開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與制作基礎(chǔ)

本書作為高頻逆變開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的基礎(chǔ)和門檻，全面系統(tǒng)地講解了當(dāng)代硬/軟開(kāi)關(guān)高頻逆變電路的特點(diǎn)、對(duì)偶原理、控制方法、瞬態(tài)和頻域分析、高頻磁路及集成磁件，以及吸收電路、有源功率因數(shù)校正、同步整流、并聯(lián)均流、集成模塊IPEM等實(shí)用技術(shù)。

第1章 開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展

1.1 開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程

1.2 20世紀(jì)推動(dòng)開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的主要技術(shù)

1.2.1新型功率半導(dǎo)體器件

1.2.2軟開(kāi)關(guān)技術(shù)

1.2.3控制技術(shù)

1.2.4有源功率因數(shù)校正技術(shù)

1.2.5高頻磁元件

1.2.6飽和電感的應(yīng)用

1.2.7低電壓、大電流輸出DC-DC變換器

1.2.8分布電源及并聯(lián)均流技術(shù)

1.2.9電源智能化技術(shù)

1.2.10開(kāi)關(guān)電源的EMI與EMC

1.3 開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展方向

第2章 DC-DC開(kāi)關(guān)型功率變換器的基本電路

2.1 DC-DC開(kāi)關(guān)型功率變換器的基本電路

2.2 開(kāi)關(guān)變換器的等效電路

2.3 開(kāi)關(guān)變換器的對(duì)偶關(guān)系

2.4 有隔離變壓器的單端開(kāi)關(guān)變換器

2.5 SEPIC和Zeta變換器的性質(zhì)和特點(diǎn)

第3章 高頻軟開(kāi)關(guān)變換器

3.1 諧振變換器和有源鉗位ZVS變換器

3.1.1引言

3.1.2諧振變換器

3.1.3有源鉗位軟開(kāi)關(guān)變換技術(shù)

3.2 軟開(kāi)關(guān)PWM變換器

3.2.1ZS"para" label-module="para">

3.2.2ZT"para" label-module="para">

3.2.3移相控制全橋(FB)ZVS"para" label-module="para">

3.2.4PS FB混合ZCZVS"para" label-module="para">

3.2.5廣義軟開(kāi)關(guān)PWM變換器

第4章 開(kāi)關(guān)型功率變換器的控制

4.1概述

4.2電壓型控制

4.3前饋控制

4.4電流型控制

4.5其他控制方法

第5章 開(kāi)關(guān)電源的吸收電路

5.1 吸收電路的作用

5.2 吸收電路的類型

5.2.1關(guān)斷吸收電路(turn"para" label-module="para">

5.2.2開(kāi)通吸收電路(turn"para" label-module="para">

5.2.3組合吸收電路

5.2.4LC吸收電路

5.2.5吸收電路和開(kāi)關(guān)過(guò)程的“軟化”

第6章 高頻開(kāi)關(guān)變換器中的磁性材料和磁元件

6.1 高頻磁心的材料、特性和參數(shù)

6.1.1概述

6.1.2磁材料特性及參數(shù)

6.1.3高頻磁元件的磁心結(jié)構(gòu)和磁材料

6.2 電感元件

6.2.1電感的基本公式

6.2.2磁心氣隙(air gap)

6.2.3電感元件儲(chǔ)能W

6.2.4高頻電感元件的等效電路模型

6.2.5開(kāi)關(guān)電源輸出濾波電感分析

6.2.6自飽和電感(saturable inductor)

6.2.7可控飽和電感(controlled saturable inductor)

6.3 變壓器

6.3.1勵(lì)磁電感與漏電感

6.3.2高頻變壓器模型

6.3.3開(kāi)關(guān)電源變壓器的磁分析

6.4 平面（planar）變壓器

6.5 空心PCB變壓器

6.6 集成高頻磁元件

第7章 有源功率因數(shù)校正技術(shù)

7.1 有源功率因數(shù)校正技術(shù)介紹

7.1.1AC-DC整流電路

7.1.2非線性電路的功率因數(shù)和THD

7.1.3Boost PFC電路

7.1.4APFC的控制方法

7.1.5PFC集成控制電路

7.2 三相PFC變換器

7.2.1三相橋式整流電路

7.2.2三個(gè)單相Boost PFC變換器組成三相PFC整流器

7.2.3三相DCM單開(kāi)關(guān)Boost整流器

7.2.4三相CCM Boost整流器

7.2.5空間矢量控制

7.2.6三相CCM Buck整流器

7.2.7三相三電平Boost PFC變換器

7.2.8三相Boost PWM整流器瞬態(tài)建模分析

7.3 單相反激PFC變換器

7.3.1CCM反激PFC變換器

7.3.2DCM反激PFC變換器

7.3.3反激PFC變換器的優(yōu)缺點(diǎn)

7.4 單級(jí)PFC變換器

7.4.1概述

7.4.2集成PFC整流器-調(diào)節(jié)器

第8章 同步整流技術(shù)

8.1 概述

8.2 同步整流技術(shù)的基本原理

8.2.1SR工作原理

8.2.2同步整流管SR的主要參數(shù)

8.3 同步整流驅(qū)動(dòng)方式

8.3.1外驅(qū)動(dòng)同步整流技術(shù)

8.3.2電壓型自驅(qū)動(dòng)同步整流

8.3.3電流型自驅(qū)動(dòng)同步整流

8.4 同步整流電路

8.4.1全波SR電路

8.4.2倍流SR電路

8.5 SR-Buck變換器

8.6 SR-正激變換器

8.6.1有磁復(fù)位繞組的SR-正激變換器

8.6.2SR-有源鉗位正激變換器

8.6.3SR雙管正激變換器

8.7 SR-反激變換器

第9章 DC-DC變換器并聯(lián)系統(tǒng)的均流技術(shù)

9.1概述

9.2下垂法

9.3主從均流法

9.4自動(dòng)均流法

9.5熱應(yīng)力自動(dòng)均流法

9.6民主均流法

9.6.1民主均流法的原理

9.6.2均流控制器集成電路UC3907的簡(jiǎn)介

第10章 開(kāi)關(guān)電源中的磁放大器式輸出電壓調(diào)節(jié)器

10.1 概述

10.2 高頻磁放大器鐵心磁性材料

10.2.1非晶態(tài)軟磁合金

10.2.2鐵基超微晶合金

10.3開(kāi)關(guān)電源中高頻磁放大器調(diào)節(jié)器的工作原理

10.4應(yīng)用舉例

第11章 開(kāi)關(guān)電源的瞬態(tài)建模和分析

11.1 概述

11.2 狀態(tài)空間平均法

11.2.1基本概念

11.2.2基本假設(shè)條件

11.2.3狀態(tài)空間分析步驟

11.3 平均電路法

11.4 三端PWM開(kāi)關(guān)模型法

11.4.1三端PWM開(kāi)關(guān)的平均電路模型

11.4.2規(guī)范形開(kāi)關(guān)單元及其平均電路模型

11.4.3三端PWM開(kāi)關(guān)的小信號(hào)平均電路模型

11.4.4PWM開(kāi)關(guān)變換器的小信號(hào)平均電路模型

11.5 考慮寄生參數(shù)的PWM開(kāi)關(guān)變換器平均電路模型

11.5.1Buck變換器平均電路模型的修正

11.5.2等效平均電阻

11.5.3考慮寄生參數(shù)的Buck變換器大信號(hào)電路模型

11.6 雙環(huán)控制的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)瞬態(tài)建模分析——功率守恒法

11.6.1引言

11.6.2電流型控制的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)

11.6.3電流型控制開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的功率守恒建模法

11.6.4高功率因數(shù)(UPF) Boost PWM電源瞬態(tài)建模分析

11.6.5非最小相位系統(tǒng)

第12章 開(kāi)關(guān)電源的頻域分析與綜合

12.1 概述

12.1.1時(shí)域性能指標(biāo)

12.1.2頻域模型

12.1.3對(duì)數(shù)頻率特性 (Bode曲線)

12.1.4系統(tǒng)的穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕量

12.1.5頻域性能指標(biāo)

12.2 二階控制系統(tǒng)

12.2.1二階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)

12.2.2傳遞函數(shù)

12.2.3頻率響應(yīng)

12.2.4二階系統(tǒng)的對(duì)數(shù)頻率特性

12.2.5拉普拉斯變換簡(jiǎn)表

12.3 極點(diǎn)和零點(diǎn)

12.3.1RHP和LHP極點(diǎn)和零點(diǎn)

12.3.2一階系統(tǒng)的零、極點(diǎn)舉例

12.3.3二階系統(tǒng)的零、極點(diǎn)舉例

12.4 系統(tǒng)頻率響應(yīng)與瞬態(tài)響應(yīng)的關(guān)系

12.5 電壓型控制的開(kāi)關(guān)電源的頻域模型

12.5.1開(kāi)關(guān)電源框圖

12.5.2開(kāi)關(guān)變換器的控制-輸出傳遞函數(shù)

12.5.3反饋通道傳遞函數(shù)H(s)

12.5.4電源系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)To(s)及閉環(huán)傳遞函數(shù)Tc(s)

12.5.5音頻紋波衰減率(audio"para" label-module="para">

12.5.6開(kāi)關(guān)電源的抗負(fù)載擾動(dòng)能力

12.6 電壓控制器

12.6.1電壓控制器的傳遞函數(shù)

12.6.2控制器的作用

12.6.3對(duì)補(bǔ)償后電源系統(tǒng)的頻率特性要求

12.6.4控制器(補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò))的類型

12.6.5比例-積分(PI)控制器

12.6.6增設(shè)單極點(diǎn)、單零點(diǎn)的PI網(wǎng)絡(luò)

12.6.7增設(shè)雙極點(diǎn)、雙零點(diǎn)PI補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

12.7 頻域設(shè)計(jì)(綜合)

第13章 集成電力電子模塊(IPEM)綜述

13.1 集成電力電子模塊(IPEM)技術(shù)的提出

13.2 國(guó)際電力電子界研究開(kāi)發(fā)IPEM的現(xiàn)狀

13.2.1美國(guó)PEBB計(jì)劃

13.2.2美國(guó)電力電子系統(tǒng)中心的建立和IPEM計(jì)劃

第14章 磁路及集成磁件

14.1 磁路的基本概念和基本定律

14.2 電感器和變壓器的磁路模型

14.2.1磁心電感的磁路模型

14.2.2磁心線圈的電路模型

14.2.3開(kāi)氣隙單線圈磁心電感器的磁路模型

14.3 具有耦合電感的開(kāi)關(guān)變換器的磁路電路分析

14.4 具有集成磁件的開(kāi)關(guān)變換器的磁路電路分析

14.5 集成磁件的基本綜合方法

14.6 電感器和變壓器的設(shè)計(jì)方法

14.6.1電感器的設(shè)計(jì)

14.6.2變壓器的設(shè)計(jì)

14.6.3電感器和變壓器設(shè)計(jì)舉例

第15章 開(kāi)關(guān)變換器電路的對(duì)偶分析

15.1 平面電路的對(duì)偶性質(zhì)

15.2 開(kāi)關(guān)變換器的基本對(duì)偶關(guān)系

15.2.1導(dǎo)通比的對(duì)偶關(guān)系

15.2.2半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的對(duì)偶規(guī)則

15.2.3開(kāi)關(guān)變換器的對(duì)偶

15.3 直流隔離開(kāi)關(guān)變換器的對(duì)偶

15.3.1理想變壓器的對(duì)偶元件

15.3.2全耦合變壓器模型的對(duì)偶

15.3.3單端正激開(kāi)關(guān)變換器的對(duì)偶

15.3.4單端反激開(kāi)關(guān)變換器的對(duì)偶

15.3.5多路輸出反激開(kāi)關(guān)變換器的對(duì)偶

15.4 開(kāi)關(guān)變換器的雙向變換

15.5 PWM開(kāi)關(guān)變換器小信號(hào)線性等效電路的對(duì)偶分析

本書是作者潛心研究和精心制作開(kāi)關(guān)電源實(shí)踐的總結(jié)。主要內(nèi)容包括單端、雙正激、半橋和移相全橋軟開(kāi)關(guān)變換的多種實(shí)用開(kāi)關(guān)電源，功率覆蓋20W到2kW。本書主要闡述研制開(kāi)關(guān)電源的難點(diǎn)及各類高頻變換功率變壓器、驅(qū)動(dòng)變壓器、輔助諧振電感等設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和制作工藝,采用大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)電量波形同讀者分享；在解析3.5kW和6kW高性能全橋開(kāi)關(guān)電源實(shí)體一章里，揭開(kāi)了鮮為人知的技術(shù)竅門，暗示通向性能極限的另類技巧。

第1章用TOP204Y制作20W、40W高性能反激式開(kāi)關(guān)電源實(shí)例

1.1 單端反激式開(kāi)關(guān)電源的工作狀態(tài)

1.1.1 單端反激式開(kāi)關(guān)電源的工作原理

1.1.2 單端反激式變換器的副邊電流三種工作狀態(tài)

1.1.3 單端變換器的變壓器磁通復(fù)位

1.1.4 單端反激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)計(jì)算

1.2 用TOP204Y制作20W反激式開(kāi)關(guān)電源

1.2.1 25W開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)

1.2.2 25W開(kāi)關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)和繞制

1.2.3 使用TOP202的25W開(kāi)關(guān)電源變換器獲得的優(yōu)異性能

1.3 用TOP202制作40W反激式開(kāi)關(guān)電源實(shí)例

1.3.1 40W輔助電源主功率變壓器設(shè)計(jì)

1.3.2 單端反激式變換器開(kāi)關(guān)電源必須注意的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

第2章 雙管正激式變換器開(kāi)關(guān)電源制作實(shí)踐

2.1 單端雙管正激式變換器的工作原理及實(shí)用電路

2.1.1 200W（±100V/1A）單端雙管正激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源實(shí)用電路

2.1.2 單端雙管正激式變換器的工作原理

2.1.3 單端雙管正激式變換器電路結(jié)構(gòu)

2.2 200W正激式變換器主功率變壓器的設(shè)計(jì)與繞制工藝

2.2.1 單端變換器的變壓器必須滿足兩個(gè)基本條件

2.2.2 單端雙管正激式變換器的變壓器設(shè)計(jì)步驟

2.3 TL494設(shè)計(jì)特點(diǎn)與脈寬調(diào)制特性

2.3.1 TL494原理框圖

2.3.2 運(yùn)用TL494的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.4 TL494的死區(qū)時(shí)間控制試驗(yàn)

2.4.1 試驗(yàn)電路

2.4.2 試驗(yàn)方法和要點(diǎn)

2.4.3 通過(guò)低壓試驗(yàn)電路探索TL494工作特點(diǎn)

2.5 4 N35/TL431光耦合控制電路的計(jì)算方法

2.5.1 4N35、TL494的工作特性與主要電氣參數(shù)

2.5.2 低壓光耦合器控制電路試驗(yàn)，初步確定幾個(gè)電阻值

2.5.3 100V高壓反饋光耦合控制回路中幾個(gè)電阻值的估算

2.6 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、實(shí)測(cè)波形與變壓器的繞制

2.6.1 單端雙管正激式開(kāi)關(guān)電源的驅(qū)動(dòng)電路

2.6.2 實(shí)測(cè)波形

2.6.3 相對(duì)負(fù)載變化的控制效果

2.6.4 正常運(yùn)行時(shí)主要功率元器件的溫升表現(xiàn)

第3章 半橋式變換器開(kāi)關(guān)電源制作實(shí)踐

3.1 半橋式變換器500W開(kāi)關(guān)電源實(shí)用電路

3.1.1 500W（ 15V/30A）半橋式高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路

3.1.2 半橋式功率變換器的基本工作原理

3.1.3 半橋式變換器具有抗不平衡的突出能力

3.2 半橋式變換器主功率變壓器的繞制方法

3.2.1 高頻變換器的一些常見(jiàn)現(xiàn)象

3.2.2 半橋式變換器主變壓器的設(shè)計(jì)和繞制

3.3 500W開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)變壓器的繞制方法

3.3.1 驅(qū)動(dòng)變壓器鐵氧體磁芯選擇

3.3.2 500W半橋式變換器驅(qū)動(dòng)電路

3.3.3 驅(qū)動(dòng)變壓器原、副邊繞組及繞制工藝

3.3.4 驅(qū)動(dòng)變壓器原、副邊實(shí)測(cè)波形

3.3.5 SG3525A的工作狀態(tài)測(cè)量

3.3.6 SG3525A的驅(qū)動(dòng)電流和控制特性曲線

第4章 移相全橋軟開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制作

4.1 1kW全橋軟開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制作

4.1.1 直流輸出±15V/60A和48V/20A兩種全橋軟開(kāi)關(guān)電源

4.1.2 1kW全橋軟開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的實(shí)測(cè)波形

4.1.3 1kW全橋主功率變壓器的參數(shù)設(shè)計(jì)與繞制工藝

4.1.4 全橋變換器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)特點(diǎn)與驅(qū)動(dòng)變壓器繞制技術(shù)

4.1.5 1kW全橋變換器附加諧振電感器的設(shè)計(jì)與制作

4.1.6 全橋軟開(kāi)關(guān)電源的輔助諧振網(wǎng)絡(luò)工作原理與電感器的制作

4.2 2kW全橋軟開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制作

4.2.1 2kW移相控制全橋軟開(kāi)關(guān)電源電路和總體布局

4.2.2 2kW全橋變換器主功率變壓器的參數(shù)設(shè)計(jì)

4.2.3 主功率變壓器的繞制工藝和幾項(xiàng)試驗(yàn)

4.2.4 高頻開(kāi)關(guān)電源輸出濾波電感器的設(shè)計(jì)與制作

4.2.5 核算輔助諧振網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)參數(shù)

4.2.6 大功率開(kāi)關(guān)電源的散熱、假負(fù)載群制作、整機(jī)效率計(jì)算

4.2.7 原邊電流互感器與單向副邊電流互感器的制作

4.3 全橋移相變換器一個(gè)完整工作周期的12個(gè)過(guò)程分析

4.3.1 移相全橋軟開(kāi)關(guān)變換器的工作原理波形圖

4.3.2 一個(gè)完整開(kāi)關(guān)周期中正半周的6個(gè)工作過(guò)程詳細(xì)分析

4.3.3 一個(gè)完整開(kāi)關(guān)周期中負(fù)半周的6個(gè)工作過(guò)程詳細(xì)分析

4.4 試制移相控制全橋變換器軟開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的體會(huì)

第5章 實(shí)體解剖測(cè)量?jī)煞N大功率軍用高性能開(kāi)關(guān)電源

5.1 兩種3.5kW開(kāi)關(guān)電源實(shí)體解剖測(cè)量

5.1.1 解剖3.5kW電源的主板印制電路板布線圖

5.1.2 3.5kW電源各項(xiàng)數(shù)據(jù)測(cè)量

5.1.3 測(cè)量3.5kW電源在多種負(fù)載時(shí)的數(shù)據(jù)

5.1.4 高密度、高功率因數(shù)控制板

5.1.5 3.5kW電源全橋變換器控制板拆解及等效電路

5.2 實(shí)體解剖兩種6kW高性能開(kāi)關(guān)電源(直流輸出48V/112A和350V/17A)

5.2.1 6kW電源的改進(jìn)概況

5.2.2 PFC控制板電路的改進(jìn)

5.2.3 6kW電源功率開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)接印制電路板

5.2.4 350V/17A電源主板上新增加CPU數(shù)字信號(hào)處理監(jiān)控板

5.2.5 6kW全橋變換器控制電路框圖、±15V穩(wěn)壓電源、PFC控制板

5.2.6 自制成功多塊分立元器件PFC控制板

5.2.7 350V電源的副邊整流有源鉗位電路

5.2.8 6kW電源用SOT"para" label-module="para">

5.2.9 三相電網(wǎng)輸入整流橋模塊：VVY40（兩端受控）2100433B