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第1章 开关电源的基本原理1

1．1 简介1

1．2 概述和基本术语3

1．2．1 效率3

1．2．2 线性调整器4

1．2．3 通过使用开关器件提高效率6

1．2．4 半导体开关器件基本类型7

1．2．5 半导体开关器件并非理想器件8

1．2．6 通过电抗元件获得高效率8

1．2．7 早期RC型开关调整器9

1．2．8 基于LC的开关调整器10

1．2．9 寄生参数的影响10

1．2．10 高频率开关时产生的问题11

1．2．11 可靠性、使用寿命和热管理12

1．2．12 降低应力14

1．2．13 技术进步14

1．3 认识电感15

1．3．1 电容／电感和电压／电流15

1．3．2 电感电容充电／放电电路15

1．3．3 能量守恒定律16

1．3．4 充电阶段及感应电流理论17

1．3．5 串联电阻对时间常数的影响18

1．3．6 R＝0时电感充电电路及电感方程19

1．3．7 对偶原理20

1．3．8 电容方程20

1．3．9 电感放电阶段21

1．3．10 反馈能量和续流电流22

1．3．11 电流必须连续而其变化曲线斜率不必连续22

1．3．12 电压反向现象22

1．3．13 功率变换器的稳定状态及不同工作模式24

1．3．14 伏秒法则、电感复位和变换器占空比27

1．3．15 半导体开关的使用及保护28

1．4 电源拓扑的衍生29

1．4．1 通过二极管控制感应电压尖峰29

1．4．2 达到稳定状态并输出有用能量30

1．4．3 buck-boost变换器31

1．4．4 电路地参考点32

1．4．5 buck-boost变换器的结构33

1．4．6 开关节点33

1．4．7 buck-boost电路分析34

1．4．8 buck-boost电路的性质35

1．4．9 为什么只有三种基本拓扑36

1．4．10 boost拓扑37

1．4．11 buck拓扑40

1．4．12 高级变换器设计41

第2章 DC-DC变换器设计与磁学基础42

2．1 直流传递函数43

2．2 电感电流波形的直流分量和交流纹波44

2．3 交流电流、直流电流和峰值电流的确定46

2．4 认识交流电流、直流电流和峰值电流47

2．5 最“恶劣”输入电压的确定49

2．6 电流纹波率γ51

2．7 r与电感量的关系52

2．8 r的最佳值52

2．9 电感量与电感体积的关系54

2．10 频率对电感量和电感体积的影响54

2．11 负载电流对电感量和电感体积的影响55

2．12 供应商标定成品电感额定电流的方式及成品电感选择55

2．13 在给定应用中我们需要考虑哪些电感电流额定值56

2．14 电流限制的范围和容限58

2．15 实际例子（1）60

2．15．1 设置r时需考虑电流限制61

2．15．2 确定r需考虑的连续导电模式62

2．15．3 当用低ESR电容时应将γ设置得大于0．4．64

2．15．4 设置r时应避免装置不平衡64

2．15．5 设置r应避免次谐波震荡66

2．15．6 用“L×I”和“负载缩放比例”法则快速选择电感68

2．16 实际例子（2、3和4）69

2．16．1 强迫连续模式（FCCM）中的电流纹波率70

2．16．2 基本磁学定义71

2．17 实际例子（5）——不增加线圈匝数73

2．17．1 “磁场纹波率”74

2．17．2 与伏秒数相关的受控电压方程（MKS单位制）74

2．17．3 CGS单位制75

2．17．4 与伏秒数相关的受控电压方程（CGS单位制）75

2．17．5 磁心损耗75

2．18 实际例子（6）——特定场合中产品电感的特性77

2．18．1 估计必要条件77

2．18．2 电流纹波率78

2．18．3 峰值电流79

2．18．4 磁通密度79

2．18．5 线圈损耗80

2．18．6 磁心损耗81

2．18．7 温升81

2．19 计算其他最恶劣应力82

2．19．1 最恶劣磁心损耗82

2．19．2 二极管最恶劣损耗83

2．19．3 开关管最恶劣损耗83

2．19．4 输出电容最恶劣损耗85

2．19．5 输入电容最恶劣损耗85

第3章 离线式变换器设计与磁学技术88

3．1 反激变换器磁学技术89

3．1．1 变压器绕组极性89

3．1．2 反激变换器中变压器功能及其占空比90

3．1．3 等效的buck-boost模型92

3．1．4 反激变换器电流纹波率94

3．1．5 漏感94

3．1．6 齐纳管钳位损耗95

3．1．7 二次漏感同样影响一次侧95

3．1．8 有效一次漏感电感测量96

3．1．9 实际例子（7）——反激变压器设计96

3．1．10 导线规格与铜皮厚度选择101

3．2 正激变换器磁学技术104

3．2．1 占空比105

3．2．2 最恶劣电压输入107

3．2．3 窗口面积利用108

3．2．4 磁心型号与其所通功率109

3．2．5 实际例子（8）——正激变换器变压器设计110

第4章 拓扑FAQ123

问题与解答123

第5章 导通损耗和开关损耗140

5．1 开关接电阻性负载140

5．2 开关接感性负载143

5．3 开关损耗和导通损耗146

5．4 建立MOSFET简化模型以研究感性负载时的开关损耗147

5．5 变换系统中寄生电容的表示148

5．6 门极开启电压149

5．7 导通转换149

5．8 关断转换152

5．9 栅荷系数152

5．10 实际例子156

5．10．1 导通时156

5．10．2 关断时157

5．11 把开关损耗分析应用于开关拓扑158

5．12 对开关损耗而言的最恶劣输入电压159

5．13 开关损耗怎样随寄生电容变化160

5．14 使驱动器相对于MOSFET性能最佳161

第6章 印制电路板的布线163

6．1 引言163

6．2 布线分析163

6．3 布线要点164

6．4 散热问题169

第7章 反馈环路分析及稳定性170

7．1 传递函数、时间常数与强制函数170

7．2 理解e及绘制对数坐标曲线171

7．3 时域分析与频域分析173

7．4 复数表示173

7．5 非周期激励174

7．6 s平面175

7．7 拉普拉斯变换176

7．8 扰动和反馈作用178

7．9 RC滤波器的传递函数179

7．10 积分运算放大器（零极点滤波器）181

7．11 对数平面中的数学183

7．12 LC滤波器的传递函数183

7．13 无源滤波器传递函数小结186

7．14 极点和零点187

7．15 极点和零点的相互作用188

7．16 闭环增益和开环增益189

7．17 分压网络191

7．18 PWM传递函数（增益192

7．19 电压前馈193

7．20 主电路传递函数194

7．21 所有拓扑的调节器传递函数194

7．21．1 buck变换器194

7．21．2 boost变换器195

7．21．3 buck-boost变换器197

7．22 反馈网络传递函数198

7．23 闭环200

7．24 环路稳定性判据201

7．25 带积分器的开环波特图201

7．26 抵消LC滤波器双重极点203

7．27 ESR零点203

7．28 3型运算放大器补偿网络的设计204

7．29 反馈环路优化207

7．30 输入纹波抑制209

7．31 负载暂态210

7．32 1型和2型补偿网络211

7．33 跨导运算放大器补偿网络211

7．34 简化跨导运算放大器补偿网络215

7．35 电流模式控制补偿217

第8章 EMI基础——从麦克斯韦方程到CISPR标准224

8．1 标准224

8．2 麦克斯韦到EMI226

8．3 敏感度／抗扰性230

8．4 一些与成本相关的经验231

8．5 组件的EMI问题231

8．6 CISPR 22对电信端口的规定——修订意见232

第9章 传导EMI限值及测量234

9．1 差模和共模噪声234

9．2 如何测量传导EMI236

9．3 传导发射限制240

9．4 准峰值、平均值和峰值测试242

第10章 实际的电源输入EMI滤波器244

10．1 EMI滤波器设计的安全问题244

10．2 实际的电源输入滤波器246

10．3 Y电容总容量的安规限制251

10．4 等效DM和CM电路252

10．5 一些重要的EMI工程经验254

第11章 开关电源的DM与CM噪声255

11．1 主要DM噪声源255

11．2 主要CM噪声源256

11．3 地电抗器263

第12章 电路板EMI解决方案264

12．1 变压器的EMI问题264

12．2 二极管的EMI问题269

12．3 磁珠的工程应用——抑制肖特基二极管的dV／dt270

12．4 基本布线方案271

12．5 最后的EMI抑制措施272

12．6 能否通过辐射测试274

第13章 EMI滤波器的输入电容和稳定性275

13．1 DM扼流环是否饱和275

13．2 DC-DC变换器模块的实用电网滤波器278

第14章 电磁难题的数学基础知识284

14．1 数学基础知识之傅里叶级数284

14．2 矩形波285

14．3 矩形波分析287

14．4 梯形波288

14．5 梯形波的EMI问题290

14．6 高性价比滤波器的设计291

14．7 实际DM滤波器设计293

14．8 实际CM滤波器设计295

14．8．1 第一种方法（快速）295

14．8．2 第二种方法（详细法296

附录1 聚焦实际问题298

附录2 设计参考表330

参考文献332