开关电源设计（第三版）

图书标准信息

• 作者 [美]Abraham I. Pressman(亚伯拉罕·I.普莱斯曼；Keith Billings（基思·比林斯）；Tayloer Morey（泰勒·莫雷）
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2023-09
• 版次 1
• ISBN 9787121464430
• 定价 228.00元
• 装帧 其他
• 页数 556页

【内容简介】

本书包含拓扑、磁路与电路设计、典型波形、开关电源技术的应用4部分，具体内容包括开关电源常用拓扑的基本工作原理、变压器和磁性元件设计、电力晶体管的基极驱动电路、MOSFET和IGBT及其驱动电路、磁放大器后级稳压器、开关损耗分析与负载线整形缓冲电路、反馈环路的稳定、谐振变换器、开关电源的典型波形、功率因数及功率因数校正、电子镇流器、用于笔记本电脑和便携式电子设备的低输入电压变换器等。

【作者简介】

Abraham I. 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。Keith Billings是一名特许电子工程师，著有Switchmode Power Supply Handbook（由McGraw-Hill出版）。Taylor Morey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University of Manitoba访问学者，首届珠江科技新星，IEEE Member，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