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第1章 基本DC-DC变换器1

1.1 Buck变换器1

1.1.1 工作原理3

1.1.2 占空比D与输出电压UO4

1.1.3 电感、开关管及续流二极管的电流5

1.1.4 输入电压UIN变化对电感峰值电流的影响8

1.1.5 最小电感量9

1.1.6 负载变化对电感电流的影响9

1.2 Boost变换器10

1.2.1 工作原理10

1.2.2 占空比D11

1.2.3 电感、开关管及续流二极管的电流11

1.2.4 输入电压UIN变化对电感峰值电流的影响13

1.2.5 负载变化对电感电流的影响14

1.3 Buck-Boost变换器14

1.3.1 工作原理14

1.3.2 CCM模式下电压与电流的关系15

1.3.3 DCM模式下电压与电流的关系17

1.4 三种基本DC-DC变换器的特性比较19

1.5 DC-DC变换器的电流纹波系数γ的选择20

1.6 输出滤波电容的选择21

1.6.1 输出滤波电容因ESR电阻引起的输出电压波动22

1.6.2 一个开关周期内对输出电容C充放电引起的输出电压波动23

第2章 DC-DC变换器储能电感设计26

2.1 设计过程涉及的电磁学知识26

2.2 电感存储能量与电感磁芯体积之间的关系27

2.3 储能电感AP法公式推导28

2.4 磁芯气隙设置29

2.4.1 在闭合磁路中开气隙的必要性29

2.4.2 气隙位置29

2.4.3 无气隙磁芯的相对磁导率与电感系数30

2.4.4 带气隙磁芯的有效磁导率30

2.5 DC-DC变换器储能电感磁芯体积的选择依据31

2.5.1 Buck-Boost变换器储能电感与反激变换器储能变换器磁芯体积的估算31

2.5.2 Buck变换器电感磁芯体积估算33

2.5.3 Boost变换器电感磁芯体积估算34

2.6 绕线匝数及线径规划34

2.6.1 最小匝数N34

2.6.2 趋肤效应与线径d35

2.6.3 估算绕线窗口的利用率36

2.7 磁芯气隙长度的计算37

2.7.1 气隙截面积Aδ的计算37

2.7.2 带气隙磁芯电感量L与气隙长度δ的计算37

2.7.3 气隙长度δ的计算步骤38

2.8 磁芯选择39

2.8.1 磁芯材料39

2.8.2 磁芯形态的选择39

2.8.3 磁芯参数41

2.9 电感线圈绕制43

2.10 输出电压的选择44

2.11 Buck变换器设计举例44

第3章 其他形式DC-DC变换器48

3.1 Cuk变换器48

3.1.1 工作原理48

3.1.2 耦合电容电压、输出电压及占空比50

3.1.3 导通及截止期间两电感电压的关系51

3.1.4 导通及截止期间两电感电流的关系52

3.1.5 设计步骤52

3.2 SEPIC变换器55

3.2.1 工作原理55

3.2.2 占空比与输出电压56

3.2.3 导通及截止期间两电感电压的关系57

3.2.4 导通及截止期间两电感电流的关系57

3.2.5 设计步骤58

3.3 Zeta变换器60

3.4 输入与输出不共地的Buck变换器61

3.5 驱动方便的Buck-Boost变换器63

第4章 反激变换器64

4.1 工作原理64

4.1.1 简化电路及波形65

4.1.2 等效电路67

4.1.3 占空比D及输出电压UO68

4.2 漏感能量吸收回路69

4.2.1 RCD钳位电路的工作原理69

4.2.2 RCD吸收回路损耗与参数计算71

4.2.3 RCD参数计算过程及实例74

4.2.4 RCD吸收电路的局限性76

4.2.5 减小漏感能量吸收回路损耗的方法77

4.3 反激变换器设计要领77

4.3.1 反射电压UOR、钳位电压UZ与最大占空比Dmax的关系77

4.3.2 反激变换器电流纹波比的折中选择79

4.3.3 磁芯几何参数的选择策略80

4.3.4 反激变换器各绕组顺序的规划81

4.3.5 屏蔽绕组的设置与连接86

4.3.6 骨架引脚的分配规则86

4.3.7 变压器或电感绕线工艺图87

4.4 CCM模式下反激变换器的设计过程88

4.4.1 储能变压器及开关管等关键元件的参数计算88

4.4.2 具有多个输出绕组与负载电流变化范围较大的反激变换器的参数计算94

4.5 常见的次级输出电路95

4.5.1 恒压输出电路95

4.5.2 恒流输出电路98

4.6 双管反激变换器100

4.6.1 工作原理101

4.6.2 优缺点及使用条件102

4.6.3 设计过程103

4.7 DCM模式反激变换器103

4.7.1 PWM调制DCM模式反激变换器的电流、电压关系104

4.7.2 PWM调制DCM模式反激变换器的特征105

4.8 准谐振反激变换器107

4.8.1 工作原理108

4.8.2 开关频率限制策略109

4.8.3 关键参数的计算110

4.9 原边反馈（PSR）反激变换器114

4.9.1 输出电压检测及CV控制原理114

4.9.2 输出电流检测及CC控制原理115

4.9.3 PSR反激变换器的特征及其组合116

4.10 反激变换器的调试117

第5章 输入通道119

5.1 EMI干扰与输入电路形式119

5.1.1 EMI的基本概念及产生原因119

5.1.2 EMI信号度量单位及限制120

5.1.3 输入电路形式120

5.2 整流电路122

5.3 工频滤波电路123

5.3.1 输入滤波电容容量的经验值123

5.3.2 市电不缺周波情况下的最小输入滤波电容124

5.3.3 输入市电缺半个或一个市电周期后对应最小电压决定的最小滤波电容125

5.3.4 由纹波电流决定的最小滤波电容126

5.4 输入过流过压保护电路127

5.4.1 保险丝（管）127

5.4.2 防雷元件128

5.5 功率型NTC电阻129

5.6 EMI滤波电路131

5.6.1 安规电容的选择132

5.6.2 EMI滤波电感的设计134

第6章 开关变换器控制芯片135

6.1 电压型控制135

6.2 电流型控制137

6.2.1 峰值电流型控制137

6.2.2 峰值电流型控制器次谐振现象与斜率补偿电路138

6.2.3 平均电流型控制140

6.2.4 电流滞环型控制141

6.3 电流型PWM控制器典型芯片141

6.3.1 启动电路142

6.3.2 时钟电路144

6.3.3 斜坡电流取样电阻RS的确定146

6.3.4 典型应用电路146

6.4 峰值电流型PWM控制芯片新技术148

6.4.1 FAN6757芯片的内部框图148

6.4.2 FAN6757芯片的主要特征150

6.4.3 保护功能155

第7章 功率因数校正（PFC）电路157

7.1 市电整流电容滤波电路电流波形特征157

7.2 非线性电路功率因数PF及总谐波失真度THD158

7.2.1 非线性电路功率因数PF158

7.2.2 非线性电路总谐波失真度THD159

7.2.3 低功率因数（PF）对电网的危害159

7.2.4 电器设备谐波标准160

7.3 AC-DC变换器功率因数校正（PFC）电路161

7.3.1 无源功率因数校正电路161

7.3.2 有源功率因数校正电路163

7.4 单相Boost APFC变换器164

7.4.1 DCM Boost APFC简介164

7.4.2 CCM Boost APFC简介165

7.5 BCM Boost APFC变换器166

7.5.1 电感峰值电流iLPK（t）与驱动电源输入电流iIN（t）167

7.5.2 最小开关频率fSWmin的推导169

7.5.3 最小电感量的确定170

7.5.4 开关管电流与开关管导通损耗的计算171

7.5.5 利用“体积-功率”法大致估算电感磁芯的尺寸172

7.5.6 零电流检测辅助绕组匝数172

7.5.7 续流二极管电流172

7.5.8 由输出纹波电压决定的输出电容C的计算173

7.5.9 基于BCM模式的Boost APFC设计实例174

7.5.10 基于FAN7930B控制芯片的APFC电路177

7.6 带PFC功能的单管反激变换器182

7.6.1 电感峰值电流iLPK（t）183

7.6.2 截止时间Toff与输入电流IIN（t）184

7.6.3 初级绕组的峰值电流与最小电感量187

7.6.4 初级绕组的电流有效值188

7.6.5 次级回路电流189

7.6.6 输出滤波电容C的选择与输出电压纹波190

7.6.7 全电压输入PFC单管反激变换器设计实例191

7.6.8 基于FAN7930B控制芯片的PFC单管反激变换器194

7.6.9 PFC单管反激变换器的调试198

7.7 单相大功率APFC电路199

7.7.1 交错式APFC电路199

7.7.2 无桥APFC电路201

7.7.3 无桥交错式APFC电路204

第8章 正激变换器206

8.1 正激变换器及其等效电路206

8.2 正激变换器磁通复位方式概述208

8.3 三绕组去磁正激变换器209

8.3.1 电压及电流波形210

8.3.2 最恶劣条件211

8.3.3 最大占空比Dmax的限制211

8.3.4 激磁电流回零时间Toff与次级回路Buck滤波电感磁复位时间Toff-s的关系212

8.3.5 估算变压器匝比n212

8.3.6 变压器参数选择212

8.3.7 设计实例215

8.4 二极管去磁双管正激变换器224

8.4.1 工作原理225

8.4.2 优缺点及设计226

8.4.3 驱动电路设计226

8.5 RCD去磁正激变换器229

8.5.1 激磁电流处于CCM模式230

8.5.2 激磁电流处于DCM模式231

8.6 谐振去磁正激变换器231

8.6.1 工作原理232

8.6.2 应用场合及设计234

8.7 常见去磁方式特性比较235

第9章 桥式及推挽变换器236

9.1 半桥变换器236

9.1.1 原理电路236

9.1.2 初级侧实际电路239

9.1.3 次级等效电路241

9.1.4 半桥变换器磁芯242

9.1.5 隔直电容C3参数计算244

9.2 全桥变换器245

9.2.1 原理电路245

9.2.2 输入输出电压关系246

9.2.3 变压器参数计算247

9.3 倍流整流电路249

9.3.1 原理电路249

9.3.2 输入、输出关系252

9.3.3 滤波电感L1及L2的设计252

9.3.4 同步倍流整流电路253

9.4 推挽变换器255

9.4.1 原理电路255

9.4.2 工作原理256

9.4.3 推挽变换器与桥式变换器比较258

第10章 软开关桥式变换器259

10.1 软开关变换器概述259

10.2 非对称半桥变换器260

10.2.1 原理电路260

10.2.2 工作原理261

10.3 非对称PWM反激变换器265

10.3.1 原理电路265

10.3.2 工作原理265

10.3.3 输入、输出关系270

10.3.4 设计参数的近似估算272

10.4 全桥移相式变换器274

10.4.1 原理电路274

10.4.2 工作原理276

10.4.3 稳压原理280

10.4.4 固有缺陷282

10.5 半桥LLC谐振变换器284

10.5.1 原理电路284

10.5.2 工作原理286

10.5.3 等效电路291

10.5.4 稳压原理297

10.5.5 工作区选择策略298

10.5.6 半桥LLC谐振变换器控制芯片299

10.6 半桥LLC谐振变换器设计299

10.6.1 电感比m及品质因数Q的选择300

10.6.2 开关频率fSW≤fr（仅在ZVS1区）300

10.6.3 开关频率fSW≥fr（仅在ZVS2区）306

10.6.4 磁性元件的制作308

10.7 全桥LLC变换器310

10.8 桥式LCC谐振变换器311

10.8.1 等效电路312

10.8.2 工作区特征315

10.8.3 工作原理316

10.9 半桥LCC谐振变换器恒流输出模式的参数设计320

第11章 同步整流技术327

11.1 同步整流原理328

11.2 同步整流MOS管驱动方式329

11.2.1 电压自驱动331

11.2.2 电流自驱动336

11.2.3 集成控制IC驱动337

第12章 环路稳定性设计341

12.1 概述341

12.1.1 二端口网络的传递函数341

12.1.2 极点、零点的概念及性质343

12.1.3 闭环控制及传递函数345

12.2 开关电源闭环控制345

12.2.1 闭环控制系统概述345

12.2.2 理想环路的频率特性曲线346

12.2.3 输出取样点的选择347

12.3 反馈补偿网络的传递函数348

12.3.1 Ⅰ型反馈补偿网络的传递函数349

12.3.2 PI型反馈补偿网络的传递函数349

12.3.3 Ⅱ型反馈补偿网络的传递函数350

12.3.4 Ⅲ型反馈补偿网络的传递函数352

12.3.5 基于跨导型运算放大器的反馈补偿网络的传递函数353

12.4 TL431补偿网络的传递函数355

12.4.1 基于Ⅱ型补偿网络355

12.4.2 基于PI型补偿网络357

12.5 反激变换器环路设计359

12.5.1 CCM模式下反激变换器由控制到输出传递函数359

12.5.2 CCM模式下反激变换器反馈补偿网络设计360

12.5.3 BCM及DCM模式下反激变换器由控制到输出传递函数362

12.6 正激变换器环路设计365

12.7 BCM模式APFC变换器环路设计365

第13章 开关电源PCB设计367

13.1 与PCB设计相关的安规知识367

13.1.1 电器产品防电击设计的分类367

13.1.2 电源产品执行的安规标准368

13.1.3 绝缘等级与安全间距368

13.2 PCB设计规则370

13.2.1 PCB板工艺规划374

13.2.2 AC输入滤波电路的布局布线原则376

13.2.3 关键回路与节点走线377

13.2.4 并联滤波电容的连线方式381

13.2.5 地线处理382

13.3 PCB散热设计384

第14章 开关电源重要元器件及材料简介385

14.1 功率二极管385

14.1.1 功率二极管的主要参数385

14.1.2 整流二极管的开关特性及损耗386

14.1.3 常见整流二极管的特性387

14.2 功率MOS管388

14.2.1 功率MOS管的主要参数389

14.2.2 功率MOS管的开关特性及损耗391

14.2.3 功率MOS管的常见驱动电路393

14.3 常用电容395

14.3.1 电解电容395

14.3.2 瓷片电容399

14.3.3 有机薄膜电容400

14.4 漆包线参数401

参考文献405