开关电源设计(第三版)
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作者(美)亚伯拉罕·I.普莱斯曼//基思·比林斯//泰勒·莫雷|责编:刘海艳|译者:肖文勋
出版社电子工业
ISBN9787121464430
出版时间2023-09
装帧其他
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定价228元
货号31879287
上书时间2024-06-09
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作者简介
AbrahamI.Pressman是美国知名的电源顾问和专家，是军事雷达军官和四十多年的模/数设计工程师。KeithBillings是一名特许电子工程师，著有SwitchmodePowerSupplyHandbook（由McGraw-Hill出版）。TaylorMorey是加拿大安大略省基臣纳尔市康耐斯托加学院电子学教授，与人合著过电子器件教科书，曾在滑铁卢市劳瑞尔大学任教。
肖文勋，华南理工大学，博士，副教授，加拿大UniversityofManitoba访问学者，首届珠江科技新星，IEEEMember，广东省电源学会秘书长。主持过国家自然科学基金、广东省自然科学基金、高等学校博士学科点专项科研基金和广州市珠江科技新星等多项项目，并主研863计划、“十一五”国家科技支撑计划、国家自然科学基金重点、广东省战略性新兴产业、省部产学研合作等10多项项目。发表论文80多篇，其中SCI收录25篇，EI收录26篇；出版译著1部；申请发明专利110项，其中获得授权中国发明专利62项、美国专利1项；获得授权实用新型专利92项；获得国家专利优秀奖3项，广东省科学技术进步奖一等奖1项，中国机械工业科学技术发明奖一等奖1项，以及其他省部级科学技术奖10多项。
目录
第1部分 拓 扑
第1章 基本拓扑2
1.1 线性稳压器和Buck、Boost及反相开关稳压器简介2
1.2 线性稳压器―耗能型稳压器2
1.2.1 基本工作原理2
1.2.2 线性稳压器的缺点3
1.2.3 串联晶体管的功率损耗4
1.2.4 线性稳压器的效率与输出电压的关系4
1.2.5 串联PNP型晶体管的低功耗线性稳压器6
1.3 开关稳压器拓扑6
1.3.1 Buck开关稳压器6
1.3.2 Buck稳压器的主要电流波形8
1.3.3 Buck稳压器的效率9
1.3.4 Buck稳压器的效率（考虑交流开关损耗）10
1.3.5 理想开关频率的选择12
1.3.6 设计例子13
1.3.7 输出电容17
1.3.8 基于Buck稳压器的隔离半稳压输出18
1.4 Boost开关稳压器拓扑19
1.4.1 基本工作原理19
1.4.2 Boost稳压器的不连续导电模式20
1.4.3 Boost稳压器的连续导电模式22
1.4.4 不连续导电模式的Boost稳压器的设计23
1.4.5 Boost稳压器与反激变换器的关系25
1.5 Buck-Boost稳压器25
1.5.1 基本工作原理25
1.5.2 Buck-Boost稳压器设计26
参考文献27
第2章 推挽和正激变换器拓扑28
2.1 简介28
2.2 推挽拓扑28
2.2.1 基本工作原理（主/辅输出结构）28
2.2.2 辅输出的输入-负载调整率30
2.2.3 辅输出电压偏差31
2.2.4 主输出电感的最小电流限制31
2.2.5 推挽拓扑中的偏磁（阶梯饱和现象）31
2.2.6 偏磁的表现33
2.2.7 偏磁的测试35
2.2.8 偏磁的解决方法35
2.2.9 电力变压器设计37
2.2.10 一次侧、二次侧峰值电流及有效值电流40
2.2.11 开关管的电压应力及漏感尖峰43
2.2.12 电力晶体管的损耗43
2.2.13 推挽拓扑输出功率及输入电压的限制45
2.2.14 输出滤波器的设计46
2.3 正激变换器拓扑48
2.3.1 基本工作原理48
2.3.2 输出/输入电压与导通时间和匝比的设计关系51
2.3.3 辅输出电压51
2.3.4 二次侧负载、续流二极管及电感的电流52
2.3.5 一次侧电流、输出功率及输入电压之间的关系52
2.3.6 开关管最大截止电压应力53
2.3.7 实际输入电压和输出功率限制53
2.3.8 一次绕组和复位绕组匝数不相等的正激变换器54
2.3.9 正激变换器电磁理论56
2.3.10 电力变压器的设计58
2.3.11 输出滤波器的设计60
2.4 双端正激变换器拓扑60
2.4.1 基本工作原理60
2.4.2 设计原则及变压器的设计62
2.5 交错正激变换器拓扑63
2.5.1 基本工作原理、优缺点和输出功率限制63
2.5.2 变压器的设计64
2.5.3 输出滤波器的设计65
参考文献65
第3章 半桥和全桥变换器拓扑66
3.1 简介66
3.2 半桥变换器拓扑66
3.2.1 基本工作原理66
3.2.2 半桥变换器磁设计67
3.2.3 输出滤波器的设计69
3.2.4 防止偏磁的隔直电容的选择69
3.2.5 半桥变换器的漏感问题70
3.2.6 半桥变换器与双端正激变换器的比较70
3.2.7 半桥变换器实际输出功率的限制71
3.3 全桥变换器拓扑71
3.3.1 基本工作原理71
3.3.2 全桥变换器磁设计73
3.3.3 输出滤波器的计算74
3.3.4 变压器一次侧隔直电容的选择74
第4章 反激变换器75
4.1 简介77
4.2 反激变换器基本工作原理77
4.3 反激变换器工作模式77
4.4 不连续导电模式78
4.4.1 输入电压、输出电压及导通时间与输出负载的关系79
4.4.2 不连续导电模式向连续导电模式的过渡79
4.4.3 反激变换器连续导电模式的基本工作原理81
4.5 设计原则和设计步骤82
4.5.1 步骤1：确定一次侧/二次侧匝比82
4.5.2 步骤2：保证磁芯不饱和且电路始终工作于不连续导电模式83
4.5.3 步骤3：根据最小输出电阻及直流输入电压调整一次侧电感83
4.5.4 步骤4：计算开关管的最大电压应力和峰值电流84
4.5.5 步骤5：计算一次侧电流有效值和一次侧导线尺寸84
4.5.6 步骤6：二次侧电流有效值和二次侧导线尺寸84
4.6 不连续导电模式下的反激变换器的设计实例84
4.6.1 反激拓扑的电磁原理86
4.6.2 铁氧体磁芯加气隙防止饱和87
4.6.3 采用MPP磁芯防止饱和88
4.6.4 反激变换器的缺点92
4.7 AC 120V/220V输入反激变换器93
4.8 连续导电模式反激变换器的设计原则95
4.8.1 输出电压和导通时间的关系95
4.8.2 输入、输出电流与功率的关系96
4.8.3 最小直流输入时连续导电模式下的电流斜坡幅值97
4.8.4 不连续与连续导电模式反激变换器的设计实例97
4.9 交错反激变换器99
4.9.1 交错反激变换器二次侧电流的叠加100
4.10 双端（两个开关管）不连续导电模式反激变换器100
4.10.1 应用场合100
4.10.2 基本工作原理100
4.10.3 双端反激变换器的漏感效应101
参考文献102
第5章 电流模式和电流馈电拓扑103
5.1 简介103
5.1.1 电流模式控制103
5.1.2 电流馈电拓扑103
5.2 电流模式控制103
5.2.1 电流模式控制的优点104
5.3 电流模式和电压模式控制电路的比较105
5.3.1 电压模式控制电路105
5.3.2 电流模式控制电路108
5.4 电流模式优点详解110
5.4.1 输入电网电压的调整110
5.4.2 防止偏磁110
5.4.3 在小信号分析中可省去输出电感简化反馈环设计111
5.4.4 负载电流调整原理112
5.5 电流模式的缺点和存在的问题113
5.5.1 恒定峰值电流与平均输出电流的比例问题113
5.5.2 对输出电感电流扰动的响应114
5.5.3 电流模式的斜率补偿115
5.5.4 用正斜率电压的斜率补偿116
5.5.5 斜率补偿的实现116
5.6 电压馈电和电流馈电拓扑的特性比较118
5.6.1 引言及定义118
5.6.2 电压馈电PWM全桥变换器的缺点118
5.6.3 Buck电压馈电全桥拓扑基本工作原理121
5.6.4 Buck电压馈电全桥拓扑的优点122
5.6.5 Buck电压馈电PWM全桥电路的缺点124
5.6.6 Buck电流馈电全桥拓扑的基本工作原理124
5.6.7 反激电流馈电推挽拓扑（Weinberg电路）134
参考文献147
第6章 其他拓扑149
6.1 SCR谐振拓扑概述149
6.2 SCR和ASCR的基本工作原理150
6.3 利用谐振正弦阳极电流关断SCR的单端谐振逆变器拓扑154
6.4 SCR谐振桥式拓扑概述156
6.4.1 串联负载SCR半桥谐振变换器的基本工作原理158
6.4.2 串联负载SCR半桥谐振变换器的设计计算159
6.4.3 串联负载SCR半桥谐振变换器的设计实例161
6.4.4 并联负载SCR半桥谐振变换器162
6.4.5 单端SCR谐振变换器拓扑的设计162
6.5 Cuk变换器拓扑概述166
6.5.1 Cuk变换器的基本工作原理166
6.5.2 输出和输入电压比与开关管Q1导通时间的关系168
6.5.3 L1和L2的电流变化率168
6.5.4 消除输入电流纹波的措施169
6.5.5 Cuk变换器的隔离输出169
6.6 小功率辅助电源拓扑概述170
6.6.1 辅助电源的接地问题170
6.6.2 可供选择的辅助电源171
6.6.3 辅助电源的典型电路171
6.6.4 Royer振荡器辅助电源的基本工作原理174
6.6.5 作为辅助电源的简单反激变换器182
6.6.6 作为辅助电源的Buck稳压器（输出带直流隔离）185
参考文献185
第2部分 磁路与电路设计
第7章 变压器和磁性元件设计187
7.1 简介187
7.2 变压器磁芯材料与几何结构、峰值磁感应强度的选择188
7.2.1 几种常用铁氧体材料的磁芯损耗与频率和磁感应强度的关系188
7.2.2 铁氧体磁芯的几何尺寸191
7.2.3 峰值磁感应强度的选择193
7.3 磁芯最大输出功率、峰值磁感应强度、磁芯截面积与骨架窗口面积及绕组
电流密度的选择194
7.3.1 变换器拓扑输出功率公式的推导194
7.3.2 推挽变换器输出功率公式的推导196
7.3.3 半桥拓扑输出功率公式的推导200
7.3.4 全桥拓扑输出功率公式的推导201
7.3.5 以查表的方式确定磁芯和工作频率201
7.4 变压器温升的计算208
7.5 变压器中的铜损211
7.5.1 简介211
7.5.2 集肤效应211
7.5.3 集肤效应―定量分析212
7.5.4 不同规格的导线直径在不同频率下的交/直流阻抗比214
7.5.5 矩形波电流的集肤效应215
7.5.6 邻近效应217
7.6 利用面积乘积（AP）法进行电感及磁性元件设计简介223
7.6.1 AP法的优点224
7.6.2 电感器设计224
7.6.3 信号级小功率电感225
7.6.4 输入滤波电感225
7.6.5 设计举例：工频共模输入滤波电感227
7.6.6 差模输入滤波电感232
7.7 磁学：扼流圈简介―直流偏置电流很大的电感236
7.7.1 公式、单位和图表237
7.7.2 有直流偏置电流的磁滞回线特征237
7.7.3 磁场强度Hdc238
7.7.4 增加扼流圈电感或者额定直流偏置量的方法238
7.7.5 磁感应强度变化量?B239
7.7.6 气隙的作用241
7.7.7 温升242
7.8 磁设计：扼流圈磁芯材料简介242
7.8.1 适用于低交流应力场合的扼流圈材料242
7.8.2 适用于高交流应力场合的扼流圈材料243
7.8.3 适用于中等范围的扼流圈材料243
7.8.4 磁芯材料饱和特性243
7.8.5 磁芯材料损耗特性244
7.8.6 材料饱和特性245
7.8.7 材料磁导率参数245
7.8.8 材料成本246
7.8.9 确定最佳的磁芯尺寸和形状246
7.8.10 磁芯材料选择总结247
7.9 磁学：扼流圈设计例子247
7.9.1 扼流圈设计例子：加了气隙的铁氧体磁芯247
7.9.2 步骤一：确定20%纹波电流需要的电感量248
7.9.3 步骤二：确定面积乘积（AP）249
7.9.4 步骤三：计算最小匝数249
7.9.5 步骤四：计算磁芯气隙250
7.9.6 步骤五：确定最佳线径251
7.9.7 步骤六：计算最佳线径252
7.9.8 步骤七：计算绕组电阻252
7.9.9 步骤八：确定功率损耗252
7.9.10 步骤九：预测温升―面积乘积法252
7.9.11 步骤十：核查磁芯损耗254
7.10 磁学：用粉芯材料设计扼流圈简介256
7.10.1 影响粉芯材料选择的因素256
7.10.2 粉芯材料的饱和特性256
7.10.3 粉芯材料的损耗特性257
7.10.4 铜耗―低交流应力时限制扼流圈设计的因素259
7.10.5 磁芯损耗―高交流应力时限制扼流圈设计的因素259
7.10.6 中等交流应力时的扼流圈设计259
7.10.7 磁芯材料饱和特性259
7.10.8 磁芯的几何结构260
7.10.9 材料成本260
7.11 扼流圈设计例子：用环形KoolM?粉芯限制铜损耗261
7.11.1 简介261
7.11.2 根据所储存能量和面积乘积法选择磁芯尺寸261
7.11.3 受铜耗限制的扼流圈设计例子262
7.12 用各种E型粉芯设计扼流圈的例子266
7.12.1 引言266
7.12.2 第一个例子：用E型＃40铁粉芯设计扼流圈267
7.12.3 第二个例子：用E型＃8铁粉芯设计扼流圈272
7.12.4 第三个例子：用E型＃60 KoolM?磁芯设计扼流圈273
7.13 变感扼流圈设计例子：用E型KoolM?磁芯设计受铜耗限制的扼流圈276
7.13.1 变感扼流圈276
7.13.2 变感扼流圈设计例子277
参考文献279
第8章 电力晶体管的基极驱动电路281
8.1 简介281
8.2 电力晶体管的理想基极驱动电路的主要目标281
8.2.1 导通期间足够大的电流281
8.2.2 开通瞬间基极过驱动输入电流尖峰Ib1282
8.2.3 关断瞬间反向基极电流尖峰Ib2283
8.2.4 关断瞬间基极和发射极间的-1～-5V反向电压尖峰285
8.2.5 贝克（Baker）钳位电路（能同时满足高、低 ? 值的电力晶体管工作要求的电路）285
8.2.6 对驱动效率的改善286
8.3 变压器耦合的贝克钳位电路286
8.3.1 贝克钳位的工作原理288
8.3.2 使用变压器耦合的贝克钳位电路289
8.3.3 结合集成变压器的贝克钳位电路293
8.3.4 达林顿管内部的贝克钳位电路295
8.3.5 比例基极驱动电路295
8.3.6 其他类型的基极驱动电路300
参考文献304
第9章 MOSFET和IGBT及其驱动电路305
9.1 MOSFET概述305
9.1.1 IGBT概述305
9.1.2 电源工业的变化305
9.1.3 对新电路设计的影响306
9.2 MOSFET的基本工作原理306
9.2.1 MOSFET的输出特性（Id-Vds）307
9.2.2 MOSFET的通态阻抗rds(on)309
9.2.3 MOSFET的输入阻抗米勒效应和栅极电流309
9.2.4 计算栅极电压的上升和下降时间以获得理想的漏极电流上升和下降时间311
9.2.5 MOSFET栅极驱动电路312
9.2.6 MOSFET的rds温度特性和安全工作区314
9.2.7 MOSFET栅极阈值电压及其温度特性316
9.2.8 MOSFET的开关速度及其温度特性317
9.2.9 MOSFET的额定电流317
9.2.10 MOSFET并联工作320
9.2.11 推挽拓扑中的MOSFET321
9.2.12 MOSFET的最大栅极电压322
9.2.13 MOSFET源极和漏极间的体二极管322
9.3 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）概述323
9.3.1 选择合适的IGBT324
9.3.2 IGBT构造概述325
9.3.3 IGBT工作特性325
9.3.4 IGBT并联使用327
9.3.5 技术参数和最大额定值327
9.3.6 静态电学特性330
9.3.7 动态特性330
9.3.8 温度和机械特性333
参考文献335
第10章 磁放大器后级稳压器336
10.1 简介336
10.2 线性稳压器和Buck后级稳压器337
10.3 磁放大器概述337
10.3.1 用作快速开关的方形磁滞回线磁芯339
10.3.2 磁放大器中的截止和导通时间341
10.3.3 磁放大器磁芯复位及稳压341
10.3.4 利用磁放大器关断辅输出342
10.3.5 方形磁滞回线磁芯特性和几种常用磁芯343
10.3.6 磁芯损耗和温升的计算350
10.3.7 设计实例―磁放大器后级稳压351
10.3.8 磁放大器的增益354
10.3.9 推挽电路的磁放大器输出354
10.4 磁放大器脉宽调制器和误差放大器355
10.4.1 磁放大器脉宽调制及误差放大器电路355
参考文献357
第11章 开关损耗分析与负载线整形缓冲电路359
11.1 简介359
11.2 无缓冲电路的开关管的关断损耗360
11.3 RCD关断缓冲电路361
11.4 RCD缓冲电路中电容的选择362
11.5 设计范例：RCD缓冲电路362
11.5.1 接电源正极的RCD缓冲电路363
11.6 无损缓冲电路363
11.7 负载线整形（减小尖峰电压以防止开关管二次击穿的缓冲器）365
11.8 变压器无损缓冲电路366
参考文献367
第12章 反馈环路的稳定368
12.1 简介368
12.2 系统振荡原理369
12.2.1 电路稳定的增益准则369
12.2.2 电路稳定的增益斜率准则369
12.2.3 输出LC滤波器的增益特性（输出电容含/不含ESR）373
12.2.4 脉宽调制器的增益374
12.2.5 LC输出滤波器加调制器和采样网络的总增益375
12.3 误差放大器幅频特性曲线的设计375
12.4 误差放大器的传递函数、极点和零点377
12.5 零点、极点频率引起的增益斜率变化规则378
12.6 只含单零点和单极点的误差放大器传递函数的推导380
12.7 根据2型误差放大器的零点、极点位置计算相移380
12.8 考虑ESR时LC滤波器的相移381
12.9 设计实例：含有2型误差放大器的正激变换器反馈环路的稳定性382
12.10 3型误差放大器的应用及其传递函数384
12.11 3型误差放大器零点、极点位置引起的相位滞后386
12.12 3型误差放大器的原理图、传递函数及零点、极点位置386
12.13 设计实例：通过3型误差放大器反馈环路稳定正激变换器388
12.14 3型误差放大器元件的选择389
12.15 反馈系统的条件稳定389
12.16 不连续导电模式下反激变换器的稳定391
12.16.1 从误差放大器端到输出电压节点的直流增益391
12.16.2 不连续导电模式下反激变换器的误差放大器输出端到输出电压节点的传递函数392
12.17 不连续导电模式下反激变换器误差放大器的传递函数393
12.18 设计实例：不连续导电模式下反激变换器的稳定394
12.19 跨导误差放大器396
参考文献398
第13章 谐振变换器399
13.1 简介399
13.2 谐振变换器399
13.3 谐振正激变换器400
13.3.1 某谐振正激变换器的实测波形402
13.4 谐振变换器的工作模式403
13.4.1 不连续导电模式和连续导电模式：过谐振模式和欠谐振模式403
13.5 连续导电模式下的谐振半桥变换器404
13.5.1 并联谐振变换器（
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