芯片的主要特征 164 6.4.3 保護(hù)功能 169 習(xí)題 171 第7章 功率因數(shù)校正(PFC)電路 172 7.1 市電整流電容濾波電路的電流波形特征 172 7.2 非線性電路的功率因數(shù)PF及總諧波失真度THD 173 7.2.1 非線性電路的功率因數(shù)PF 173 7.2.2 非線性電路的總諧波失真度THD 174 7.2.3 低功率因數(shù)（PF）對電網(wǎng)的危害 174 7.2.4 電器/設(shè)備的諧波標(biāo)準(zhǔn) 175 7.3 AC-DC變換器功率因數(shù)校正(PFC)電路 176 7.3.1 無源功率因數(shù)校正電路 176 7.3.2 有源功率因數(shù)校正電路 178 7.4 單相Boost APFC變換器 179 7.4.1 DCM模式Boost APFC變換器 179 7.4.2 CCM模式Boost APFC變換器 180 7.5 BCM模式Boost APFC變換器 190 7.5.1 電感峰值電流iLPK(t)與驅(qū)動(dòng)電源輸入電流iIN(t) 191 7.5.2 *小開關(guān)頻率fSWmin的推導(dǎo) 193 7.5.3 *小電感量的確定 194 7.5.4 開關(guān)管電流與開關(guān)管導(dǎo)通損耗的計(jì)算 195 7.5.5 利用“體積法”大致估算電感磁芯的尺寸 196 7.5.6 零電流檢測輔助繞組匝數(shù) 196 7.5.7 續(xù)流二極管電流 196 7.5.8 由輸出紋波電壓決定的輸出電容C的計(jì)算 198 7.5.9 基于BCM模式的Boost APFC設(shè)計(jì)實(shí)例 199 7.5.10 基于FAN7930B控制芯片的APFC電路 201 7.6 帶PFC功能的單管反激變換器 207 7.6.1 電感峰值電流iLPK(t) 208 7.6.2 截止時(shí)間Toff與輸入電流iIN(t) 209 7.6.3 初級繞組的峰值電流與*小電感量 212 7.6.4 初級繞組的電流有效值 213 7.6.5 次級回路電流 214 7.6.6 輸出濾波電容C的選擇與輸出電壓紋波 215 7.6.7 全電壓輸入PFC單管反激變換器設(shè)計(jì)實(shí)例 216 7.6.8 基于FAN7930B控制芯片的PFC單管反激變換器 220 7.6.9 PFC單管反激變換器的調(diào)試 223 7.7 單相大功率APFC電路 224 7.7.1 交錯(cuò)式APFC電路 225 7.7.2 無橋APFC電路 235 7.7.3 無橋交錯(cuò)式APFC電路 239 習(xí)題 241 第8章 正激變換器 242 8.1 正激變換器及其等效電路 242 8.2 正激變換器磁通復(fù)位方式概述 244 8.3 三繞組去磁正激變換器 245 8.3.1 三繞組去磁正激變換器的波形 246 8.3.2 *惡劣條件 247 8.3.3 *大占空比Dmax的限制 247 8.3.4 激磁電流回零時(shí)間Toff與次級回路Buck濾波電感磁復(fù)位時(shí)間Toff-s的關(guān)系 248 8.3.5 估算變壓器的*大匝比n 249 8.3.6 變壓器參數(shù)選擇 249 8.3.7 設(shè)計(jì)實(shí)例 251 8.4 二極管去磁雙管正激變換器 261 8.4.1 工作原理 261 8.4.2 優(yōu)缺點(diǎn)及設(shè)計(jì) 262 8.4.3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 263 8.5 RCD去磁正激變換器 265 8.5.1 激磁電流處于CCM模式 266 8.5.2 激磁電流處于DCM模式 267 習(xí)題 268 第9章 硬開關(guān)橋式及推挽變換器 269 9.1 半橋變換器 269 9.1.1 原理電路 270 9.1.2 初級側(cè)實(shí)際電路 272 9.1.3 次級等效電路 274 9.1.4 半橋變換器磁芯的選擇 276 9.1.5 隔直電容C3參數(shù)的計(jì)算 278 9.2 全橋變換器 279 9.2.1 原理電路 279 9.2.2 輸入、輸出電壓關(guān)系 280 9.2.3 變壓器參數(shù)計(jì)算 281 9.3 倍流整流電路 283 9.3.1 原理電路 284 9.3.2 輸入與輸出關(guān)系 286 9.3.3 濾波電感L1及L2的設(shè)計(jì) 287 9.3.4 同步倍流整流電路 288 9.4 推挽變換器 290 9.4.1 原理電路 290 9.4.2 工作原理 291 9.4.3 推挽變換器與橋式變換器比較 293 習(xí)題 293 第10章 軟開關(guān)橋式變換器 295 10.1 軟開關(guān)變換器概述 295 10.2 非對稱半橋變換器 296 10.2.1 原理電路 296 10.2.2 工作原理 297 10.3 非對稱半橋PWM反激變換器 301 10.3.1 原理電路 301 10.3.2 工作原理 301 10.4 具有ZVS開通特性的全橋變換器 303 10.4.1 原理電路 304 10.4.2 工作原理 305 10.4.3 穩(wěn)壓原理 310 10.4.4 固有缺陷 311 10.4.5 下管調(diào)制的全橋變換器 313 10.5 半橋LLC諧振變換器 313 10.5.1 原理電路 314 10.5.2 工作原理 316 10.5.3 等效電路 322 10.5.4 穩(wěn)壓原理 329 10.5.5 半橋LLC諧振變換器控制芯片 329 10.6 半橋LLC諧振變換器設(shè)計(jì) 330 10.6.1 工作區(qū)的選擇依據(jù) 330 10.6.2 電感比mL的選擇策略 333 10.6.3 品質(zhì)因數(shù)Q的選擇依據(jù)及確定方法 334 10.6.4 設(shè)計(jì)實(shí)例 337 10.6.5 磁性元件的制作 345 10.7 全橋LLC變換器與交錯(cuò)式LLC諧振變換器 346 10.7.1 全橋LLC諧振變換器 347 10.7.2 交錯(cuò)式LLC諧振變換器 347 10.8 橋式LCC諧振變換器 353 10.8.1 等效電路 354 10.8.2 工作區(qū)特征 357 10.8.3 工作原理 358 10.9 半橋LCC諧振變換器恒流輸出模式的參數(shù)設(shè)計(jì) 362 習(xí)題 368 第11章 同步整流技術(shù) 370 11.1 同步整流原理 371 11.2 同步整流MOS管驅(qū)動(dòng)方式 372 11.2.1 電壓自驅(qū)動(dòng) 374 11.2.2 電流自驅(qū)動(dòng) 379 11.2.3 集成控制IC驅(qū)動(dòng) 380 習(xí)題 382 第12章 環(huán)路穩(wěn)定性設(shè)計(jì) 383 12.1 概述 383 12.1.1 二端口網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù) 383 12.1.2 極點(diǎn)、零點(diǎn)的概念及性質(zhì) 385 12.1.3 閉環(huán)控制及網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù) 387 12.2 開關(guān)電源閉環(huán)控制 387 12.2.1 閉環(huán)控制系統(tǒng)概述 387 12.2.2 理想環(huán)路的頻率特性曲線 388 12.2.3 輸出取樣點(diǎn)的選擇 389 12.3 反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù) 390 12.3.1 Ⅰ型反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù) 391 12.3.2 PI型反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù) 392 12.3.3 Ⅱ型反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù) 393 12.3.4 Ⅲ型反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù) 394 12.3.5 基于跨導(dǎo)型運(yùn)算放大器的反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù) 395 12.4 加入光耦及TL431后補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù) 397 12.4.1 基于Ⅰ型的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) 397 12.4.2 基于Ⅱ型的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) 398 12.4.3 基于PI型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) 400 12.5 常見變換器環(huán)路設(shè)計(jì) 402 12.5.1 CCM模式下反激變換器由控制到輸出的傳遞函數(shù) 402 12.5.2 CCM模式下反激變換器反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 403 12.5.3 BCM及DCM模式下反激變換器由控制到輸出的傳遞函數(shù) 405 12.5.4 正激變換器環(huán)路設(shè)計(jì) 408 12.5.5 BCM模式APFC變換器環(huán)路設(shè)計(jì) 408 12.5.6 反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)的快速估算 409 習(xí)題 411 第13章 開關(guān)電源PCB設(shè)計(jì) 412 13.1 與PCB設(shè)計(jì)相關(guān)的安規(guī)知識(shí) 412 13.1.1 電器產(chǎn)品防電擊設(shè)計(jì)的分類 412 13.1.2 電源產(chǎn)品執(zhí)行的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn) 413 13.1.3 絕緣等級與安全間距 413 13.2 PCB設(shè)計(jì)規(guī)則 415 13.2.1 PCB板工藝規(guī)劃 419 13.2.2 AC輸入濾波電路的布局布線原則 422 13.2.3 關(guān)鍵回路與節(jié)點(diǎn)走線 423 13.2.4 并聯(lián)濾波電容的連線方式 427 13.2.5 地線處理 428 13.3 PCB散熱設(shè)計(jì) 430 習(xí)題 431 第14章 開關(guān)電源重要元器件及材料簡介 432 14.1 功率二極管 432 14.1.1 功率二極管的主要參數(shù) 432 14.1.2 整流二極管的開關(guān)特性及損耗 433 14.1.3 常見整流二極管的特性 434 14.2 功率MOS管 435 14.2.1 功率MOS管的主要參數(shù) 437 14.2.2 功率MOS管的開關(guān)特性及損耗 438 14.2.3 功率MOS管的常見驅(qū)動(dòng)電路 441 14.3 常用電容 443 14.3.1 電解電容 443 14.3.2 瓷片電容 447 14.3.3 有機(jī)薄膜電容 448 14.4 漆包線參數(shù) 449 習(xí)題 453 參考文獻(xiàn) 454
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