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開關(guān)電源設(shè)計(jì)(第三版) 讀者對象:本書可作為高校師生學(xué)習(xí)高頻開關(guān)電源的教材,也可作為開關(guān)電源設(shè)計(jì)、開發(fā)工程師的設(shè)計(jì)參考資料。
本書包含拓?fù)、磁路與電路設(shè)計(jì)、典型波形、開關(guān)電源技術(shù)的應(yīng)用4部分,具體內(nèi)容包括開關(guān)電源常用拓?fù)涞幕竟ぷ髟怼⒆儔浩骱痛判栽O(shè)計(jì)、電力晶體管的基極驅(qū)動(dòng)電路、MOSFET和IGBT及其驅(qū)動(dòng)電路、磁放大器后級穩(wěn)壓器、開關(guān)損耗分析與負(fù)載線整形緩沖電路、反饋環(huán)路的穩(wěn)定、諧振變換器、開關(guān)電源的典型波形、功率因數(shù)及功率因數(shù)校正、電子鎮(zhèn)流器、用于筆記本電腦和便攜式電子設(shè)備的低輸入電壓變換器等。
Abraham I. Pressman是美國知名的電源顧問和專家,是軍事雷達(dá)軍官和四十多年的模/數(shù)設(shè)計(jì)工程師。Keith Billings是一名特許電子工程師,著有Switchmode Power Supply Handbook(由McGraw-Hill出版)。Taylor Morey是加拿大安大略省基臣納爾市康耐斯托加學(xué)院電子學(xué)教授,與人合著過電子器件教科書,曾在滑鐵盧市勞瑞爾大學(xué)任教。
肖文勛,華南理工大學(xué),博士,副教授,加拿大University of Manitoba訪問學(xué)者,首屆珠江科技新星,IEEE Member,廣東省電源學(xué)會(huì)秘書長。主持過國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金和廣州市珠江科技新星等多項(xiàng)項(xiàng)目,并主研863計(jì)劃、“十一五”國家科技支撐計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)、廣東省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、省部產(chǎn)學(xué)研合作等10多項(xiàng)項(xiàng)目。發(fā)表論文80多篇,其中SCI收錄25篇,EI收錄26篇;出版譯著1部;申請發(fā)明專利110項(xiàng),其中獲得授權(quán)中國發(fā)明專利62項(xiàng)、美國專利1項(xiàng);獲得授權(quán)實(shí)用新型專利92項(xiàng);獲得國家專利優(yōu)秀獎(jiǎng)3項(xiàng),廣東省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng),中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng),以及其他省部級科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)10多項(xiàng)。
第1部分 拓 撲
第1章 基本拓?fù)?2 1.1 線性穩(wěn)壓器和Buck、Boost及反相開關(guān)穩(wěn)壓器簡介 2 1.2 線性穩(wěn)壓器—耗能型穩(wěn)壓器 2 1.2.1 基本工作原理 2 1.2.2 線性穩(wěn)壓器的缺點(diǎn) 3 1.2.3 串聯(lián)晶體管的功率損耗 4 1.2.4 線性穩(wěn)壓器的效率與輸出電壓的關(guān)系 4 1.2.5 串聯(lián)PNP型晶體管的低功耗線性穩(wěn)壓器 6 1.3 開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)?6 1.3.1 Buck開關(guān)穩(wěn)壓器 6 1.3.2 Buck穩(wěn)壓器的主要電流波形 8 1.3.3 Buck穩(wěn)壓器的效率 9 1.3.4 Buck穩(wěn)壓器的效率(考慮交流開關(guān)損耗) 10 1.3.5 理想開關(guān)頻率的選擇 12 1.3.6 設(shè)計(jì)例子 13 1.3.7 輸出電容 17 1.3.8 基于Buck穩(wěn)壓器的隔離半穩(wěn)壓輸出 18 1.4 Boost開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)?19 1.4.1 基本工作原理 19 1.4.2 Boost穩(wěn)壓器的不連續(xù)導(dǎo)電模式 20 1.4.3 Boost穩(wěn)壓器的連續(xù)導(dǎo)電模式 22 1.4.4 不連續(xù)導(dǎo)電模式的Boost穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì) 23 1.4.5 Boost穩(wěn)壓器與反激變換器的關(guān)系 25 1.5 Buck-Boost穩(wěn)壓器 25 1.5.1 基本工作原理 25 1.5.2 Buck-Boost穩(wěn)壓器設(shè)計(jì) 26 參考文獻(xiàn) 27 第2章 推挽和正激變換器拓?fù)?28 2.1 簡介 28 2.2 推挽拓?fù)?28 2.2.1 基本工作原理(主/輔輸出結(jié)構(gòu)) 28 2.2.2 輔輸出的輸入-負(fù)載調(diào)整率 30 2.2.3 輔輸出電壓偏差 31 2.2.4 主輸出電感的最小電流限制 31 2.2.5 推挽拓?fù)渲械钠牛A梯飽和現(xiàn)象) 31 2.2.6 偏磁的表現(xiàn) 33 2.2.7 偏磁的測試 35 2.2.8 偏磁的解決方法 35 2.2.9 電力變壓器設(shè)計(jì) 37 2.2.10 一次側(cè)、二次側(cè)峰值電流及有效值電流 40 2.2.11 開關(guān)管的電壓應(yīng)力及漏感尖峰 43 2.2.12 電力晶體管的損耗 43 2.2.13 推挽拓?fù)漭敵龉β始拜斎腚妷旱南拗?45 2.2.14 輸出濾波器的設(shè)計(jì) 46 2.3 正激變換器拓?fù)?48 2.3.1 基本工作原理 48 2.3.2 輸出/輸入電壓與導(dǎo)通時(shí)間和匝比的設(shè)計(jì)關(guān)系 51 2.3.3 輔輸出電壓 51 2.3.4 二次側(cè)負(fù)載、續(xù)流二極管及電感的電流 52 2.3.5 一次側(cè)電流、輸出功率及輸入電壓之間的關(guān)系 52 2.3.6 開關(guān)管最大截止電壓應(yīng)力 53 2.3.7 實(shí)際輸入電壓和輸出功率限制 53 2.3.8 一次繞組和復(fù)位繞組匝數(shù)不相等的正激變換器 54 2.3.9 正激變換器電磁理論 56 2.3.10 電力變壓器的設(shè)計(jì) 58 2.3.11 輸出濾波器的設(shè)計(jì) 60 2.4 雙端正激變換器拓?fù)?60 2.4.1 基本工作原理 60 2.4.2 設(shè)計(jì)原則及變壓器的設(shè)計(jì) 62 2.5 交錯(cuò)正激變換器拓?fù)?63 2.5.1 基本工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)和輸出功率限制 63 2.5.2 變壓器的設(shè)計(jì) 64 2.5.3 輸出濾波器的設(shè)計(jì) 65 參考文獻(xiàn) 65 第3章 半橋和全橋變換器拓?fù)?66 3.1 簡介 66 3.2 半橋變換器拓?fù)?66 3.2.1 基本工作原理 66 3.2.2 半橋變換器磁設(shè)計(jì) 67 3.2.3 輸出濾波器的設(shè)計(jì) 69 3.2.4 防止偏磁的隔直電容的選擇 69 3.2.5 半橋變換器的漏感問題 70 3.2.6 半橋變換器與雙端正激變換器的比較 70 3.2.7 半橋變換器實(shí)際輸出功率的限制 71 3.3 全橋變換器拓?fù)?71 3.3.1 基本工作原理 71 3.3.2 全橋變換器磁設(shè)計(jì) 73 3.3.3 輸出濾波器的計(jì)算 74 3.3.4 變壓器一次側(cè)隔直電容的選擇 74 第4章 反激變換器 75 4.1 簡介 77 4.2 反激變換器基本工作原理 77 4.3 反激變換器工作模式 77 4.4 不連續(xù)導(dǎo)電模式 78 4.4.1 輸入電壓、輸出電壓及導(dǎo)通時(shí)間與輸出負(fù)載的關(guān)系 79 4.4.2 不連續(xù)導(dǎo)電模式向連續(xù)導(dǎo)電模式的過渡 79 4.4.3 反激變換器連續(xù)導(dǎo)電模式的基本工作原理 81 4.5 設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)步驟 82 4.5.1 步驟1:確定一次側(cè)/二次側(cè)匝比 82 4.5.2 步驟2:保證磁芯不飽和且電路始終工作于不連續(xù)導(dǎo)電模式 83 4.5.3 步驟3:根據(jù)最小輸出電阻及直流輸入電壓調(diào)整一次側(cè)電感 83 4.5.4 步驟4:計(jì)算開關(guān)管的最大電壓應(yīng)力和峰值電流 84 4.5.5 步驟5:計(jì)算一次側(cè)電流有效值和一次側(cè)導(dǎo)線尺寸 84 4.5.6 步驟6:二次側(cè)電流有效值和二次側(cè)導(dǎo)線尺寸 84 4.6 不連續(xù)導(dǎo)電模式下的反激變換器的設(shè)計(jì)實(shí)例 84 4.6.1 反激拓?fù)涞碾姶旁?86 4.6.2 鐵氧體磁芯加氣隙防止飽和 87 4.6.3 采用MPP磁芯防止飽和 88 4.6.4 反激變換器的缺點(diǎn) 92 4.7 AC 120V/220V輸入反激變換器 93 4.8 連續(xù)導(dǎo)電模式反激變換器的設(shè)計(jì)原則 95 4.8.1 輸出電壓和導(dǎo)通時(shí)間的關(guān)系 95 4.8.2 輸入、輸出電流與功率的關(guān)系 96 4.8.3 最小直流輸入時(shí)連續(xù)導(dǎo)電模式下的電流斜坡幅值 97 4.8.4 不連續(xù)與連續(xù)導(dǎo)電模式反激變換器的設(shè)計(jì)實(shí)例 97 4.9 交錯(cuò)反激變換器 99 4.9.1 交錯(cuò)反激變換器二次側(cè)電流的疊加 100 4.10 雙端(兩個(gè)開關(guān)管)不連續(xù)導(dǎo)電模式反激變換器 100 4.10.1 應(yīng)用場合 100 4.10.2 基本工作原理 100 4.10.3 雙端反激變換器的漏感效應(yīng) 101 參考文獻(xiàn) 102 第5章 電流模式和電流饋電拓?fù)?103 5.1 簡介 103 5.1.1 電流模式控制 103 5.1.2 電流饋電拓?fù)?103 5.2 電流模式控制 103 5.2.1 電流模式控制的優(yōu)點(diǎn) 104 5.3 電流模式和電壓模式控制電路的比較 105 5.3.1 電壓模式控制電路 105 5.3.2 電流模式控制電路 108 5.4 電流模式優(yōu)點(diǎn)詳解 110 5.4.1 輸入電網(wǎng)電壓的調(diào)整 110 5.4.2 防止偏磁 110 5.4.3 在小信號分析中可省去輸出電感簡化反饋環(huán)設(shè)計(jì) 111 5.4.4 負(fù)載電流調(diào)整原理 112 5.5 電流模式的缺點(diǎn)和存在的問題 113 5.5.1 恒定峰值電流與平均輸出電流的比例問題 113 5.5.2 對輸出電感電流擾動(dòng)的響應(yīng) 114 5.5.3 電流模式的斜率補(bǔ)償 115 5.5.4 用正斜率電壓的斜率補(bǔ)償 116 5.5.5 斜率補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn) 116 5.6 電壓饋電和電流饋電拓?fù)涞奶匦员容^ 118 5.6.1 引言及定義 118 5.6.2 電壓饋電PWM全橋變換器的缺點(diǎn) 118 5.6.3 Buck電壓饋電全橋拓?fù)浠竟ぷ髟?121 5.6.4 Buck電壓饋電全橋拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn) 122 5.6.5 Buck電壓饋電PWM全橋電路的缺點(diǎn) 124 5.6.6 Buck電流饋電全橋拓?fù)涞幕竟ぷ髟?124 5.6.7 反激電流饋電推挽拓?fù)洌╓einberg電路) 134 參考文獻(xiàn) 147 第6章 其他拓?fù)?149 6.1 SCR諧振拓?fù)涓攀?149 6.2 SCR和ASCR的基本工作原理 150 6.3 利用諧振正弦陽極電流關(guān)斷SCR的單端諧振逆變器拓?fù)?154 6.4 SCR諧振橋式拓?fù)涓攀?156 6.4.1 串聯(lián)負(fù)載SCR半橋諧振變換器的基本工作原理 158 6.4.2 串聯(lián)負(fù)載SCR半橋諧振變換器的設(shè)計(jì)計(jì)算 159 6.4.3 串聯(lián)負(fù)載SCR半橋諧振變換器的設(shè)計(jì)實(shí)例 161 6.4.4 并聯(lián)負(fù)載SCR半橋諧振變換器 162 6.4.5 單端SCR諧振變換器拓?fù)涞脑O(shè)計(jì) 162 6.5 Cuk變換器拓?fù)涓攀?166 6.5.1 Cuk變換器的基本工作原理 166 6.5.2 輸出和輸入電壓比與開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)間的關(guān)系 168 6.5.3 L1和L2的電流變化率 168 6.5.4 消除輸入電流紋波的措施 169 6.5.5 Cuk變換器的隔離輸出 169 6.6 小功率輔助電源拓?fù)涓攀?170 6.6.1 輔助電源的接地問題 170 6.6.2 可供選擇的輔助電源 171 6.6.3 輔助電源的典型電路 171 6.6.4 Royer振蕩器輔助電源的基本工作原理 174 6.6.5 作為輔助電源的簡單反激變換器 182 6.6.6 作為輔助電源的Buck穩(wěn)壓器(輸出帶直流隔離) 185 參考文獻(xiàn) 185 第2部分 磁路與電路設(shè)計(jì) 第7章 變壓器和磁性元件設(shè)計(jì) 187 7.1 簡介 187 7.2 變壓器磁芯材料與幾何結(jié)構(gòu)、峰值磁感應(yīng)強(qiáng)度的選擇 188 7.2.1 幾種常用鐵氧體材料的磁芯損耗與頻率和磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系 188 7.2.2 鐵氧體磁芯的幾何尺寸 191 7.2.3 峰值磁感應(yīng)強(qiáng)度的選擇 193 7.3 磁芯最大輸出功率、峰值磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁芯截面積與骨架窗口面積及繞組 電流密度的選擇 194 7.3.1 變換器拓?fù)漭敵龉β使降耐茖?dǎo) 194 7.3.2 推挽變換器輸出功率公式的推導(dǎo) 196 7.3.3 半橋拓?fù)漭敵龉β使降耐茖?dǎo) 200 7.3.4 全橋拓?fù)漭敵龉β使降耐茖?dǎo) 201 7.3.5 以查表的方式確定磁芯和工作頻率 201 7.4 變壓器溫升的計(jì)算 208 7.5 變壓器中的銅損 211 7.5.1 簡介 211 7.5.2 集膚效應(yīng) 211 7.5.3 集膚效應(yīng)—定量分析 212 7.5.4 不同規(guī)格的導(dǎo)線直徑在不同頻率下的交/直流阻抗比 214 7.5.5 矩形波電流的集膚效應(yīng) 215 7.5.6 鄰近效應(yīng) 217 7.6 利用面積乘積(AP)法進(jìn)行電感及磁性元件設(shè)計(jì)簡介 223 7.6.1 AP法的優(yōu)點(diǎn) 224 7.6.2 電感器設(shè)計(jì) 224 7.6.3 信號級小功率電感 225 7.6.4 輸入濾波電感 225 7.6.5 設(shè)計(jì)舉例:工頻共模輸入濾波電感 227 7.6.6 差模輸入濾波電感 232 7.7 磁學(xué):扼流圈簡介—直流偏置電流很大的電感 236 7.7.1 公式、單位和圖表 237 7.7.2 有直流偏置電流的磁滯回線特征 237 7.7.3 磁場強(qiáng)度Hdc 238 7.7.4 增加扼流圈電感或者額定直流偏置量的方法 238 7.7.5 磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量?B 239 7.7.6 氣隙的作用 241 7.7.7 溫升 242 7.8 磁設(shè)計(jì):扼流圈磁芯材料簡介 242 7.8.1 適用于低交流應(yīng)力場合的扼流圈材料 242 7.8.2 適用于高交流應(yīng)力場合的扼流圈材料 243 7.8.3 適用于中等范圍的扼流圈材料 243 7.8.4 磁芯材料飽和特性 243 7.8.5 磁芯材料損耗特性 244 7.8.6 材料飽和特性 245 7.8.7 材料磁導(dǎo)率參數(shù) 245 7.8.8 材料成本 246 7.8.9 確定最佳的磁芯尺寸和形狀 246 7.8.10 磁芯材料選擇總結(jié) 247 7.9 磁學(xué):扼流圈設(shè)計(jì)例子 247 7.9.1 扼流圈設(shè)計(jì)例子:加了氣隙的鐵氧體磁芯 247 7.9.2 步驟一:確定20%紋波電流需要的電感量 248 7.9.3 步驟二:確定面積乘積(AP) 249 7.9.4 步驟三:計(jì)算最小匝數(shù) 249 7.9.5 步驟四:計(jì)算磁芯氣隙 250 7.9.6 步驟五:確定最佳線徑 251 7.9.7 步驟六:計(jì)算最佳線徑 252 7.9.8 步驟七:計(jì)算繞組電阻 252 7.9.9 步驟八:確定功率損耗 252 7.9.10 步驟九:預(yù)測溫升—面積乘積法 252 7.9.11 步驟十:核查磁芯損耗 254 7.10 磁學(xué):用粉芯材料設(shè)計(jì)扼流圈簡介 256 7.10.1 影響粉芯材料選擇的因素 256 7.10.2 粉芯材料的飽和特性 256 7.10.3 粉芯材料的損耗特性 257 7.10.4 銅耗—低交流應(yīng)力時(shí)限制扼流圈設(shè)計(jì)的因素 259 7.10.5 磁芯損耗—高交流應(yīng)力時(shí)限制扼流圈設(shè)計(jì)的因素 259 7.10.6 中等交流應(yīng)力時(shí)的扼流圈設(shè)計(jì) 259 7.10.7 磁芯材料飽和特性 259 7.10.8 磁芯的幾何結(jié)構(gòu) 260 7.10.9 材料成本 260 7.11 扼流圈設(shè)計(jì)例子:用環(huán)形KoolM?粉芯限制銅損耗 261 7.11.1 簡介 261 7.11.2 根據(jù)所儲(chǔ)存能量和面積乘積法選擇磁芯尺寸 261 7.11.3 受銅耗限制的扼流圈設(shè)計(jì)例子 262 7.12 用各種E型粉芯設(shè)計(jì)扼流圈的例子 266 7.12.1 引言 266 7.12.2 第一個(gè)例子:用E型#40鐵粉芯設(shè)計(jì)扼流圈 267 7.12.3 第二個(gè)例子:用E型#8鐵粉芯設(shè)計(jì)扼流圈 272 7.12.4 第三個(gè)例子:用E型#60 KoolM?磁芯設(shè)計(jì)扼流圈 273 7.13 變感扼流圈設(shè)計(jì)例子:用E型KoolM?磁芯設(shè)計(jì)受銅耗限制的扼流圈 276 7.13.1 變感扼流圈 276 7.13.2 變感扼流圈設(shè)計(jì)例子 277 參考文獻(xiàn) 279 第8章 電力晶體管的基極驅(qū)動(dòng)電路 281 8.1 簡介 281 8.2 電力晶體管的理想基極驅(qū)動(dòng)電路的主要目標(biāo) 281 8.2.1 導(dǎo)通期間足夠大的電流 281 8.2.2 開通瞬間基極過驅(qū)動(dòng)輸入電流尖峰Ib1 282 8.2.3 關(guān)斷瞬間反向基極電流尖峰Ib2 283 8.2.4 關(guān)斷瞬間基極和發(fā)射極間的-1~-5V反向電壓尖峰 285 8.2.5 貝克(Baker)鉗位電路(能同時(shí)滿足高、低 ? 值的電力晶體管工作要求的電路) 285 8.2.6 對驅(qū)動(dòng)效率的改善 286 8.3 變壓器耦合的貝克鉗位電路 286 8.3.1 貝克鉗位的工作原理 288 8.3.2 使用變壓器耦合的貝克鉗位電路 289 8.3.3 結(jié)合集成變壓器的貝克鉗位電路 293 8.3.4 達(dá)林頓管內(nèi)部的貝克鉗位電路 295 8.3.5 比例基極驅(qū)動(dòng)電路 295 8.3.6 其他類型的基極驅(qū)動(dòng)電路 300 參考文獻(xiàn) 304 第9章 MOSFET和IGBT及其驅(qū)動(dòng)電路 305 9.1 MOSFET概述 305 9.1.1 IGBT概述 305 9.1.2 電源工業(yè)的變化 305 9.1.3 對新電路設(shè)計(jì)的影響 306 9.2 MOSFET的基本工作原理 306 9.2.1 MOSFET的輸出特性(Id-Vds) 307 9.2.2 MOSFET的通態(tài)阻抗rds(on) 309 9.2.3 MOSFET的輸入阻抗米勒效應(yīng)和柵極電流 309 9.2.4 計(jì)算柵極電壓的上升和下降時(shí)間以獲得理想的漏極電流上升和下降時(shí)間 311 9.2.5 MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)電路 312 9.2.6 MOSFET的rds溫度特性和安全工作區(qū) 314 9.2.7 MOSFET柵極閾值電壓及其溫度特性 316 9.2.8 MOSFET的開關(guān)速度及其溫度特性 317 9.2.9 MOSFET的額定電流 317 9.2.10 MOSFET并聯(lián)工作 320 9.2.11 推挽拓?fù)渲械腗OSFET 321 9.2.12 MOSFET的最大柵極電壓 322 9.2.13 MOSFET源極和漏極間的體二極管 322 9.3 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)概述 323 9.3.1 選擇合適的IGBT 324 9.3.2 IGBT構(gòu)造概述 325 9.3.3 IGBT工作特性 325 9.3.4 IGBT并聯(lián)使用 327 9.3.5 技術(shù)參數(shù)和最大額定值 327 9.3.6 靜態(tài)電學(xué)特性 330 9.3.7 動(dòng)態(tài)特性 330 9.3.8 溫度和機(jī)械特性 333 參考文獻(xiàn) 335 第10章 磁放大器后級穩(wěn)壓器 336 10.1 簡介 336 10.2 線性穩(wěn)壓器和Buck后級穩(wěn)壓器 337 10.3 磁放大器概述 337 10.3.1 用作快速開關(guān)的方形磁滯回線磁芯 339 10.3.2 磁放大器中的截止和導(dǎo)通時(shí)間 341 10.3.3 磁放大器磁芯復(fù)位及穩(wěn)壓 341 10.3.4 利用磁放大器關(guān)斷輔輸出 342 10.3.5 方形磁滯回線磁芯特性和幾種常用磁芯 343 10.3.6 磁芯損耗和溫升的計(jì)算 350 10.3.7 設(shè)計(jì)實(shí)例—磁放大器后級穩(wěn)壓 351 10.3.8 磁放大器的增益 354 10.3.9 推挽電路的磁放大器輸出 354 10.4 磁放大器脈寬調(diào)制器和誤差放大器 355 10.4.1 磁放大器脈寬調(diào)制及誤差放大器電路 355 參考文獻(xiàn) 357 第11章 開關(guān)損耗分析與負(fù)載線整形緩沖電路 359 11.1 簡介 359 11.2 無緩沖電路的開關(guān)管的關(guān)斷損耗 360 11.3 RCD關(guān)斷緩沖電路 361 11.4 RCD緩沖電路中電容的選擇 362 11.5 設(shè)計(jì)范例:RCD緩沖電路 362 11.5.1 接電源正極的RCD緩沖電路 363 11.6 無損緩沖電路 363 11.7 負(fù)載線整形(減小尖峰電壓以防止開關(guān)管二次擊穿的緩沖器) 365 11.8 變壓器無損緩沖電路 366 參考文獻(xiàn) 367 第12章 反饋環(huán)路的穩(wěn)定 368 12.1 簡介 368 12.2 系統(tǒng)振蕩原理 369 12.2.1 電路穩(wěn)定的增益準(zhǔn)則 369 12.2.2 電路穩(wěn)定的增益斜率準(zhǔn)則 369 12.2.3 輸出LC濾波器的增益特性(輸出電容含/不含ESR) 373 12.2.4 脈寬調(diào)制器的增益 374 12.2.5 LC輸出濾波器加調(diào)制器和采樣網(wǎng)絡(luò)的總增益 375 12.3 誤差放大器幅頻特性曲線的設(shè)計(jì) 375 12.4 誤差放大器的傳遞函數(shù)、極點(diǎn)和零點(diǎn) 377 12.5 零點(diǎn)、極點(diǎn)頻率引起的增益斜率變化規(guī)則 378 12.6 只含單零點(diǎn)和單極點(diǎn)的誤差放大器傳遞函數(shù)的推導(dǎo) 380 12.7 根據(jù)2型誤差放大器的零點(diǎn)、極點(diǎn)位置計(jì)算相移 380 12.8 考慮ESR時(shí)LC濾波器的相移 381 12.9 設(shè)計(jì)實(shí)例:含有2型誤差放大器的正激變換器反饋環(huán)路的穩(wěn)定性 382 12.10 3型誤差放大器的應(yīng)用及其傳遞函數(shù) 384 12.11 3型誤差放大器零點(diǎn)、極點(diǎn)位置引起的相位滯后 386 12.12 3型誤差放大器的原理圖、傳遞函數(shù)及零點(diǎn)、極點(diǎn)位置 386 12.13 設(shè)計(jì)實(shí)例:通過3型誤差放大器反饋環(huán)路穩(wěn)定正激變換器 388 12.14 3型誤差放大器元件的選擇 389 12.15 反饋系統(tǒng)的條件穩(wěn)定 389 12.16 不連續(xù)導(dǎo)電模式下反激變換器的穩(wěn)定 391 12.16.1 從誤差放大器端到輸出電壓節(jié)點(diǎn)的直流增益 391 12.16.2 不連續(xù)導(dǎo)電模式下反激變換器的誤差放大器輸出端到輸出電壓節(jié)點(diǎn)的傳遞函數(shù) 392 12.17 不連續(xù)導(dǎo)電模式下反激變換器誤差放大器的傳遞函數(shù) 393 12.18 設(shè)計(jì)實(shí)例:不連續(xù)導(dǎo)電模式下反激變換器的穩(wěn)定 394 12.19 跨導(dǎo)誤差放大器 396 參考文獻(xiàn) 398 第13章 諧振變換器 399 13.1 簡介 399 13.2 諧振變換器 399 13.3 諧振正激變換器 400 13.3.1 某諧振正激變換器的實(shí)測波形 402 13.4 諧振變換器的工作模式 403 13.4.1 不連續(xù)導(dǎo)電模式和連續(xù)導(dǎo)電模式:過諧振模式和欠諧振模式 403 13.5 連續(xù)導(dǎo)電模式下的諧振半橋變換器 404 13.5.1 并聯(lián)諧振變換器(PRC)和串聯(lián)諧振變換器(SRC) 405 13.5.2 連續(xù)導(dǎo)電模式下串聯(lián)負(fù)載和并聯(lián)負(fù)載諧振半橋變換器的交流等效電路和增益曲線 406 13.5.3 連續(xù)導(dǎo)電模式下串聯(lián)負(fù)載諧振半橋變換器的調(diào)節(jié) 407 13.5.4 連續(xù)導(dǎo)電模式下并聯(lián)負(fù)載諧振半橋變換器的調(diào)節(jié) 408 13.5.5 連續(xù)導(dǎo)電模式下串聯(lián)/并聯(lián)諧振變換器 408 13.5.6 連續(xù)導(dǎo)電模式下零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 410 13.6 諧振電源小結(jié) 412 參考文獻(xiàn) 412 第3部分 典 型 波 形 第14章 開關(guān)電源的典型波形 415 14.1 簡介 415 14.2 正激變換器波形 415 14.2.1 80%額定負(fù)載下測得的Vds和Ids的波形 416 14.2.2 40%額定負(fù)載下的Vdc和Ids的波形 418 14.2.3 開通/關(guān)斷過程中漏-源電壓和漏極電流的重疊 419 14.2.4 漏極電流、漏-源電壓和柵-源電壓波形的相位關(guān)系 420 14.2.5 變壓器的二次側(cè)電壓、輸出電感電流的上升和下降時(shí)間與開關(guān)管漏-源電壓波形 420 14.2.6 圖14.1中的正激變換器的PWM驅(qū)動(dòng)芯片(UC3525A)的關(guān)鍵點(diǎn)波形 420 14.3 推挽拓?fù)洳ㄐ胃攀?421 14.3.1 最大、額定及最小電源電壓下,負(fù)載電流最大時(shí)變壓器中心抽頭處的電流和 開關(guān)管漏-源電壓 422 14.3.2 兩開關(guān)管Vds的波形及死區(qū)期間磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度 425 14.3.3 柵-源電壓、漏-源電壓和漏極電流的波形 426 14.3.4 漏極處的電流探頭與變壓器中心抽頭處的電流探頭各自測量得到的漏極電流 波形的比較 426 14.3.5 輸出紋波電壓和整流器陰極電壓 426 14.3.6 開關(guān)管開通時(shí)整流器陰極電壓的振蕩現(xiàn)象 428 14.3.7 開關(guān)管關(guān)斷時(shí)下降的漏極電流和上升的漏-源電壓重疊產(chǎn)生的交流開關(guān)損耗 429 14.3.8 20%最大輸出功率下漏-源電壓和在變壓器中心抽頭處測得的漏極電流的波形 429 14.3.9 20%最大輸出功率下的漏極電流和漏極電壓的波形 432 14.3.10 20%最大輸出功率下兩開關(guān)管漏-源電壓的波形 432 14.3.11 輸出電感電流和整流器陰極電壓的波形 432 14.3.12 輸出電流大于最小輸出電流時(shí)輸出整流器陰極電壓的波形 432 14.3.13 柵-源電壓和漏極電流波形的相位關(guān)系 432 14.3.14 整流二極管(變壓器二次側(cè))的電流波形 432 14.3.15 由于勵(lì)磁電流過大或直流輸出電流較小造成的每半周期兩次“導(dǎo)通”的現(xiàn)象 434 14.3.16 功率高于額定最大輸出功率15%時(shí)的漏極電流和漏極電壓的波形 435 14.3.17 開關(guān)管死區(qū)期間的漏極電壓振蕩 435 14.4 反激拓?fù)洳ㄐ?436 14.4.1 簡介 436 14.4.2 90%滿載情況下,輸入電壓為最小值、最大值及額定值時(shí)漏極電流和漏-源電壓的 波形 437 14.4.3 輸出整流器輸入端的電壓和電流波形 439 14.4.4 開關(guān)管關(guān)斷瞬間緩沖器電容的電流波形 440 參考文獻(xiàn) 440 第4部分 開關(guān)電源技術(shù)的應(yīng)用 第15章 功率因數(shù)及功率因數(shù)校正 442 15.1 功率因數(shù)及其校正原因 442 15.2 開關(guān)電源的功率因數(shù)校正 443 15.3 功率因數(shù)校正的基本電路 444 15.3.1 用于功率因數(shù)校正的連續(xù)和不連續(xù)導(dǎo)電模式Boost電路對比 446 15.3.2 連續(xù)導(dǎo)電模式下Boost變換器對輸入電網(wǎng)電壓變化的調(diào)整 446 15.3.3 連續(xù)導(dǎo)電模式下Boost變換器對負(fù)載電流變化的調(diào)整 448 15.4 用于功率因數(shù)校正的集成電路芯片 449 15.4.1 功率因數(shù)校正芯片Unitrode UC3854 449 15.4.2 用UC3854實(shí)現(xiàn)輸入電網(wǎng)電流的正弦化 450 15.4.3 使用UC3854保持輸出電壓恒定 452 15.4.4 采用UC3854控制電源的輸出功率 452 15.4.5 采用UC3854的Boost電路開關(guān)頻率的選擇 454 15.4.6 Boost輸出電感L1的選擇 454 15.4.7 Boost輸出電容的選擇 455 15.4.8 UC3854峰值電流的限制 456 15.4.9 設(shè)計(jì)穩(wěn)定的UC3854反饋環(huán) 456 15.5 Motorola MC34261功率因數(shù)校正芯片 457 15.5.1 MC34261的詳細(xì)說明 458 15.5.2 MC34261的內(nèi)部邏輯及結(jié)構(gòu) 459 15.5.3 開關(guān)頻率和L1電感量的計(jì)算 459 15.5.4 MC34261電流檢測電阻(R9)和乘法器輸入電阻網(wǎng)絡(luò)(R3和R7)的選擇 461 參考文獻(xiàn) 461 第16章 電子鎮(zhèn)流器—應(yīng)用于熒光燈的高頻電源 462 16.1 電磁鎮(zhèn)流器簡介 462 16.2 熒光燈的物理特性和類型 464 16.3 電弧特性 466 16.3.1 在直流電壓下的電弧特性 467 16.3.2 交流驅(qū)動(dòng)的熒光燈 468 16.3.3 帶電子鎮(zhèn)流器熒光燈的伏安特性 470 16.4 電子鎮(zhèn)流器電路 473 16.5 DC/AC逆變器的一般特性 473 16.6 DC/AC逆變器拓?fù)?474 16.6.1 電流饋電式推挽拓?fù)?475 16.6.2 電流饋電式推挽拓?fù)涞碾妷汉碗娏?477 16.6.3 電流饋電拓?fù)渲械摹半娏黟侂姟彪姼兄?477 16.6.4 電流饋電電感中具體磁芯的選擇 478 16.6.5 電流饋電電感繞組的設(shè)計(jì) 483 16.6.6 電流饋電拓?fù)渲械蔫F氧體磁芯變壓器 483 16.6.7 電流饋電拓?fù)涞沫h(huán)形磁芯變壓器 488 16.7 電壓饋電推挽拓?fù)?489 16.8 電流饋電并聯(lián)諧振半橋拓?fù)?491 16.9 電壓饋電串聯(lián)諧振半橋拓?fù)?493 16.10 電子鎮(zhèn)流器的封裝 494 參考文獻(xiàn) 495 第17章 用于筆記本電腦和便攜式電子設(shè)備的低輸入電壓變換器 496 17.1 簡介 496 17.2 低輸入電壓芯片變換器供應(yīng)商 496 17.3 凌特(Linear Technology)公司的Boost和Buck變換器 497 17.3.1 凌特LT1170 Boost變換器 498 17.3.2 LT1170 Boost變換器的主要波形 500 17.3.3 IC變換器的熱效應(yīng) 501 17.3.4 LT1170 Boost變換器的其他應(yīng)用 505 17.3.5 LTC其他類型高功率Boost變換器 509 17.3.6 Boost變換器的元器件選擇 509 17.3.7 凌特Buck變換器系列 511 17.3.8 LT1074 Buck變換器的其他應(yīng)用 515 17.3.9 LTC高效率、大功率Buck變換器 517 17.3.10 凌特大功率Buck變換器小結(jié) 523 17.3.11 凌特低功率變換器 523 17.3.12 反饋環(huán)的穩(wěn)定性 523 17.4 Maxim公司的變換器IC 529 17.5 由IC產(chǎn)品構(gòu)成的分布式電源系統(tǒng) 533 參考文獻(xiàn) 535
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