实用开关电源设计

第1章　绪论　1

1.1　电源　1

1.1.1　实验室电源　1

1.1.2　交流电源　2

1.1.3　蓄电池　3

1.1.4　太阳能电池　5

1.2　负载　6

1.2.1　高速的要求　6

1.2.2　低噪声要求　8

1.2.3　再谈蓄电池　9

1.2.4　电话机　9

1.2.5　日光灯管　10

1.2.6　其他变换器　11

1.3　安全　11

第2章　电路拓扑的实用选择　15

2.1　引言：电路拓扑多达上百种　15

2.2　一般性考虑　15

2.2.1　升压或者降压　15

2.2.2　占空比的实际限制　16

2.2.3　多少组输出　16

2.2.4　隔离　17

2.2.5　EMI　17

2.2.6　选用双极型晶体管还是MOSFET　17

2.2.7　连续和断续　18

2.2.8　同步整流　18

2.2.9　电压模式控制和电流模式控制　19

2.2.10　结论　20

2.3　buck变换器　20

2.3.1　限制　20

2.3.2　门极驱动困难　21

2.4　反激式变换器　23

2.4.1　两种形式　23

2.4.2　与升压电路名字的混淆　24

2.4.3　连续和断续　24

2.4.4　电容的限制　24

2.4.5　输出功率限制　25

2.4.6　输出绕组的限制　25

2.5　buck-boost变换器　26

2.6　正激式变换器　27

2.6.1　最小负载　27

2.6.2　漏感　28

2.6.3　总结　28

2.7　推挽变换器　28

2.7.1　电压型　29

2.7.2　电流型　29

2.7.3　变压器的利用率　30

2.8　谐振变换器和软开关变换器　30

2.8.1　谐振变换器和软开关变换器的区别　31

2.8.2　为什么不选用谐振变换器　31

2.8.3　为什么要选用软开关变换器　31

2.9　复合变换器　32

参考文献　33

第3章　元器件的实用选择　35

3.1　引言　35

3.2　电阻　35

3.2.1　阻值　35

3.2.2　电阻的类型　36

3.2.3　容差　36

3.2.4　选择比率　37

3.2.5　最大电压　37

3.2.6　温度系数　37

3.2.7　额定功率　37

3.2.8　无感线绕电阻　40

3.2.9　分流器　40

3.2.10　布线电阻　40

3.3　电容器及其用法　41

3.3.1　电容器的种类　41

3.3.2　标准值　41

3.3.3　容差　42

3.3.4　ESR和功率损耗　42

3.3.5　老化　43

3.3.6　dV/dt　43

3.3.7　电容的串联　43

3.4　肖特基二极管　44

3.5　整流二极管　44

3.5.1　反向恢复　45

3.5.2　越快越好吗　45

3.6　晶体管：BJT　46

3.6.1　脉冲电流　46

3.6.2　放大倍数可以用多大　46

3.6.3　不要忽略集电极漏电流　46

3.6.4　发射极-基极之间的齐纳击穿――这是否是坏事　46

3.6.5　快速关断　47

3.7　晶体管：MOSFET　47

3.7.1　不要混淆JFET和MOSFET　47

3.7.2　P沟道和N沟道　48

3.7.3　双向导通　48

3.7.4　计算损耗：导通损耗　48

3.7.5　计算损耗：门极充电损耗　49

3.7.6　计算损耗：开关损耗　49

3.7.7　需要门极电阻　49

3.7.8　最大门极电压　50

3.8　运算放大器　50

3.8.1　失调：输入失调电压　50

3.8.2　失调：输入失调电流　51

3.8.3　失调：输入偏置电流　51

3.8.4　失调控制　51

3.8.5　大电阻的限制　52

3.8.6　增益带宽　53

3.8.7　相移　54

3.8.8　电压上升率　54

3.9　比较器　54

3.9.1　磁滞效应　54

3.9.2　输出饱和电压　55

参考文献　56

第4章　仪器的实用指导　57

4.1　引言　57

4.2　计算器和计算方法　57

4.2.1　有效数字位数　57

4.2.2　是否在乎　58

4.2.3　一个密切相关的问题　58

4.2.4　另外一个需要避免的问题　58

4.3　数字万用表和其他仪表　59

4.3.1　精度和准确度　59

4.3.2　平均　59

4.3.3　数字万用表如何滤波　59

4.3.4　测量有效值和数字万用表的带宽　60

4.3.5　测量效率：交叉校正　60

4.3.6　怎样放置探针　61

4.3.7　测量低阻值的电阻　62

4.3.8　用分流器测量大于10A的电流　62

4.3.9　怎样用数字万用表测量MOSFET　62

4.4　电子负载　63

4.4.1　为什么稳定的变换器会出现振荡　63

4.4.2　最小输入电压　63

4.5　示波器　63

4.6　网络分析仪　64

4.7　奈奎斯特图　67

第5章　磁性元件的实用设计　69

5.1　磁的基础知识　69

5.1.1　引言　69

5.1.2　安培定律　69

5.1.3　法拉第定律　70

5.1.4　关于电感　71

5.1.5　混乱的单位　71

5.1.6　神秘的词：三个“R"　72

5.2　理想变压器　73

5.3　实际变压器　76

5.3.1　磁芯材料　78

5.3.2　饱和　78

5.3.3　磁芯的其他局限　79

5.3.4　优化设计　80

5.4　直流电感的实际设计　81

5.4.1　选择磁芯　81

5.4.2　第一次尝试　81

5.4.3　第二次尝试　86

5.4.4　选择导线　87

5.4.5　电阻的计算　89

5.4.6　功率损耗　89

5.4.7　和温度有关　91

5.4.8　结论　92

5.5　反激式变压器的设计实例　92

5.5.1　反激式变压器的主要方程　92

5.5.2　磁芯材料类型的选择　93

5.5.3　磁芯的选择　94

5.5.4　磁芯材料的选择　96

5.5.5　气隙的选择　98

5.5.6　磁芯损耗　101

5.5.7　怎么运用磁性材料性能图表　101

5.5.8　降低开关频率可否降低磁芯损耗　103

5.5.9　绕组损耗　104

5.5.10　是否要考虑趋肤效应　105

5.5.11　铜耗与变压器总损耗　106

5.5.12　磁感应强度有两个公式吗　107

5.6　正激式变换器的设计实例　108

5.6.1　匝数比=1∶1　108

5.6.2　匝数比=2∶1　109

5.6.3　匝数比=3∶1　109

5.6.4　匝数比=4∶1　109

5.7　电流互感器的设计实例　110

5.8　可批量生产的磁性元件设计技术　112

5.8.1　导线的粗细　112

5.8.2　导线粗细比率　113

5.8.3　环形磁芯绕线的限制　113

5.8.4　胶带与导线的绝缘　113

5.8.5　分层　114

5.8.6　绕组的数目　114

5.8.7　密封　114

5.8.8　技术规格书　115

5.9　结论　115

参考文献　116

第6章　实用反馈设计　117

6.1　引言　117

6.2　复习　117

6.2.1　对数和分贝　117

6.2.2　复数　118

6.2.3　复函数　119

6.2.4　什么是函数变换　120

6.2.5　两种函数变换　120

6.2.6　两种变换有什么区别　1

　　本书是一本介绍开关电源工程设计的实用指导书，介绍了电源实际设计和调试工作中经常用到的各种知识，包括变换器电路拓扑选择、元器件选择、仪器仪表的使用、控制保护电路、EMI控制、效率与热管理以及最坏情况分析等。对磁性元件的设计和反馈设计部分作了深入详尽的介绍。本书还介绍了实验调试时经常要用到的各种电源、负载以及安全事项。本书实用性很强，可供从事开关电源设计的工程技术人员参考使用，也可作为高等院校电力电子技术及相关专业师生的参考用书。