圖書簡介
《精通開關電源設計(第2版)》基於作者多年從事開關電源設計的經驗，從分析開關變換器的最基本器件——電感的原理入手，由淺入深系統地論述了寬輸入電壓DC-DC變換器(含離線式、反激電源)及其磁性元件設計、功率器件選擇和損耗計算、印製電路板布線技術、三種主要拓撲在電壓/電流模式下的控制環穩定性，以及開關電源電磁干擾(EMI)理論和實踐等。書中還解答了變換器拓撲的常見問題，討論了開關電源設計實例、工業經驗和難點對策等。
圖書目錄
第 1章 開關功率變換原理 1
1.1 引言 1
1.2 概述和基本術語 2
1.2.1 效率 2
1.2.2 線性調整器 4
1.2.3 利用開關器件提高效率 5
1.2.4 半導體開關器件的基本類型 6
1.2.5 半導體開關器件並非理想器件 6
1.2.6 利用電抗元件提高效率 7
1.2.7 早期RC型開關調整器 8
1.2.8 LC型開關調整器 8
1.2.9 寄生參數的影響 9
1.2.10 高頻開關時的問題 10
1.2.11 可靠性、使用壽命和熱管理 11
1.2.12 應力降額 12
1.2.13 技術進展 12
1.3 電感 13
1.3.1 電容、電感和電壓、電流 13
1.3.2 電感和電容的充放電電路 13
1.3.3 能量守恆定律 14
1.3.4 充電階段和感應電壓概念 15
1.3.5 串聯電阻對時間常數的影響 16
1.3.6 R=0時的電感充電電路和電感方程 17
1.3.7 對偶原理 18
1.3.8 電容方程 19
1.3.9 電感放電階段 19
1.3.10 反激能量和續流電流 20
1.3.11 電流必須連續，但其變化率未必 20
1.3.12 電壓反向現象 20
1.3.13 功率變換中的穩態及其不同工作模式 21
1.3.14 伏秒定律、電感復位和變換器的占空比 24
1.3.15 半導體開關器件的使用和保護 25
1.4 開關拓撲的演變 27
1.4.1 通過二極體續流控制感應電壓尖峰 27
1.4.2 達到穩態並獲得有用能量 28
1.4.3 升降壓變換器 29
1.4.4 電路的地參考點 30
1.4.5 升降壓變換器結構 30
1.4.6 交換結點 31
1.4.7 升降壓變換器分析 31
1.4.8 升降壓變換器特性 32
1.4.9 為什麼僅有三種基本拓撲 33
1.4.10 升壓拓撲 34
1.4.11 降壓拓撲 37
1.4.12 高 級變換器設計 38
第 2章 DC-DC變換器及其磁性元件設計 39
2.1 直流傳遞函式 40
2.2 電感電流波形中的直流分量和交流紋波 40
2.3 交流電流、直流電流和峰值電流的定義 42
2.4 理解交流、直流和峰值電流 44
2.5 定義“**惡劣”輸入電壓 45
2.6 電流紋波率r 47
2.7 r與電感值的關係 47
2.8 r的**優值 48
2.9 是電感尺寸，還是電感值 49
2.10 負載電流對電感值和電感尺寸的影響 50
2.11 供應商如何標定成品電感的額定電流，以及如何選擇電感 50
2.12 給定套用中需要考慮的電感電流額定值 51
2.13 電流限制的範圍和容限 53
2.14 實例(1) 55
2.14.1 設定r值時，對電流限制的考慮 56
2.14.2 r值固定時，對連續導通模式的考慮 57
2.14.3 使用低等效串聯電阻的電容時，r值應設為大於0.4 58
2.14.4 設定r值以避免器件特殊性帶來的問題 59
2.14.5 設定r值以避免次諧波振盪 60
2.14.6 使用L×I和負載縮放法快速選擇電感 63
2.15 實例(2、3和4) 63
2.15.1 強迫連續導通模式下的電流紋波率r 64
2.15.2 基本磁定義 65
2.16 實例(5)不增加匝數 67
2.16.1 磁場紋波係數 68
2.16.2 用伏秒積來分析電壓型方程(MKS單位制) 68
2.16.3 CGS單位制 68
2.16.4 用伏秒積來分析電壓型方程(CGS單位制) 69
2.16.5 磁芯損耗 69
2.17 實例(6)特定套用中成品電感的特性 70
2.17.1 評估需求 70
2.17.2 電流紋波率 72
2.17.3 峰值電流 72
2.17.4 磁通密度 73
2.17.5 銅損 73
2.17.6 磁芯損耗 74
2.17.7 DC-DC變換器設計和磁性元件 74
2.17.8 溫升 74
2.18 其他極限應力計算及其選擇標準 75
2.18.1 **大磁芯損耗 75
2.18.2 **大二極體損耗 76
2.18.3 一般二極體選擇步驟 76
2.18.4 **大開關損耗 77
2.18.5 一般開關管選擇步驟 78
2.18.6 **大輸出電容損耗 78
2.18.7 一般輸出電容選擇步驟 78
2.18.8 **大輸入電容損耗 79
2.18.9 一般輸入電容選擇步驟 80
第3章 離線式變換器及其磁性元件設計 81
3.1 反激變換器的磁性元件 81
3.1.1 變壓器繞組的極性 81
3.1.2 反激變換器的變壓器功能及其占空比 83
3.1.3 等效升降壓變換器模型 85
3.1.4 反激變換器的電流紋波率 86
3.1.5 漏感 87
3.1.6 穩壓管鉗位損耗 87
3.1.7 副邊側漏感也影響原邊側 87
3.1.8 測量有效的原邊側漏感 88
3.1.9 實例(7)反激變壓器設計 88
3.1.10 選擇線規和銅箔厚度 93
3.2 正激變換器的磁性元件 96
3.2.1 占空比 96
3.2.2 **惡劣輸入電壓 98
3.2.3 利用視窗面積 99
3.2.4 磁芯尺寸與其功率吞吐量的關係 100
3.2.5 實例(8)正激變壓器設計 101
第4章 拓撲的常見問題和解答 113
第5章 高 級磁技術：**優磁芯選擇 128
5.1 第 1部分：能量傳輸原理 128
5.1.1 拓撲概述 128
5.1.2 能量傳輸圖 133
5.1.3 峰值儲能要求 138
5.1.4 根據預期電流紋波計算電感值 141
5.2 第 2部分：能量與磁芯尺寸 143
5.2.1 磁路和有氣隙磁芯的有效磁路長度 143
5.2.2 有氣隙磁芯的儲能和z因數 145
5.2.3 有氣隙磁芯的能量與磁芯體積的關係 148
5.3 第3部分：從螺線管到E型磁芯 151
5.4 第4部分：更多AC-DC反激變壓器設計細節 153
5.5 第5部分：更多AC-DC正激變換器變壓器設計細節 157
第6章 元器件額定值、應力、可靠性和壽命 163
6.1 引言 163
6.2 應力和降額 163
6.3 第 1部分：功率變換器的額定值和降額 166
6.3.1 工作環境 166
6.3.2 電源中元器件的額定值和應力係數 169
6.3.3 機械應力 177
6.4 第 2部分：平均無故障時間、失效率、保修成本和壽命 177
6.4.1 MTBF 178
6.4.2 保修成本 180
6.4.3 壽命期望和失效標準 181
6.4.4 可靠性預測方法 182
6.4.5 驗證可靠性測試 183
6.4.6 加速壽命試驗 184
6.5 第3部分：鋁電解電容壽命預測 185
第7章 **優功率器件選擇 190
7.1 概述 190
7.2 功率變換器的主要應力 190
7.3 不同拓撲的波形和峰值電壓應力 191
7.4 電流有效值和平均值的重要性 195
7.5 二極體、場效應管和電感的電流有效值和平均值計算 196
7.6 電容的電流有效值和平均值計算 198
7.7 蜘蛛狀應力曲線 204
7.8 降低AC-DC變換器應力 206
7.9 RCD鉗位和RCD吸收電路 208
第8章 導通損耗和開關損耗 213
8.1 阻性負載時的開關轉換過程 213
8.2 感性負載時的開關轉換過程 216
8.3 開關損耗和導通損耗 218
8.4 感性負載時用於開關損耗研究的MOSFET簡化模型 219
8.5 寄生電容在交流系統中的表示方法 220
8.6 柵極閾值電壓 221
8.7 導通轉換過程 222
8.8 關斷轉換過程 225
8.9 柵荷係數 229
8.10 實例 230
8.10.1 導通過程 231
8.10.2 關斷過程 232
8.11 開關拓撲的開關損耗分析 233
8.12 開關損耗對應的**惡劣輸入電壓 233
8.13 開關損耗隨寄生電容變化 234
8.14 根據MOSFET特性最佳化驅動能力 235
第9章 探索新拓撲 237
9.1 第 1部分：恆頻同步降壓拓撲 237
9.1.1 用場效應管(安全地)替代二極體 237
9.1.2 死區時間的產生 239
9.1.3 CdV/dt引起場效應管導通 239
9.1.4 體二極體續流 240
9.1.5 外部(並聯)肖特基二極體 241
9.1.6 同步(互補)驅動 242
9.2 第 2部分：恆頻同步升壓拓撲 242
9.3 第3部分：電流檢測的分類及其常規技術 246
9.3.1 直流電阻檢測 247
9.3.2 無感降壓單元 251
9.3.3 無損下垂調整和動態電壓調整 253
9.4 第4部分：四管升降壓拓撲 255
9.5 第5部分：輔助端和複合拓撲 259
9.5.1 是升壓拓撲還是升降壓拓撲 260
9.5.2 理解Cuk、Sepic和Zeta拓撲 261
9.5.3 計算Cuk、Sepic和Zeta變換器的電流波形 266
9.5.4 Cuk、Sepic和Zeta拓撲的應力和元器件選擇標準 267
9.6 第6部分：結構和拓撲形態 268
9.7 第7部分：其他拓撲和技術 272
9.7.1 隱藏的輔助端和對稱性 272
9.7.2 多輸出和浮動降壓調整器 273
9.7.3 滯環控制器 274
9.7.4 跨脈衝模式 277
9.7.5 實現正激變換器變壓器復位 278
第 10章 印製電路板設計 281
10.1 引言 281
10.2 印製線分析 281
10.3 設計要點 282
10.4 熱管理問題 286
第 11章 熱管理 288
11.1 熱阻和電路板結構 288
11.2 歷史定義 290
11.3 自然對流的經驗方程 291
11.4 兩個標準經驗方程對比 292
11.4.1 熱動力學理論中的h 293
11.4.2 印製電路板銅面積估算 294
11.5 銅印製線尺寸 294
11.6 一定海拔高度上的自然對流 295
11.7 強制空氣冷卻 295
11.8 熱輻射傳遞 296
11.9 其他問題 297
第 12章 反饋環路分析及穩定性 298
12.1 傳遞函式、時間常數和激勵函式 298
12.2 理解e並繪製對數坐標曲線 299
12.3 複數表示法 300
12.4 重複和非重複激勵：時域和頻域分析 301
12.5 s平面 302
12.6 拉普拉斯變換 302
12.7 干擾及反饋的角色 304
12.8 RC濾波器的傳遞函式、增益和伯德圖 306
12.9 積分運算放大器(零極點濾波器) 308
12.10 對數坐標系下的數學運算 310
12.11 後級LC濾波器的傳遞函式 310
12.12 無源濾波器傳遞函式小結 313
12.13 極點和零點 314
12.14 極點和零點的相互作用 315
12.15 閉環增益和開環增益 316
12.16 分壓器 318
12.17 脈寬調製器的傳遞函式 318
12.18 電壓(輸入)前饋 320
12.19 功率級傳遞函式 320
12.20 拓撲結構的被控對象傳遞函式 321
12.20.1 降壓變換器 321
12.20.2 升壓變換器 322
12.20.3 升降壓變換器 323
12.21 反饋部分的傳遞函式 324
12.22 閉環 326
12.23 環路穩定性判據及策略 328
12.24 繪製三種拓撲的開環增益 328
12.25 等效串聯電阻零點 332
12.26 高頻極點 332
12.27 設計3型運算放大器補償網路 333
12.28 最佳化反饋環路 336
12.29 輸入紋波抑制 337
12.30 負載的暫態回響 338
12.31 1型和2型補償 339
12.32 跨導運算放大器補償 340
12.33 更簡單的跨導運算放大器補償 343
12.34 電流模式控制補償 344
第 13章 高 級命題：並聯、交錯和負載均流 352
13.1 第 1部分：變換器的電壓紋波 352
13.2 第 2部分：功率變換器應力分配及降低 357
13.2.1 概述 357
13.2.2 功率變換器的功率縮放 357
13.2.3 降壓變換器的並聯和交錯 360
13.2.4 交錯式降壓變換器的應力有效值封閉形式方程 364
13.2.5 交錯式升壓功率因數校正變換器 367
13.2.6 交錯式多相變換器 367
13.3 第3部分：交錯式降壓變換器中的耦合電感 367
