開關電源設計與制作基礎內容簡介

本書作為高頻逆變開關電源技術的基礎和門檻，全面系統(tǒng)地講解了當代硬/軟開關高頻逆變電路的特點、對偶原理、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、有源功率因數校正、同步整流、并聯(lián)均流、集成模塊IPEM等實用技術。

第1章 開關電源技術的發(fā)展

1.1 開關電源技術的發(fā)展進程

1.2 20世紀推動開關電源發(fā)展的主要技術

1.2.1新型功率半導體器件

1.2.2軟開關技術

1.2.3控制技術

1.2.4有源功率因數校正技術

1.2.5高頻磁元件

1.2.6飽和電感的應用

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

1.2.9電源智能化技術

1.2.10開關電源的EMI與EMC

1.3 開關電源技術發(fā)展方向

第2章 DC-DC開關型功率變換器的基本電路

2.1 DC-DC開關型功率變換器的基本電路

2.2 開關變換器的等效電路

2.3 開關變換器的對偶關系

2.4 有隔離變壓器的單端開關變換器

2.5 SEPIC和Zeta變換器的性質和特點

第3章 高頻軟開關變換器

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有源鉗位軟開關變換技術

3.2 軟開關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廣義軟開關PWM變換器

第4章 開關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 開關電源的吸收電路

5.1 吸收電路的作用

5.2 吸收電路的類型

5.2.1關斷吸收電路(turn"para" label-module="para">

5.2.2開通吸收電路(turn"para" label-module="para">

5.2.3組合吸收電路

5.2.4LC吸收電路

5.2.5吸收電路和開關過程的“軟化”

第6章 高頻開關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

6.1.1概述

6.1.2磁材料特性及參數

6.1.3高頻磁元件的磁心結構和磁材料

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電感元件儲能W

6.2.4高頻電感元件的等效電路模型

6.2.5開關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勵磁電感與漏電感

6.3.2高頻變壓器模型

6.3.3開關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 有源功率因數校正技術

7.1 有源功率因數校正技術介紹

7.1.1AC-DC整流電路

7.1.2非線性電路的功率因數和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

7.2.2三個單相Boost PFC變換器組成三相PFC整流器

7.2.3三相DCM單開關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

7.4 單級PFC變換器

7.4.1概述

7.4.2集成PFC整流器-調節(jié)器

第8章 同步整流技術

8.1 概述

8.2 同步整流技術的基本原理

8.2.1SR工作原理

8.2.2同步整流管SR的主要參數

8.3 同步整流驅動方式

8.3.1外驅動同步整流技術

8.3.2電壓型自驅動同步整流

8.3.3電流型自驅動同步整流

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

9.1概述

9.2下垂法

9.3主從均流法

9.4自動均流法

9.5熱應力自動均流法

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的簡介

第10章 開關電源中的磁放大器式輸出電壓調節(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開關電源中高頻磁放大器調節(jié)器的工作原理

10.4應用舉例

第11章 開關電源的瞬態(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開關模型法

11.4.1三端PWM開關的平均電路模型

11.4.2規(guī)范形開關單元及其平均電路模型

11.4.3三端PWM開關的小信號平均電路模型

11.4.4PWM開關變換器的小信號平均電路模型

11.5 考慮寄生參數的PWM開關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考慮寄生參數的Buck變換器大信號電路模型

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

11.6.1引言

11.6.2電流型控制的開關電源系統(tǒng)

11.6.3電流型控制開關電源系統(tǒng)的功率守恒建模法

11.6.4高功率因數(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 開關電源的頻域分析與綜合

12.1 概述

12.1.1時域性能指標

12.1.2頻域模型

12.1.3對數頻率特性 (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

12.2 二階控制系統(tǒng)

12.2.1二階系統(tǒng)的時域響應

12.2.2傳遞函數

12.2.3頻率響應

12.2.4二階系統(tǒng)的對數頻率特性

12.2.5拉普拉斯變換簡表

12.3 極點和零點

12.3.1RHP和LHP極點和零點

12.3.2一階系統(tǒng)的零、極點舉例

12.3.3二階系統(tǒng)的零、極點舉例

12.4 系統(tǒng)頻率響應與瞬態(tài)響應的關系

12.5 電壓型控制的開關電源的頻域模型

12.5.1開關電源框圖

12.5.2開關變換器的控制-輸出傳遞函數

12.5.3反饋通道傳遞函數H(s)

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

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

12.5.6開關電源的抗負載擾動能力

12.6 電壓控制器

12.6.1電壓控制器的傳遞函數

12.6.2控制器的作用

12.6.3對補償后電源系統(tǒng)的頻率特性要求

12.6.4控制器(補償網絡)的類型

12.6.5比例-積分(PI)控制器

12.6.6增設單極點、單零點的PI網絡

12.6.7增設雙極點、雙零點PI補償網絡

12.7 頻域設計(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)技術的提出

13.2 國際電力電子界研究開發(fā)IPEM的現(xiàn)狀

13.2.1美國PEBB計劃

13.2.2美國電力電子系統(tǒng)中心的建立和IPEM計劃

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 具有耦合電感的開關變換器的磁路電路分析

14.4 具有集成磁件的開關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計方法

14.6.1電感器的設計

14.6.2變壓器的設計

14.6.3電感器和變壓器設計舉例

第15章 開關變換器電路的對偶分析

15.1 平面電路的對偶性質

15.2 開關變換器的基本對偶關系

15.2.1導通比的對偶關系

15.2.2半導體開關元件的對偶規(guī)則

15.2.3開關變換器的對偶

15.3 直流隔離開關變換器的對偶

15.3.1理想變壓器的對偶元件

15.3.2全耦合變壓器模型的對偶

15.3.3單端正激開關變換器的對偶

15.3.4單端反激開關變換器的對偶

15.3.5多路輸出反激開關變換器的對偶

15.4 開關變換器的雙向變換

15.5 PWM開關變換器小信號線性等效電路的對偶分析

本書是作者潛心研究和精心制作開關電源實踐的總結。主要內容包括單端、雙正激、半橋和移相全橋軟開關變換的多種實用開關電源，功率覆蓋20W到2kW。本書主要闡述研制開關電源的難點及各類高頻變換功率變壓器、驅動變壓器、輔助諧振電感等設計細節(jié)和制作工藝,采用大量的試驗數據和實測電量波形同讀者分享；在解析3.5kW和6kW高性能全橋開關電源實體一章里，揭開了鮮為人知的技術竅門，暗示通向性能極限的另類技巧。

第1章用TOP204Y制作20W、40W高性能反激式開關電源實例

1.1 單端反激式開關電源的工作狀態(tài)

1.1.1 單端反激式開關電源的工作原理

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位

1.1.4 單端反激式開關電源變壓器的設計計算

1.2 用TOP204Y制作20W反激式開關電源

1.2.1 25W開關電源電路結構

1.2.2 25W開關電源變壓器設計和繞制

1.2.3 使用TOP202的25W開關電源變換器獲得的優(yōu)異性能

1.3 用TOP202制作40W反激式開關電源實例

1.3.1 40W輔助電源主功率變壓器設計

1.3.2 單端反激式變換器開關電源必須注意的幾個關鍵問題

第2章 雙管正激式變換器開關電源制作實踐

2.1 單端雙管正激式變換器的工作原理及實用電路

2.1.1 200W（±100V/1A）單端雙管正激式開關穩(wěn)壓電源實用電路

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構

2.2 200W正激式變換器主功率變壓器的設計與繞制工藝

2.2.1 單端變換器的變壓器必須滿足兩個基本條件

2.2.2 單端雙管正激式變換器的變壓器設計步驟

2.3 TL494設計特點與脈寬調制特性

2.3.1 TL494原理框圖

2.3.2 運用TL494的設計特點

2.4 TL494的死區(qū)時間控制試驗

2.4.1 試驗電路

2.4.2 試驗方法和要點

2.4.3 通過低壓試驗電路探索TL494工作特點

2.5 4 N35/TL431光耦合控制電路的計算方法

2.5.1 4N35、TL494的工作特性與主要電氣參數

2.5.2 低壓光耦合器控制電路試驗，初步確定幾個電阻值

2.5.3 100V高壓反饋光耦合控制回路中幾個電阻值的估算

2.6 驅動電路設計、實測波形與變壓器的繞制

2.6.1 單端雙管正激式開關電源的驅動電路

2.6.2 實測波形

2.6.3 相對負載變化的控制效果

2.6.4 正常運行時主要功率元器件的溫升表現(xiàn)

第3章 半橋式變換器開關電源制作實踐

3.1 半橋式變換器500W開關電源實用電路

3.1.1 500W（ 15V/30A）半橋式高頻開關穩(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現(xiàn)象

3.2.2 半橋式變換器主變壓器的設計和繞制

3.3 500W開關電源驅動變壓器的繞制方法

3.3.1 驅動變壓器鐵氧體磁芯選擇

3.3.2 500W半橋式變換器驅動電路

3.3.3 驅動變壓器原、副邊繞組及繞制工藝

3.3.4 驅動變壓器原、副邊實測波形

3.3.5 SG3525A的工作狀態(tài)測量

3.3.6 SG3525A的驅動電流和控制特性曲線

第4章 移相全橋軟開關電源的設計與制作

4.1 1kW全橋軟開關電源的設計與制作

4.1.1 直流輸出±15V/60A和48V/20A兩種全橋軟開關電源

4.1.2 1kW全橋軟開關穩(wěn)壓電源的實測波形

4.1.3 1kW全橋主功率變壓器的參數設計與繞制工藝

4.1.4 全橋變換器驅動電路設計特點與驅動變壓器繞制技術

4.1.5 1kW全橋變換器附加諧振電感器的設計與制作

4.1.6 全橋軟開關電源的輔助諧振網絡工作原理與電感器的制作

4.2 2kW全橋軟開關電源的設計與制作

4.2.1 2kW移相控制全橋軟開關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設計

4.2.3 主功率變壓器的繞制工藝和幾項試驗

4.2.4 高頻開關電源輸出濾波電感器的設計與制作

4.2.5 核算輔助諧振網絡的各項參數

4.2.6 大功率開關電源的散熱、假負載群制作、整機效率計算

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完整工作周期的12個過程分析

4.3.1 移相全橋軟開關變換器的工作原理波形圖

4.3.2 一個完整開關周期中正半周的6個工作過程詳細分析

4.3.3 一個完整開關周期中負半周的6個工作過程詳細分析

4.4 試制移相控制全橋變換器軟開關穩(wěn)壓電源的體會

第5章 實體解剖測量兩種大功率軍用高性能開關電源

5.1 兩種3.5kW開關電源實體解剖測量

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電源各項數據測量

5.1.3 測量3.5kW電源在多種負載時的數據

5.1.4 高密度、高功率因數控制板

5.1.5 3.5kW電源全橋變換器控制板拆解及等效電路

5.2 實體解剖兩種6kW高性能開關電源(直流輸出48V/112A和350V/17A)

5.2.1 6kW電源的改進概況

5.2.2 PFC控制板電路的改進

5.2.3 6kW電源功率開關轉接印制電路板

5.2.4 350V/17A電源主板上新增加CPU數字信號處理監(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 三相電網輸入整流橋模塊：VVY40（兩端受控）2100433B