开关电源原理与设计PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 关于开关电源 1

1.2 开关电源的基本构成 1

1.3 开关电源的分类 2

1.4 开关电源的应用 3

1.5 开关电源的发展史 4

1.6 开关电源技术的发展趋势 6

第2章 开关电源中常用的电力电子器件与驱动 7

2.1 电力二极管 7

2.1.1 PN结与电力二极管的工作原理 7

2.1.2 二极管的基本特性及主要参数 9

2.1.3 二极管的主要类型 11

2.2 电力MOSFET 11

2.2.1 结构和工作原理 11

2.2.2 主要参数 13

2.3 绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 14

2.3.1 结构与工作原理 14

2.3.2 主要参数 16

2.4 驱动电路 17

2.4.1 对驱动电路的要求 17

2.4.2 集成电路直接驱动 18

2.4.3 加入驱动功率放大级驱动 18

2.4.4 用变压器耦合驱动 18

2.4.5 光耦合器驱动器 19

第3章 非隔离型DC-DC变换器 21

3.1 降压式（Buck）变换器 21

3.1.1 主电路拓扑和控制方式 21

3.1.2 电感电流连续时Buck变换器的工作原理和基本关系 22

3.1.3 电感电流断续时Buck变换器的工作原理和基本关系 25

3.1.4 电感电流临界连续的边界 25

3.2 升压式（Boost）变换器 28

3.2.1 主电路拓扑和控制方式 28

3.2.2 电感电流连续时Boost变换器的工作原理和基本关系 29

3.2.3 电感电流断续时Boost变换器的工作原理和基本关系 30

3.2.4 电感电流临界连续的边界 31

3.3 升降压（Buck/Boost）变换器 33

3.3.1 主电路拓扑和控制方式 33

3.3.2 电感电流连续时Buck/Boost变换器的工作原理和基本关系 34

3.3.3 电感电流断续时Buck/Boost变换器的工作原理和基本关系 35

3.3.4 电感电流临界连续的边界 37

3.4 Cuk变换器 38

3.4.1 主电路拓扑和控制方式 38

3.4.2 电流连续时Cuk变换器的工作原理和基本关系 40

3.4.3 电流断续时Cuk变换器的工作原理和基本关系 41

3.4.4 两电感有耦合的Cuk变换器 43

3.5 Zeta变换器 44

3.5.1 主电路拓扑和控制方式 44

3.5.2 电流连续时Zeta变换器的工作原理和基本关系 45

3.5.3 电流断续时Zeta变换器的工作原理和基本关系 47

3.6 Sepic变换器 47

3.6.1 主电路拓扑和控制方式 47

3.6.2 电流连续时Sepic变换器的工作原理和基本关系 49

第4章 隔离型DC-DC变换器 51

4.1 正激式变换器 51

4.1.1 主电路组成和控制方式 51

4.1.2 电流连续时正激变换器的工作原理和基本关系 52

4.2 反激变换器 55

4.2.1 主电路组成和控制方式 55

4.2.2 电流连续时反激变换器的工作原理和基本关系 57

4.2.3 电流断续时反激变换器的工作原理和基本关系 59

4.3 推挽（Push-Pull）变换器 59

4.3.1 推挽式逆变器 59

4.3.2 推挽变换器 61

4.3.3 推挽变换器的铁芯偏磁 63

4.4 半桥（Half-Bridge）变换器 64

4.4.1 半桥逆变器 64

4.4.2 半桥DC-DC变换器 65

4.4.3 考虑漏感时半桥变换器的工作原理 67

4.5 全桥（Full-Bridge）变换器 68

4.5.1 全桥逆变器 68

4.5.2 全桥变换器 71

4.5.3 全桥变换器中直流分量的抑制 74

第5章 有源功率因数校正技术 75

5.1 概述 75

5.1.1 AC/DC变换器输入电流的谐波分量 75

5.1.2 功率因数和总谐波畸变的定义 76

5.1.3 提高AC/DC变换器输入侧功率因数的主要思路 77

5.1.4 有关谐波标准 78

5.2 基本Boost型PFC电路 78

5.2.1 PFC电路的工作原理 78

5.2.2 占空比的瞬态表达式 80

5.2.3 理想模型 81

5.2.4 电感L的设计 82

5.3 PFC电路的控制技术 82

5.3.1 DCM工作模式的控制技术 83

5.3.2 CCM工作模式的电流型控制技术 84

5.4 改进的PFC电路 86

5.4.1 ZVT-Boost型PFC电路 86

5.4.2 Buck+Boost型PFC电路 87

5.4.3 DCM反激式PFC电路 88

第6章 软开关与同步整流技术 90

6.1 软开关技术 90

6.1.1 硬开关和软开关 90

6.1.2 零电压开关与零电流开关 91

6.1.3 准谐振变换电路 92

6.1.4 零开关PWM变换电路 95

6.1.5 零转换PWM变换电路 98

6.2 同步整流技术 100

6.2.1 电压自驱动同步整流 101

6.2.2 环路电流抑制 102

6.2.3 用于同步整流的功率MOSFET的最新进展 103

第7章 开关电源的控制电路 104

7.1 电压模式PWM控制器 104

7.2 电流模式PWM控制器 104

7.3 电压型控制芯片SG3525 105

7.3.1 性能及工作原理 105

7.3.2 关断操作 106

7.3.3 SG3525输出的不同驱动型式 107

7.4 脉宽调制芯片UC3843 108

7.4.1 UC3843管脚连接图 108

7.4.2 UC3843的主要特性 109

7.4.3 UC3843芯片原理 109

7.5 移相全桥控制芯片UC3875 111

7.5.1 UC3875的电气特性 111

7.5.2 内部结构和工作原理 111

7.5.3 各部分的基本工作原理分析 112

7.6 峰值电流控制PWM芯片MC34261 115

7.6.1 引言 115

7.6.2 工作描述 115

7.6.3 设计公式 117

7.7 平均电流型功率因数校正芯片UC3854 120

7.7.1 UC3854内部功能模块介绍 120

第8章 高频开关整流器的保护电路 123

8.1 输入端连续过电压保护 123

8.2 输入瞬态过压保护 125

8.3 启动冲击电流抑制 125

8.4 软启动电路 127

8.5 输出限流保护 128

8.6 过热保护电路 131

8.7 缺相保护电路 132

第9章 开关电源的电磁兼容技术 134

9.1 开关电源中的电磁干扰问题 134

9.1.1 开关电源干扰的产生 134

9.1.2 开关电源外部干扰 135

9.1.3 开关电源干扰耦合途径 135

9.2 开关电源中的电磁干扰的抑制 137

9.2.1 电磁屏蔽 137

9.2.2 接地技术 140

9.2.3 滤波器技术 141

第10章 开关电源中的磁性元件 144

10.1 在开关电源中磁性元件的作用 144

10.2 磁的基本概念和基本定律 144

10.2.1 磁场的几个常用物理量 144

10.2.2 磁路的概念 145

10.2.3 磁路的基本定律 145

10.3 软磁性材料 148

10.3.1 磁性材料的磁化 148

10.3.2 磁材料的磁化曲线 148

10.3.3 磁芯损耗 151

10.3.4 相对磁导率μr 154

10.3.5 磁芯磁性能 156

10.4 高频变压器设计方法 157

10.4.1 变压器设计方法之一——面积乘积（AP）法 157

10.4.2 变压器设计方法之二——几何参数（KG）法 160

10.5 电感器设计方法 162

10.5.1 电感器设计方法之一——面积乘积（AP）法 162

10.5.2 电感器设计方法之二——几何参数（KG）法 164

10.5.3 无直流偏压的电感器设计 165

第11章 反馈环路的稳定 166

11.1 引言 166

11.2 系统振荡原理 167

11.2.1 电路稳定的增益准则 167

11.2.2 电路稳定的增益斜率准则 167

11.2.3 输出LC滤波器的增益特性（输出电容含／不含ESR） 170

11.2.4 脉宽调制器的增益 171

11.2.5 LC输出滤波器加调制器和采样网络的总增益 172

11.3 误差放大器幅频特性曲线的设计 173

11.4 误差放大器的传递函数、极点和零点 175

11.5 零点、极点频率引起的增益斜率变化规则 176

11.6 只含单零点和单极点的误差放大器传递函数的推导 177

11.7 根据Ⅱ型误差放大器的零点、极点位置计算相移 178

11.8 考虑ESR时LC滤波器的相移 179

11.9 设计实例——含有Ⅱ型误差放大器的正激变换器反馈环路的稳定性 180

11.10 Ⅲ型误差放大器的应用及其传递函数 182

11.11 Ⅲ型误差放大器零点、极点位置引起的相位滞后 183

11.12 Ⅲ型误差放大器的原理图、传递函数及零点、极点位置 184

11.13 设计实例——通过Ⅲ型误差放大器反馈环路稳定正激变换器 185

11.14 Ⅲ型误差放大器元件的选择 187

11.15 反馈系统的条件稳定 187

11.16 不连续模式下反激变换器的稳定 188

11.16.1 从误差放大器端到输出电压节点的直流增益 188

11.16.2 不连续模式下反激变换器的误差放大器输出端到输出电压节点的传递函数 190

11.17 不连续模式下反激变换器误差放大器的传递函数 191

11.18 设计实例——不连续模式下反激变换器的稳定 192

11.19 跨导误差放大器 194

第12章 开关电源设计实例 197

12.1 完全能量传递反激式开关电源的设计 197

12.1.1 电路设计 197

12.1.2 反激变换器RCD缓冲器的设计 198

12.1.3 主要元件的参数计算与选型 201

12.2 基于SG3525的半桥式开关电源的设计 205

12.2.1 电路设计 205

12.2.2 主要元件参数的计算与选择 205

12.3 基于MC34261的有源功率因数校正器的设计 209

12.3.1 电路设计 209

12.3.2 主要元件参数的计算与选型 210

参考文献 212