目录 1
序 1
前言 1
第1章 电力电子技术的发展和展望 1
1.1 电力电子技术40年进展的标志 1
1.1.1 电力半导体器件 1
1.1.2 高频化和软开关技术 2
1.1.3 电力电子集成技术 4
1.2.1 分布式电源系统的结构 5
1.2 分布式电源结构 5
1.2.2 PFC变换器 6
1.2.3 电压调节器模块 6
1.2.4 全数字化控制 7
1.2.5 高频电力电子电路的电磁兼容性 7
1.2.6 电力电子的设计和测试技术 8
1.3 高频磁性元件和磁技术 8
1.3.1 集成磁性元件 8
1.3.2 平面变压器 8
1.3.5 高频磁技术 9
1.3.4 磁放大器后置电压调节器 9
1.3.3 饱和电感 9
第2章 DC-DC PWM变换器的电路拓扑 11
2.1 DC-DC PWM变换器的组成和基本原理 11
2.1.1 DC-DC PWM变换器的工作原理 11
2.1.2 降压、升压和升降压变换器 12
2.1.3 DC-DC变换器的工作模式 13
2.1.4 Buck PWM变换器的工作原理 13
2.1.5 DC-DC变换器的特点 14
2.2.1 Cuk变换器 15
2.2 DC-DC PWM变换器的基本电路 15
2.2.2 SEPIC变换器 16
2.2.3 六种DC-DC开关变换器基本拓扑 17
2.3 开关变换器的等效电路 17
2.4 开关变换器的对偶 19
2.4.1 电路的对偶 19
2.4.2 DC-DC开关变换器中几个重要的对偶关系 19
2.4.3 功率半导体开关器件的对偶 20
2.4.4 DC-DC PWM变换器的对偶 22
2.5.1 单端隔离式DC-DC变换器 23
2.5 隔离式DC-DC PWM变换器 23
2.5.2 正激变换器 24
2.5.3 双管正激变换器 25
2.5.4 反激变换器 26
2.5.5 双端隔离式DC-DC变换器 26
2.5.6 DC-DC推挽变换器 27
2.5.7 DC-DC半桥变换器 27
2.5.8 DC-DC全桥PWM变换器 28
2.5.9 隔离式DC-DC PWM变换器比较 28
3.1 吸收电路的作用 29
第3章 开关电源的吸收电路 29
3.2 吸收电路的类型 31
3.3 关断吸收电路 31
3.3.1 并联电容 31
3.3.2 有极性关断吸收电路——RCD网络 31
3.4 开通吸收电路 32
3.4.1 开通和关断吸收电路的对偶关系 32
3.4.2 串联电感 32
3.4.3 有极性开通吸收电路——RLD网络 32
3.5.1 组合方案Ⅰ（并联RCD、串联LVT） 33
3.5 组合吸收电路 33
3.5.2 组合吸收电路方案Ⅱ（串联RLD、并联CVT） 34
3.6 LCD吸收电路 34
第4章 高频软开关变换器 37
4.1 谐振变换器 37
4.1.1 串联谐振和并联谐振变换器 38
4.1.2 串并联谐振变换器 38
4.1.3 ZCS/ZVS-准谐振变换器 38
4.1.4 多谐振变换器 40
4.2 有源钳位软开关变换技术 41
4.2.1 有源钳位正激变换器 42
4.2.2 有源钳位ZVS-PWM正激变换器稳态运行分析 43
4.2.3 有源钳位反激变换器 46
4.2.4 有源钳位反激-正激变换器 47
4.3 ZS-PWM变换器 48
4.3.1 ZCS-PWM变换器 48
4.3.2 ZVS-PWM变换器 49
4.4.1 ZCT-PWM变换器 51
4.4 ZT-PWM变换器 51
4.4.2 三种零电流开关 53
4.4.3 ZVT-PWM变换器 53
4.4.4 零电压开关 55
4.5 移相控制全桥ZVS-PWM变换器 55
4.5.1 工作原理 55
4.5.2 PS FB ZVS-PWM变换器几个问题的分析 58
4.6 PS FB混合ZCZVS-PWM变换器 59
4.7 广义软开关PWM变换器 60
5.2 同步整流的工作原理和特性 63
5.1 肖特基整流管的损耗分析 63
第5章 同步整流技术 63
5.2.1 同步整流的基本工作原理 64
5.2.2 同步整流管的主要参数 65
5.3 同步整流的驱动方式 66
5.3.1 SR的控制时序 66
5.3.2 电压型自驱动方式 70
5.3.3 控制驱动方式 73
5.3.4 电流型自驱动方式 74
5.4 SR-Buck变换器 76
5.3.5 混合驱动方式 76
5.5.1 有磁复位绕组的SR-正激变换器 77
5.5 SR-正激变换器 77
5.5.2 SR-有源钳位正激变换器 78
5.6 SR-反激变换器 80
第6章 开关型功率变换器的控制 82
6.1 电压型控制 82
6.2 电流型控制 84
6.2.1 峰值电流控制 85
6.2.3 滞环电流型控制 88
6.2.2 平均电流型控制 88
6.3 电荷控制 89
6.4 单周控制 90
6.5 前馈控制 92
6.6 数字控制（离散控制） 93
6.6.1 数字控制的特点 93
6.6.2 离散PID算法 94
6.6.3 改进的离散PID算法 95
6.7 控制、驱动回路中的隔离方法 96
第7章 有源功率因数校正技术 98
7.1 功率因数和功率因数校正 98
7.1.1 非线性电路的功率因数和THD 98
7.1.2 AC-DC电路输入电流及PF 99
7.1.3 提高AC-DC电路输入端功率因数的主要方法 102
7.2 单相Boost PFC变换器 102
7.2.1 DCM Boost PFC变换器 103
7.2.2 CCM Boost PFC变换器 104
7.2.3 CRM Boost PFC变换器 105
7.2.4 Boost PFC电路的主要优缺点 107
7.3 APFC的控制方法 107
7.3.1 常用的三种控制方法 107
7.3.2 平均电流控制法 107
7.3.3 峰值电流控制法 108
7.3.4 电流滞环控制法 109
7.3.5 APFC集成控制电路 110
7.4 单相反激PFC变换器 114
7.4.1 CCM反激PFC变换器 114
7.4.2 DCM反激PFC变换器 117
7.4.3 反激PFC变换器的优缺点 120
7.5 单级单开关PFC变换器 120
7.5.1 集成PFC整流器-调节器 122
7.5.2 BIFRED变换器 122
7.5.3 BIBRED变换器 125
7.5.4 集成PFC整流器-调节器的优缺点 127
7.5.5 变频控制 127
7.5.6 S4PFC正激变换器 128
7.6 三相PFC变换器 129
7.6.1 三个单相Boost PFC变换器组成三相PFC整流器 130
7.6.2 三相单开关DCM Boost整流器 131
7.6.3 三相CCM Boost整流器 132
7.6.4 三相CCM Buck整流器 135
7.6.5 三相三电平Boost PFC变换器 135
7.6.6 空间矢量控制 136
第8章 电压调整器模块 139
8.1 VRM的性能要求 139
8.2.1 SR-Buck变换器 141
8.2.2 多通道SR-Buck变换器 141
8.2 低输入电压的VRM 141
8.2.3 多通道SR-Buck变换器的设计考虑［40,42］ 142
8.3 高电压输入的VRM 143
8.4 元件和线路的寄生参数对VRM瞬态特性的影响 144
8.4.1 电容ESR和ESL的影响 144
8.4.2 改善VRM输出瞬态响应的办法 144
8.4.3 微处理器与VRM接口的仿真模型 145
9.1 高频磁心的特性和参数 147
第9章 高频开关变换器中的磁性元件 147
9.1.1 磁滞回线 148
9.1.2 动态磁滞回线的测试 149
9.1.3 基本磁化曲线 150
9.1.4 不对称局部磁滞回线 150
9.1.5 伏秒积分 151
9.1.6 磁导率 152
9.1.7 磁心损耗 153
9.2 磁性材料和磁心结构 153
9.2.1 开关电源常用的磁性材料 154
9.2.2 磁心结构形式 156
9.3 电感 157
9.3.1 电感的基本公式 157
9.3.2 磁心气隙 157
9.3.3 电感元件储能 158
9.3.4 高频电感元件的等效电路模型 159
9.3.5 直流滤波电感分析 159
9.3.6 自饱和电感 161
9.3.7 可控饱和电感 161
9.4.1 励磁电感与漏电感 162
9.4 变压器 162
9.4.2 高频变压器模型 163
9.4.3 变压器的磁分析 163
9.4.4 平面变压器 164
9.4.5 空心PCB变压器 166
9.4.6 集成高频磁性元件 166
9.4.7 压电变压器 166
9.5 直流脉冲电流互感器 167
9.5.1 工作原理 168
9.5.2 电流互感器设计方法 169
9.6 高频磁放大器式输出电压调节器 170
第10章 DC-DC变换器并联系统的均流技术 175
10.1 开关变换器的并联 175
10.2 下垂法 177
10.3 主从均流法 180
10.4 自动均流法 181
10.5 热应力自动均流法 182
10.6 民主均流法 183
10.6.1 民主均流法的原理 183
10.6.2 UC3907均流控制器芯片 184
第11章 开关功率变换器的瞬态建模分析 187
11.1 瞬态分析 187
11.1.1 瞬态分析的目的 187
11.1.2 瞬态模型 187
11.1.3 稳态分析 188
11.1.4 PWM开关变换器瞬态建模方法 188
11.2 状态空间平均法 188
11.2.1 基本概念 188
11.2.3 分析方法和步骤 190
11.2.2 基本假设条件 190
11.2.4 Boost变换器状态空间平均模型 192
11.3 PWM变换器频域模型 197
11.3.1 PWM变换器小信号等效电路规范形模型 198
11.3.2 Cuk变换器小信号等效电路规范形模型 199
11.3.3 PWM变换器小信号等效电路规范形模型参数 199
11.3.4 PWM变换器的传递函数 200
11.3.5 Buck-Boost变换器的传递函数 201
11.3.6 Buck族和Boost族PWM变换器 201
11.4.2 平均开关函数 202
11.4 平均电路法 202
11.4.1 平均变量和平均电路 202
11.4.3 开关网络的平均模型 203
11.4.4 三端PWM开关模型法 204
11.4.5 考虑寄生参数的PWM变换器平均电路模型 208
第12章 开关调节器系统的频域分析与综合 213
12.1 时域分析 214
12.1.1 时域数学模型 214
12.1.2 系统的时域响应 214
12.1.3 自动调节系统的时域性能指标 214
12.1.4 时域法综合系统的步骤 215
12.2 频域模型分析 216
12.2.1 传递函数 216
12.2.2 频率响应 216
12.2.3 对数频率特性 217
12.2.4 拉普拉斯变换简表 217
12.3 开关电源系统的频域模型及分析 218
12.3.1 方块图 218
12.3.2 系统的稳定性和稳定裕量 220
12.3.4 极点和零点 221
12.3.3 频域性能指标 221
12.4 系统频率响应与瞬态响应的关系 222
12.4.1 频率尺度与时间尺度成反比 222
12.4.2 频段的特征与时域响应关系 223
12.4.3 频率特性与系统稳定性的关系 223
12.4.4 阻尼比ζ对系统瞬态响应的影响 223
12.5 电压型控制的开关电源的频域模型 224
12.5.1 开关变换器的控制-输出传递函数 224
12.5.2 电压检测、控制器和PWM的传递函数G1（s） 224
12.5.3 音频纹波衰减率 224
12.6.2 控制器的作用 226
12.6.1 电压控制器的传递函数 226
12.5.4 开关电源的抗负载扰动能力 226
12.6 电压控制器 226
12.6.3 对补偿后的电源系统的频率特性要求 227
12.6.4 控制器（补偿网络）的类型 227
12.6.5 带积分环节的控制器 228
12.6.6 开关电源中控制器特性分析举例 228
12.6.7 增设单极点、单零点的PI补偿网络 230
12.6.8增设双极点、双零点的PI补偿网络 231
12.7.2 补偿网络的设计 232
12.8 双环控制开关电源系统的瞬态建模分析 232
12.7.1 开关电源系统频域综合的一般步骤 232
12.7 开关电源系统频域设计（综合） 232
12.8.1 电流型控制的开关电源系统 233
12.8.2 Tellegen定理 233
12.8.3 功率守恒建模方法 234
12.8.4 电流控制的开关电源系统的一般设计步骤 235
12.8.5 UPF Boost PWM变换器瞬态建模分析 236
12.9.1 最小相位系统与非最小相位系统比较 239
12.9 非最小相位系统 239
12.9.2 非最小相位系统的物理特征 240
12.9.3 非最小相位系统的控制器设计 240
第13章 电力电子集成技术和集成电力电子模块 242
13.1 集成电力电子模块技术的提出 242
13.1.1 电力电子技术的进展 242
13.1.2 阻碍电力电子技术发展的因素 242
13.1.3 集成电力电子技术的发展概况 243
13.2.2 功率器件模块 244
13.2.1 分立器件 244
13.2 电力电子器件模块化和集成化的进展 244
13.2.3 单片集成 247
13.2.4 智能功率模块 247
13.3 集成电力电子模块封装技术 247
13.3.1 MCM封装技术 248
13.3.2 平面金属化封装技术 248
13.4.4 平面变压器 250
13.4.2 L-T集成 250
13.4.3 L-C-T集成 250
13.4 无源集成模块 250
13.4.1 L-L集成 250
13.5 电力电子积木块结构 251
13.6 集成电力电子系统 252
13.6.1 集成变频传动系统 252
13.6.2 集成VRM-微处理器系统 253
13.6.3 集成分布电源系统 254
13.7 电力电子系统集成的问题 256
14.1.1 主电路与控制电路产生的dv/dt、di/dt的比较 258
14.1.2 二极管反向恢复电流 258
14.1 开关电源中的电磁干扰源 258
第14章 开关电源中的电磁干扰问题 258
14.1.3 dv/dt与负载电流大小的关系 260
14.1.4 跳变过冲对频谱的影响 261
14.2 开关电源的电磁噪声的耦合通道特性 262
14.2.1 杂散参数影响耦合通道的特性 263
14.2.2 耦合通道的系统函数 263
14.3 开关电源运行中的电磁干扰及其抑制 266
参考文献 270