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的調制方式 4 1.1.3 開關管、續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、開關管及續流二極管的電流 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系 15 1.3.3 DCM模式下電壓與電流的關系 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 22 1.6.2 一個開關周期內對輸出電容C充放電引起的輸出電壓波動 23 習題 26 第2章 DC-DC變換器儲能電感設計 27 2.1 磁性元件設計過程涉及的電磁學知識 27 2.2 電感存儲能量與電感磁芯體積之間的關系 28 2.3 儲能電感AP法公式的推導 29 2.4 磁芯氣隙的設置 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率與電感系數 31 2.4.4 帶氣隙磁芯的有效磁導率 32 2.5 DC-DC變換器儲能電感磁芯體積的選擇依據 33 2.5.1 Buck-Boost變換器儲能電感與反激變換器儲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 繞線匝數及線徑的規劃 36 2.6.1 *小匝數N 36 2.6.2 趨膚效應與線徑d 37 2.6.3 估算繞線窗口的利用率 38 2.7 磁芯氣隙長度的計算 39 2.7.1 氣隙截面積Aδ的計算 39 2.7.2 帶氣隙磁芯的電感量L與氣隙長度δ的計算 39 2.7.3 氣隙長度δ的計算步驟 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 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 磁芯形態的選擇 45 2.8.5 磁芯參數 46 2.9 電感線圈的繞制 49 2.10 輸出電壓的選擇 50 2.11 Buck變換器設計舉例 50 2.11.1 用鐵氧體磁芯作為電感磁芯的設計過程 51 2.11.2 用磁粉芯作為電感磁芯的設計過程 54 習題 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 導通及截止期間兩電感電壓的關系 60 3.1.4 導通及截止期間兩電感電流的關系 61 3.1.5 設計步驟 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 導通及截止期間兩電感電壓的關系 66 3.2.4 導通及截止期間兩電感電流的關系 66 3.2.5 設計步驟 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 驅動方便的Buck-Boost變換器 72 習題 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計算 81 4.2.3 RCD參數計算過程及實例 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 反激變換器的設計要領 87 4.3.1 反射電壓UOR、鉗位電壓UClamp與*大占空比Dmax的關系 87 4.3.2 磁芯幾何參數的選擇策略 90 4.3.3 反激變換器各繞組順序的規劃 90 4.3.4 屏蔽繞組的設置與連接 95 4.3.5 骨架引腳的分配規則 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計過程 98 4.4.1 儲能變壓器及開關管等關鍵元件的參數計算 98 4.4.2 具有多個次級繞組與負載電流變化范圍較大的反激變換器的參數計算 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 優缺點及使用條件 113 4.6.3 設計過程 114 4.7 DCM模式反激變換器 114 4.7.1 PWM調制DCM模式反激變換器的電流、電壓關系 115 4.7.2 PWM調制DCM模式反激變換器的特征 117 4.8 準諧振反激變換器 118 4.8.1 工作原理 119 4.8.2 開關頻率限制策略 121 4.8.3 關鍵參數的計算 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 反激變換器的調試 129 習題 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的基本概念及產生原因 132 5.1.2 EMI信號的度量單位及限制 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驗值 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 市電缺半個或一個市電周期后由*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 輸入過流過壓保護電路 141 5.4.1 保險絲(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 安規電容的選擇 146 5.6.2 EMI濾波電感的設計 148 習題 148 第6章 開關變換器控制芯片 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象與斜率補償電路 152 6.2.3 平均電流型控制 154 6.2.4 電流滯環型控制 155 6.3 電流型PWM控制器典型芯片 155 6.3.1 啟動電路 156 6.3.2 時鐘電路 158 6.3.3 斜坡電流取樣電阻RS的確定 160 6.3.4 典型應用電路 160 6.4 峰值電流型PWM控制芯片新技術 162 6.4.1 FAN6757芯片的內部框圖 162 6.4.2 FAN6757芯片的主要特征 164 6.4.3 保護功能 169 習題 171 第7章 功率因數校正(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PF及總諧波失真度THD 173 7.2.1 非線性電路的功率因數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（PF）對電網的危害 174 7.2.4 電器/設備的諧波標準 175 7.3 AC-DC變換器功率因數校正(PFC)電路 176 7.3.1 無源功率因數校正電路 176 7.3.2 有源功率因數校正電路 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)與驅動電源輸入電流iIN(t) 191 7.5.2 *小開關頻率fSWmin的推導 193 7.5.3 *小電感量的確定 194 7.5.4 開關管電流與開關管導通損耗的計算 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 196 7.5.7 續流二極管電流 196 7.5.8 由輸出紋波電壓決定的輸出電容C的計算 198 7.5.9 基于BCM模式的Boost APFC設計實例 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單管反激變換器設計實例 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試 223 7.7 單相大功率APFC電路 224 7.7.1 交錯式APFC電路 225 7.7.2 無橋APFC電路 235 7.7.3 無橋交錯式APFC電路 239 習題 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 激磁電流回零時間Toff與次級回路Buck濾波電感磁復位時間Toff-s的關系 248 8.3.5 估算變壓器的*大匝比n 249 8.3.6 變壓器參數選擇 249 8.3.7 設計實例 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 優缺點及設計 262 8.4.3 驅動電路設計 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 習題 268 第9章 硬開關橋式及推挽變換器 269 9.1 半橋變換器 269 9.1.1 原理電路 270 9.1.2 初級側實際電路 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C3參數的計算 278 9.2 全橋變換器 279 9.2.1 原理電路 279 9.2.2 輸入、輸出電壓關系 280 9.2.3 變壓器參數計算 281 9.3 倍流整流電路 283 9.3.1 原理電路 284 9.3.2 輸入與輸出關系 286 9.3.3 濾波電感L1及L2的設計 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 習題 293 第10章 軟開關橋式變換器 295 10.1 軟開關變換器概述 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 穩壓原理 310 10.4.4 固有缺陷 311 10.4.5 下管調制的全橋變換器 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諧振變換器設計 330 10.6.1 工作區的選擇依據 330 10.6.2 電感比mL的選擇策略 333 10.6.3 品質因數Q的選擇依據及確定方法 334 10.6.4 設計實例 337 10.6.5 磁性元件的制作 345 10.7 全橋LLC變換器與交錯式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設計 362 習題 368 第11章 同步整流技術 370 11.1 同步整流原理 371 11.2 同步整流MOS管驅動方式 372 11.2.1 電壓自驅動 374 11.2.2 電流自驅動 379 11.2.3 集成控制IC驅動 380 習題 382 第12章 環路穩定性設計 383 12.1 概述 383 12.1.1 二端口網絡的傳遞函數 383 12.1.2 極點、零點的概念及性質 385 12.1.3 閉環控制及網絡傳遞函數 387 12.2 開關電源閉環控制 387 12.2.1 閉環控制系統概述 387 12.2.2 理想環路的頻率特性曲線 388 12.2.3 輸出取樣點的選擇 389 12.3 反饋補償網絡的傳遞函數 390 12.3.1 Ⅰ型反饋補償網絡的傳遞函數 391 12.3.2 PI型反饋補償網絡的傳遞函數 392 12.3.3 Ⅱ型反饋補償網絡的傳遞函數 393 12.3.4 Ⅲ型反饋補償網絡的傳遞函數 394 12.3.5 基于跨導型運算放大器的反饋補償網絡的傳遞函數 395 12.4 加入光耦及TL431后補償網絡的傳遞函數 397 12.4.1 基于Ⅰ型的補償網絡 397 12.4.2 基于Ⅱ型的補償網絡 398 12.4.3 基于PI型補償網絡 400 12.5 常見變換器環路設計 402 12.5.1 CCM模式下反激變換器由控制到輸出的傳遞函數 402 12.5.2 CCM模式下反激變換器反饋補償網絡設計 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 405 12.5.4 正激變換器環路設計 408 12.5.5 BCM模式APFC變換器環路設計 408 12.5.6 反饋補償網絡元件參數的快速估算 409 習題 411 第13章 開關電源PCB設計 412 13.1 與PCB設計相關的安規知識 412 13.1.1 電器產品防電擊設計的分類 412 13.1.2 電源產品執行的安規標準 413 13.1.3 絕緣等級與安全間距 413 13.2 PCB設計規則 415 13.2.1 PCB板工藝規劃 419 13.2.2 AC輸入濾波電路的布局布線原則 422 13.2.3 關鍵回路與節點走線 423 13.2.4 并聯濾波電容的連線方式 427 13.2.5 地線處理 428 13.3 PCB散熱設計 430 習題 431 第14章 開關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 432 14.1.2 整流二極管的開關特性及損耗 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 437 14.2.2 功率MOS管的開關特性及損耗 438 14.2.3 功率MOS管的常見驅動電路 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 有機薄膜電容 448 14.4 漆包線參數 449 習題 453 參考文獻 454