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第一部分 常用离线开关电源的功能和基本要求1

第1章 基本要求概述1

1.1导论1

1.2输入瞬变电压保护1

1.3电磁兼容性2

1.4差模噪声2

1.5共模噪声2

1.6静电屏蔽2

1.7输入熔断器的选择2

1.8交流电整流与电容输入滤波器3

1.9浪涌限制3

1.10启动方法4

1.11软启动4

1.12防止启动过电压4

1.13输出过电压保护4

1.14输出欠电压保护5

1.15过载保护（输入功率限制）5

1.16输出限流5

1.17高压双极型晶体管基极驱动要求5

1.18比例驱动电路5

1.19抗饱和技术5

1.20缓冲器网络6

1.21直通6

1.22输出滤波，共模噪声和输入-输出隔离6

1.23供电故障信号6

1.24供电正常信号7

1.25双输入电压供电运行方式7

1.26供电维持时间7

1.27同步8

1.28外部禁止方式8

1.29强制均流8

1.30远程取样8

1.31 P端连接9

1.32低压禁止9

1.33电压和电流的限制值调节9

1.34考虑安全标准要求10

第2章 交流电力线的浪涌保护11

2.1导论11

2.2位置类别11

2.3浪涌发生的概率12

2.4浪涌电压波形13

2.5瞬变抑制器件14

2.6金属氧化物压敏电阻14

2.7瞬变保护二极管15

2.8充气浪涌放电器16

2.9交流滤波器和瞬变抑制器的组合使用17

2.10 A类别瞬变抑制滤波器18

2.11 B类别瞬变抑制滤波器18

2.12完全瞬变保护的状况19

2.13接地电压的电震应力的原因20

2.14习题20

第3章 开关电源的电磁干扰21

3.1导论21

3.2 EMI/RFI传播模式21

3.3输电线传导型干扰21

3.4安全标准（接地电流）23

3.5输电线滤波器23

3.6在干扰源抑制EMI24

3.7实例26

3.8线路阻抗稳定网络27

3.9线路滤波器设计27

3.10共模线路滤波电感28

3.11共模线路滤波电感的设计实例29

3.12串模电感29

3.13习题29

第4章 静电屏蔽31

4.1导论31

4.2应用于开关设备的静电屏蔽31

4.3变压器的静电屏蔽和安全屏蔽32

4.4输出元件上的静电屏蔽32

4.5减小有气隙变压器磁心的辐射型EMI32

4.6习题35

第5章 熔断器选择36

5.1导论36

5.2熔断器参数36

5.3熔断器的类型37

5.4选择熔断器38

5.5晶闸管过电压急剧保护熔断器38

5.6变压器输入熔断器38

5.7习题38

第6章 离线开关电源的整流与电容输入滤波39

6.1导论39

6.2典型的双电压电容输入滤波电路39

6.3等效串联电阻Rs40

6.4恒功率负载41

6.5恒电流负载41

6.6整流器与电容器的波形41

6.7输入电流、电容纹波与峰值电流42

6.8有效输入电流Ie与功率因数44

6.9选择浪涌抑制电阻44

6.10电阻因数Rsf44

6.11设计实例44

6.12直流输出电压与整流电容输入滤波器的校准45

6.13整流电容输入滤波器直流输出电压的计算实例48

6.14选择储能或滤波电容的大小48

6.15电力线路熔断器额定值的选择51

6.16功率因数与效率的测量51

6.17习题52

第7章 浪涌控制53

7.1导论53

7.2串联电阻53

7.3热敏浪涌抑制53

7.4有源抑制电路（双向三极晶闸管启动电路）54

7.5习题55

第8章 启动方法56

8.1导论56

8.2无源耗能启动电路56

8.3晶体管有源启动电路57

8.4脉冲启动电路58

第9章 软启动与低压禁止59

9.1导论59

9.2软启动电路59

9.3低压禁止60

9.4习题62

第10章 接通电压过冲抑制63

10.1导论63

10.2开关电源接通电压过冲的典型原因63

10.3防止过压64

10.4习题65

第11章 过压保护66

11.1导论66

11.2过压保护的种类66

11.3第一类：晶闸管过电压急剧保护66

11.4过电压急剧保护的性能69

11.5简单过电压急剧保护电路的局限性69

11.6第二类：过压钳位技术70

11.7采用晶闸管过电压急剧保护方式的过压钳位71

11.8用于晶闸管过电压急剧保护过压保护电路的熔断器选择72

11.9第三类：基于限压技术的过压保护74

11.10习题75

第12章 欠压保护76

12.1导论76

12.2欠压抑制特性参数76

12.3基本工作原理76

12.4实际电路描述79

12.5实际电路工作原理80

12.6瞬态特性80

12.7习题80

第13章 过载保护81

13.1导论81

13.2过载保护的类型81

13.3类型1：超功率限制81

13.4类型1形式A：原边超功率限制81

13.5类型1形式B：超功率延时关断保护82

13.6类型1形式C：逐个脉冲的超功率或过电流限制82

13.7类型1形式D：恒功率限制82

13.8类型1形式E：反激超功率限制83

13.9类型2：输出恒流式限制83

13.10类型3：用熔断器、限流电路或跳闸设备的过载保护84

13.11习题84

第14章 折返输出限流85

14.1导论85

14.2折返限流的原理85

14.3用于线性电源的折返限流电路的工作原理85

14.4折返限流电源中的“锁定”87

14.5具有交叉连接负载的折返锁定问题89

14.6折返限流在开关电源中的应用90

14.7习题90

第15章 高压双极型晶体管基极驱动的基本条件91

15.1导论91

15.2二次击穿91

15.3不正确的关断驱动波形91

15.4正确的关断波形91

15.5正确的接通波形92

15.6反非饱和驱动技术92

15.7高压晶体管最佳的驱动电路92

15.8习题94

第16章 双极型晶体管的比例驱动电路95

16.1导论95

16.2一个比例驱动电路的例子95

16.3导通工作过程（比例驱动）95

16.4关断工作过程（比例驱动）95

16.5驱动变压器的恢复96

16.6宽范围比例驱动电路96

16.7导通工作过程（宽范围比例驱动电路）97

16.8关断工作过程（宽范围比例驱动电路）97

16.9带有高压晶体管的比例驱动98

16.10习题98

第17章 高压晶体管的抗饱和技术99

17.1导论99

17.2二极管贝克钳位电路99

17.3习题100

第18章 缓冲网络101

18.1导论101

18.2具有负载线整形的缓冲电路101

18.3工作原理101

18.4经验估计缓冲网络元件值104

18.5计算求得缓冲网络元器件的值104

18.6晶体管Q1的关断损耗104

18.7缓冲网络的电阻值105

18.8缓冲网络中电阻的功耗105

18.9密勒电流效应105

18.10组合低功耗缓冲二极管电路105

18.11高压双极晶体管的典型驱动电路107

18.12习题108

第19章 交叉导通109

19.1导论109

19.2防止交叉导通110

19.3禁止交叉耦合110

19.4电路的工作111

19.5习题112

第20章 输出滤波器113

20.1导论113

20.2基本要求113

20.3开关方式输出的滤波器的寄生效应113

20.4二级滤波器115

20.5高频扼流圈实例115

20.6谐振滤波器117

20.7谐振滤波器实例117

20.8共模噪声滤波器118

20.9选择输出滤波器的元件值119

20.10降压变换器的主输出电感的取值119

20.11设计实例119

20.12输出电容值120

20.13习题122

第21章 供电故障报警电路123

21.1导论123

21.2供电故障与持续低电压123

21.3供电故障的简单报警电路123

21.4动态供电故障报警电路124

21.5独立的供电故障报警模块126

21.6反激变换器的供电故障报警127

21.7快速供电故障报警电路127

21.8习题129

第22章 多输出变换器的辅助输出电压的中心校正130

22.1导论130

22.2实例130

22.3用饱和电抗器调整电压131

22.4电抗器的设计131

22.5习题132

第23章 辅助电源系统133

23.1导论133

23.2 60Hz电源变压器133

23.3辅助变换器133

23.4工作原理134

23.5稳定的辅助变换器135

23.6高效辅助电源136

23.7主变换变压器驱动辅助电源136

23.8习题136

23.9低噪声分布式辅助变换器136

23.10分布式辅助电源系统的结构框图137

23.11模块1，整流器和线性稳压器138

23.12模块2，正弦波逆变器140

23.13输出模块144

23.14正弦波逆变器的变压器设计145

第24章 稳压电源的并联工作148

24.1导论148

24.2主从工作148

24.3压控电流源149

24.4强迫型均流149

24.5并联冗余运行150

24.6习题152

第二部分 设计：理论与实践153

第1章 多输出反激开关电源153

1.1导论153

1.2期望特性153

1.3工作方式155

1.4工作原理155

1.5储能阶段155

1.6能量转换方式（反激阶段）157

1.7确定工作方式的因数157

1.8不规则传递函数159

1.9变压器通过能力159

1.10特性特征161

1.11 110w离线式反激电源性能举例161

1.12习题162

第2章 反激变压器设计——针对离线反激式开关电源163

2.1导论163

2.2磁心参数和气隙的影响163

2.3常用设计方法165

2.4 110W反激变压器设计例子166

2.5反激变压器饱和及暂态影响173

2.6小结173

2.7习题173

第3章 减小晶体管开关应力174

3.1导论174

3.2自跟踪电压抑制174

3.3反激变换器“缓冲”电路175

3.4习题177

第4章 选择反激变换器功率元件178

4.1导论178

4.2原边元件178

4.3副边功率元件179

4.4输出电容179

4.5电容寿命181

4.6小结182

4.7习题182

第5章 对角半桥反激变换器183

5.1导论183

5.2工作原理183

5.3有用性质185

5.4变压器设计185

5.5驱动电路185

5.6工作频率185

5.7缓冲器元件186

5.8习题186

第6章 自激振荡直接离线反激变换器187

6.1导论187

6.2工作种类187

6.3常规工作原理188

6.4隔离的自激振荡反激变换器188

6.5控制电路（简要描述）190

6.6不规则振荡191

6.7自激振荡反激变换器主要参数小结191

6.8习题193

第7章 应用电流型控制的反激变换器194

7.1导论194

7.2应用于自激振荡反激变换器的功率限制和电流型控制194

7.3电压控制环194

7.4输入纹波抑制196

7.5在可变频率反激变换器中使用场效应晶体管197

7.6习题197

第8章 离线单端正激变换器198

8.1导论198

8.2工作原理198

8.3输出扼流圈取值的限定因素199

8.4多输出200

8.5能量恢复绕组（P2）200

8.6优点201

8.7缺点201

8.8习题201

第9章 正激变换器的变压器设计202

9.1导论202

9.2变压器设计实例202

9.3选择功率晶体管207

9.4最后设计注意事项207

9.5变压器饱和208

9.6小结208

第10章 对角半桥正激变换器209

10.1导论209

10.2工作原理209

第11章 对角半桥正激变换器变压器设计212

11.1导论212

11.2设计注意事项215

第12章 半桥推挽占空比控制变换器217

12.1导论217

12.2工作原理217

12.3系统优点218

12.4存在的问题219

12.5电流型控制和次谐波纹波220

12.6防止交叉导通220

12.7缓冲元件（半桥）220

12.8软启动220

12.9变压器设计220

12.10优化磁通密度221

12.11暂态条件221

12.12计算原边匝数222

12.13计算最小原边匝数223

12.14计算副边匝数223

12.15控制和驱动电路224

12.16双倍磁通效应224

12.17习题225

第13章 桥式变换器226

13.1导论226

13.2工作原理226

13.3变压器设计（全桥）229

13.4变压器设计举例229

13.5阶梯形饱和234

13.6瞬间饱和影响234

13.7强迫磁通密度平衡234

13.8习题235

第14章 低功率自激振荡辅助变换器236

14.1导论236

14.2一般工作原理236

14.3工作原理，单变压器变换器236

14.4变压器设计237

第15章 单变压器双晶体管自激振荡变换器240

15.1导论240

15.2工作原理（增益限制开关）240

15.3限制开关电流241

15.4选择磁心材料242

15.5变压器设计（饱和磁心型变换器）244

15.6习题248

第16章 双变压器自激振荡变换器249

16.1导论249

16.2工作原理249

16.3饱和驱动变压器设计251

16.4选择磁心尺寸和材料251

16.5主功率变压器设计251

16.6习题251

第17章DC-DC变压器概念253

17.1导论253

17.2 DC-DC变压器概念的基本原理253

17.3 DC-DC变压器举例254

17.4习题255

第18章 多输出混合调整系统256

18.1导论256

18.2降压变换器，与DC-DC变换器串联256

18.3工作原理256

18.4降压变换器部分257

18.5直流变压器选择258

18.6同步混合调节器258

18.7具有副边后调节的混合调节器258

18.8习题260

第19章 占空比控制推挽变换器261

19.1导论261

19.2工作原理261

19.3缓冲元件263

19.4推挽变换器中的阶梯形饱和264

19.5磁通密度平衡264

19.6推挽变压器设计（一般考虑）264

19.7双倍磁通265

19.8推挽变压器设计实例265

19.9习题269

第20章DC-DC开关变换器270

20.1导论270

20.2工作原理272

20.3控制和驱动电路277

20.4开关变换器的电感绕组设计277

20.5电感绕组设计实例278

20.6常规性能参数278

20.7纹波调节器278

20.8习题279

第21章 高频可饱和电抗功率调节器 （磁占空比控制）280

21.1导论280

21.2工作原理280

21.3饱和电抗器功率调节器原理281

21.4可饱和电抗功率调节器的应用282

21.5饱和电抗器品质因数284

21.6选择合适的磁心材料285

21.7可饱和电感器的控制286

21.8限流饱和电抗器调整器287

21.9推挽饱和电抗器副边功率控制电路287

21.10饱和电抗器调节器的优点288

21.11饱和电抗器调节器的一些限制因素288

21.12恒流或恒压复位情况（高频不稳定情况）288

21.13饱和电抗器的设计289

21.14设计举例290

21.15习题291

第22章 恒流电源292

22.1导论292

22.2恒压电源292

22.3恒流电源292

22.4依从电压293

22.5习题294

第23章 可调线性电源295

23.1导论295

23.2基本工作（功率部分）295

23.3驱动电路296

23.4晶体管消耗的最大功率297

23.5功率损耗的分布298

23.6电压控制和限流电路299

23.7控制电路299

23.8习题301

第24章 可调开关电源302

24.1导论302

24.2可调开关技术303

24.3反激变换器的特殊性质303

24.4工作原理304

24.5实际限制因数304

24.6实际设计中的折中305

24.7初始条件305

24.8对角半桥305

24.9原理方框图（大概描述）306

24.10系统控制原理307

24.11各方框的功能307

24.12原边功率限制313

24.13小结313

第25章 可调开关电源的变压器设计314

25.1设计步骤314

25.2可调频率方式317

25.3习题318

第三部分 应用设计319

第1章 开关电源中的电感和扼流圈319

1.1导论319

1.2简单的电感320

1.3共模线路滤波电感320

1.4共模线路滤波电感图解法设计举例（采用E型铁氧体磁心）323

1.5共模电感（E型铁氧体磁心）的计算324

1.6串联型线路输入滤波电感325

1.7扼流圈（直流偏置的电感）325

1.8带气隙的E型铁氧体磁心扼流圈的经验设计方法举例328

1.9采用AP图解法和计算的方法来设计降压和升压电路中的扼流圈329

1.10降压变换器中扼流圈（铁氧体磁心）的AP331

1.11铁氧体磁心和铁粉磁心（棒状）扼流圈337

1.12习题337

第2章 大电流铁粉磁心扼流圈340

2.1导论340

2.2储能扼流圈341

2.3磁心导磁率341

2.4带气隙的E型铁粉磁心342

2.5面积乘积（AP）图解法设计E型扼流圈（铁粉磁心）342

2.6 AP图解法设计E型铁粉磁心扼流圈示例344

第3章 铁粉环型磁心扼流圈349

3.1导论349

3.2环型磁心首选设计方法349

3.3摆幅扼流圈350

3.4绕组的选择352

3.5 A方案绕组设计举例352

3.6 B方案绕组设计举例355

3.7 C方案绕组设计举例355

3.8磁损耗355

3.9总损耗和温升356

3.10线性环型扼流圈的设计357

附录3.A面积乘积公式的推导（储能扼流圈）358

附录3.B填充系数和电阻系数的推导362

附录3.C图3.3.1所示诺模图的推导364

第4章 开关型变压器的设计（一般原则）365

4.1导论365

4.2变压器尺寸（一般考虑）365

4.3最优效率366

4.4最优的磁心尺寸和磁通密度摆幅367

4.5根据面积乘积计算磁心大小369

4.6原边面积系数Kp369

4.7绕组填充系数Ku370

4.8均方根电流系数K1370

4.9频率对变压器尺寸的影响370

4.10磁通密度摆幅△B370

4.11机构规范对变压器尺寸的影响372

4.12原边绕组匝数的计算372

4.13副边绕组匝数的计算373

4.14半匝绕组374

4.15导线尺寸374

4.16集肤效应和导线的最优厚度374

4.17绕组拓扑结构377

4.18温升380

4.19效率382

4.20温升较高时的设计382

4.21消除双股线绕组中的击穿应力383

4.22 RFI屏蔽和安全屏蔽383

4.23变压器的半匝绕法384

4.24变压器完工及真空浸漬386

4.25习题386

附录4.A变压器设计中AP公式的推导388

附录4.B高频变压器绕组的集肤和邻近效应391

第5章 利用诺模图优化150W变压器的设计示例398

5.1导论398

5.2磁心的大小和最优的磁通密度摆幅398

5.3磁心和磁心线轴的参数398

5.4原边绕组匝数的计算399

5.5原边绕组匝数的计算399

5.6原边绕组的集肤效应399

5.7副边绕组匝数400

5.8副边导线的直径400

5.9副边集肤效应400

5.10设计注意问题400

5.11设计检验400

5.12原边铜损耗401

5.13副边铜损耗401

5.14磁损耗401

5.15 温升401

5.16效率402

第6章 变压器的阶梯式趋于饱和效应403

6.1导论403

6.2减小阶梯式趋于饱和效应的方法403

6.3占空比控制的推挽式变换器中的强制磁通平衡404

6.4电流型控制系统中的阶梯式趋向饱和问题406

6.5习题406

第7章 双倍磁通407

第8章 开关电源的稳定性和控制环路补偿408

8.1导论408

8.2开关电源不稳定的一些原因408

8.3控制环路稳定的方法409

8.4稳定性测试方法409

8.5测试步骤410

8.6瞬态测试分析410

8.7伯德图411

8.8闭环电源系统伯德图的测量步骤412

8.9伯德图的测量设备413

8.10测试技术414

8.11开环电源系统伯德图的测量步骤414

8.12用“差分方法”确定最优补偿特性415

8.13不稳定性难以解决的原因416

8.14习题417

第9章 右半平面零点419

9.1导论419

9.2对右半平面零点动态性的说明419

9.3右半平面零点简要说明419

9.4习题423

第10章 电流型控制的控制方式424

10.1导论424

10.2电流型控制的控制原理424

10.3转换电流型控制为电压控制426

10.4完全能量传递电流型控制反激变换器的性能427

10.5在连续电感电流变换器拓扑中电流型控制的优点427

10.6斜率补偿429

10.7电感电流连续模式降压变换器的电流型控制优点430

10.8电流型控制的固有缺点432

10.9采用电流型控制的推挽式拓扑的磁通平衡434

10.10电流型控制半桥变换器和其他使用隔直电容器的434

10.11小结435

10.12习题436

第11章 光电耦合器437

11.1导论437

11.2光电耦合器接口电路437

11.3稳定性和噪声灵敏度439

11.4习题440

第12章 开关电源用电解电容器的纹波电流额定值441

12.1导论441

12.2根据公布的数据建立电容器有效值的纹波电流的额定值443

12.3在开关型输出滤波电容器应用中建立纹波电流有效值443

12.4推荐的测试过程443

12.5习题444

第13章 无感分流器445

13.1导论445

13.2分流器445

13.3简单分流器的电阻与电感的比值445

13.4测量误差445

13.5低电感分流器结构446

13.6习题447

第14章 电流互感器448

14.1导论448

14.2电流互感器的类型448

14.3磁心尺寸和磁化电流（所有类型）449

14.4电流互感器的设计步骤450

14.5单向电流互感器设计举例451

14.6第二种类型，推挽应用的交流电流互感器453

14.7第三种类型，反激式电流互感器454

14.8第四种类型，直流电流变流器（DCCT）455

14.9在反激变换器中应用电流互感器459

第15章 测量用的电流探头461

15.1导论461

15.2特殊用途的电流探头461

15.3单向（不连续）电流脉冲测量用电流探头的设计462

15.4选择磁心尺寸463

15.5计算所需要的磁心截面积463

15.6检查磁化电流误差464

15.7电流探头在直流和交流电流中的应用465

15.8高频交流电流探头465

15.9低频交流电流探头465

15.10习题466

第16章 开关电源的散热管理467

16.1导论467

16.2高温对半导体寿命和电源故障率的影响467

16.3自然通风散热器、热交换器、热分流器和它们的电气模拟468

16.4热电路和等效电气模拟469

16.5热容量Ch（电容C的模拟）472

16.6计算结点温度472

16.7计算热交换器的尺寸473

16.8优化热传导路径方法和在什么地方使用“导热连接的散热膏”474

16.9对流、辐射或者传导476

16.10热交换器的效率479

16.11输入功率对热阻的影响480

16.12热阻和热交换器的面积480

16.13强迫通风冷却481

16.14习题482

第四部分 补充内容483

第1章 有源功率因数校正483

1.1导论483

1.2功率因数校正基础、误解和事实484

1.3无源功率因数校正488

1.4有源功率因数校正491

1.5其他调节器拓扑结构496

1.6降压变换器500

1.7变换器的组合使用501

1.8功率因数控制的集成电路504

1.9典型的集成电路控制系统507

1.10实用设计512

1.11控制IC的选择515

1.12功率因数控制部分521

1.13降压部分驱动级524

1.14功率元器件526

附录1.A用于功率因数校正升压电路的扼流圈的设计实例532

第2章 硬开关的优缺点以及全谐振式开关电源536

2.1导论536

2.2硬开关方法的优缺点536

2.3全谐振式开关系统538

2.4电流型并联谐振式镇流器540

2.5绕线式元件的设计545

2.6结论549

第3章 准谐振式开关变换器550

3.1导论550

3.2硬开关方法550

3.3全谐振式方法550

3.4准谐振式系统550

3.5全桥零电压换流移相调制10kW准谐振变换器551

3.6 Q1～Q4桥式电路的驱动时序553

3.7功率开关时序554

3.8零电压开关的最佳条件562

3.9确定最优谐振电感（Lle）566

3.10变压器漏感567

3.11输出整流器的缓冲567

3.12开关速度和换流周期568

3.13原边和副边的功率电路570

3.14功率波形和功率传递的条件571

3.15 MOSFET的基本驱动原理572

3.16调制和控制电路574

3.17功率级MOSFET的开关不对称性577

3.18结论578

3.19控制IC578

第4章 全谐振式自激振荡电流型MOSFET型正弦波变换器579

4.1导论579

4.2基本MOSFET谐振式逆变器579

4.3启动MOSFET逆变器581

4.4改进型栅极驱动电路583

4.5其他启动方法585

4.6辅助电源585

4.7小结585

第5章 单一电压控制的宽范围正弦波振荡器587

5.1导论587

5.2频率和幅值控制原理587

5.3宽范围正弦波VCO的工作原理588

5.4电路性能589

电源常用术语591

参考文献601