實用開關電源設計

本書是一本介紹開關電源工程設計的實用指導書，介紹了電源實際設計和調試工作中經常用到的各種知識，包括變換器電路拓撲選擇、元器件選擇、儀器儀表的使用、控制保護電路、EMI控制、效率與熱管理以及最壞情況分析。對磁性元件的設計和反饋設計部分作了深入詳盡的介紹。還介紹了實驗調試時經常要用到的各種電源、負載以及安全事項。

基本介紹

• 書名：實用開關電源設計
• 作者： Ron Lenk
• 出版社：北京圖靈文化發展有限公司
• 出版時間： 2006-04-24

基本信息

書名： 實用開關電源設計 書號： 7-115-14641-1/TN·2755

原書名： Practical Design of Power Supplies

出版社：　北京圖靈文化發展有限公司

叢書名： 圖靈電子與電氣工程叢書

分類： 電子電氣 >> 電力電子

作者： Ron Lenk

譯者： 王正仕 張軍明 徐德鴻(審)

出版日期： 2006-04-24

語種： 簡體中文

開本： 16開

頁數： 264

摘要

本書可供從事開關電源設計開發的工程技術人員參考使用，也可作為高等院校電力電子技術及其相關專業大學生、碩士生、博士生和教師的參考用書。

譯者序

20世紀80年代以來，功率場效應管MOSFET的出現和廣泛套用掀起了一場開關電源技術的革命，開關電源中功率器件的開關頻率提升至數十千赫或數百千赫，甚至兆赫，使直流電源的功率密度發生了質的飛躍。開關電源正迅速替代線性電源，已在計算機、通信設備、辦公設備、家用電器、儀器儀表和照明設備等方面獲得廣泛的套用。20世紀90年代開關電源行業迅速崛起，已成為電子行業的重要組成部分。當前，世界電源產業迅速向中國轉移，同時國內也出現了許多中小型電源企業，因此十分有必要進一步推廣和普及電源技術實用知識，同時這也有利於提高國內電源產品設計的品質和性能，增強競爭力。.

Ron Lenk先生撰寫的這本關於開關電源設計的著作，不是一本開關電源技術入門書，而是一本優秀的提高性開關電源技術參考書，實用性和實踐性都非常強。書中內容包括開關電源典型功率變換電路的選取原則、開關電源中常用元件特性和選用方法、開關電源性能測試儀器功能和使用方法、磁性元件設計方法、反饋設計方法、控制電路及保護電路、效率估計和熱設計以及電磁兼容等。本書中有關開關電源中常用元件特性和選用方法、磁性元件設計方法以及反饋設計方法等內容的章節頗具特色。..

本書比較適合已有電力電子技術基礎或開關電源技術基礎的讀者，可用作進一步提高電源設計知識的參考書。

全書譯稿經浙江大學徐德鴻教授審校，在此謹致衷心感謝!

由於譯者水平有限，翻譯不當之處，歡迎讀者批評指正。...

譯 者

2006年1月

目錄

第一章 引言

1.1 電源

1.1.1 實驗室電源

1.1.2 交流電源

1.1.3 蓄電池（I）

1.1.4 太陽能電池

1.2 負載

1.2.1 高速的要求

1.2.2 低噪音要求

1.2.3 蓄電池（II）

1.2.4 電話機

1.2.5 日光燈管

1.2.6 其他變換器

1.3 安全

第二章 電路拓撲的實用選擇

2.1 引言：電路拓撲多達上百種

2.2 一般性考慮

2.2.1 升壓或者降壓

2.2.2 占空比的實際限制

2.2.3 多少組輸出

2.2.4 隔離

2.2.5 EMI

2.2.6 選用雙極性電晶體還是MOSFET

2.2.7 連續和斷續

2.2.8 同步整流

2.2.9 電壓模式控制和電流模式控制

2.2.10 結論

2.3 BUCK變換器

2.3.1 限制

2.3.2 門極驅動困難

2.4 反激變換器

2.4.1 兩種形式

2.4.2 與升壓電路名字時的混淆

2.4.3 連續和斷續

2.4.4 電容的限制

2.4.5 輸出功率限制

2.4.6 輸出繞組的限制

2.5 Buck-Boost變換器

2.5.1 Buck-Boost變換器的限制

2.6 正激變換器

2.6.1 最小負載

2.6.2 漏感

2.6.3 總結

2.7 推挽變換器

2.7.1 電壓型

2.7.2 電流型

2.7.3 變壓器的利用率

2.8 諧振變換器

2.8.1 諧振變換器和軟開關變換器的區別

2.8.2 為什麼不選用諧振變換器

2.8.3 為什麼要選用軟開關變換器

2.9 複合變換器

2.9.1 什麼時候採用這些複合變換器

參考文獻

第3章 器件的實用選擇

3.1 引言

3.2 電阻

3.2.1 阻值

3.2.2 電阻的類型

3.2.3 誤差

3.2.4 選擇比率

3.2.5 最大電壓

3.2.6 溫度係數

3.2.7 功率定額

3.2.8 脈衝功率

3.2.9 無感線繞電阻

3.2.10 分流器

3.2.11 把連線線當作電阻使用

3.3 電容器及其用法

3.3.1 電容器的種類

3.3.2 標準值

3.3.3 誤差

3.3.4 ESR和功率損耗

3.3.5 老化

3.3.6 dV/dt

3.3.7 電容的串聯

3.4 肖特基二極體

3.5 整流二極體

3.5.1 反向恢復

3.5.2 越快越好嗎？

3.6 電晶體：BJTs

3.6.1 脈衝電流

3.6.2 放大倍數可以用多大？

2.6.3 不要忽略集電極漏電流

3.6.4 發射極-基極之間的齊納擊穿——這是壞事嗎？

3.6.5 快速關斷

3.7 電晶體：MOSFET

3.7.1 不要把JFET和MOSFET搞混淆

3.7.2 p-溝道和n-溝道

3.7.3 雙嚮導通

3.7.4 計算損耗：導通損耗

3.7.5 計算損耗：門極充電損耗

3.7.6 計算損耗：開關損耗

3.7.7 需要門極電阻

3.7.8 最大門極電壓

3.8 運算放大器

3.8.1 失調：輸入失調電壓

3.8.1 失調：輸入失調電壓

3.8.2 失調：輸入失調電流

3.8.3 失調：輸入偏置電流

3.8.4 關於失調要做什麼

3.8.5 大電阻的限制

3.8.6 增益頻寬

3.8.7 相移

3.8.8 電壓上升速率

3.9 比較器

3.9.1 磁滯效應

3.9.2 輸出飽和電壓

參考文獻

第4章 儀器的實用指導

4.1 引言

4.2 計算器和計算方法

4.2.2 我在乎這些嗎？

4.2.3 一個密切的相關問題

4.2.4 另外一個需要避免的問題

4.3 數字萬用表和其他儀表

4.3.1 精確度和準確度

4.3.2 平均

4.3.3 數字萬用表怎么濾波?

4.3.4 測量有效值和數字電壓表的頻寬

4.3.5 測量效率：交叉－校正

4.3.6 怎樣放置探針

4.3.7 測量低阻值的電阻

4.3.8 用分流器測量大於10A的電流

4.3.9 怎么樣用數字萬用表測量MOSFET

4.4 電子負載

4.4.1 為什麼穩定的變換器會出現振盪?

4.4.2 最小輸入電壓

4.5 示波器

4.5.1 混疊效應

4.6 網路分析儀

4.6.1 操作步驟介紹

4.7 尼奎斯特圖

參考文獻

第5章 磁元件的實用設計

5.1 磁的基礎知識

5.1.1 引言

5.1.2 安培定律

5.1.3 法拉第定律

5.1.4 關於電感

5.1.5 混亂的單位

5.1.6 神秘的詞：三個“R”

5.2 理想變壓器

5.2.1 反激式“變壓器”是怎么樣的一個磁芯元件？

5.3 實際變壓器

5.3.1 磁芯材料

5.3.2 飽和

5.3.3 磁芯的其他局限

5.3.4 最佳化設計

5.4 直流電感的實際設計

5.4.1 選擇磁芯

5.4.2 第一次嘗試

5.4.4 選擇導線

5.4.5 電阻的計算

5.4.6 功率損耗

5.4.7 和溫度有關

5.4.8 結論

5.5 反激式變壓器的設計實例

5.5.1 反激式變壓器的主要方程

5.5.2 磁芯材料類型的選擇

5.5.3 磁芯的選擇

5.5.4 磁芯材料的選擇

5.5.5 氣隙的選擇

5.5.6 磁心損耗

5.5.7 怎么查閱這么小數量級的圖表？

5.5.8 是否可以通過降低開關頻率來降低磁芯損耗？

5.5.9 繞組損耗

5.5.9 是否要考慮趨膚效應？

5.5.10 銅耗與變壓器總損耗

5.5.11 磁感應強度有兩個公式？

5.6 正激變換器的設計實例

5.6.1 變比=1：1

5.6.2 變比=2：1

5.6.3 匝數比=3：1

5.6.4 匝數比=4：1

5.7 電流互感器的設計實例

5.8 可批量生產的磁性元件設計技術

5.8.1 導線的粗細

5.8.2 導線粗細比率

5.8.3 環形磁芯繞線的限制

5.8.4 膠帶與導線的絕緣

5.8.5 分層

5.8.6 繞組的數目

5.8.7 密封

5.8.8 說明書

5.9 結論

參考文獻

第6章 實用反饋設計

6.1 引言

6.2 複習

6.2.1 對數和分貝（dB）

6.2.2 複數

6.2.3 複函數

6.2.4 什麼是函式變換？

6.2.5 兩種函式變換

6.2.6 兩種變換有什麼區別

6.2.7 電容C和電感L的變換

6.3 傳遞函式

6.3.1 什麼是傳遞函式？什麼時候用到傳遞函式？

6.3.2 傳遞函式的合成法則

6.3.3 非線性系統沒有（有用的）函式變換

6.4 基本的控制理論

6.4.1 波特圖（Bode Plots）

6.4.2 穩定的要求

6.4.3 需要多少相位裕度系統才能穩定

6.4.4 增益裕度

6.4.5 關於條件穩定

6.4.6 小信號和大信號穩定

6.5 如何讓電壓型buck變換器穩定

6.5.1 如何測量開環回響

6.5.2 Venable 的 K-因子環路補償法

6.5.3 實際需要考慮的問題

6.5.4 其他方面的評價

6.5.5 如何測量閉環回響

6.5.6 如何測量：變壓器法

6.5.7 如何測量：信號迭加

6.5.8 變換器的閉環

6.5.9 不要用錯誤的方法測量環路

6.5.10 測量開環的更好方法

6.5.11 如果誤差放大器同相端沒有引出腳，那該這么處理？

6.6 電流模式控制

6.6.1 理論

6.6.2 電流模式控制的局限性

6.6.3 斜坡補償

6.6.4 如何補償電流模式控制器

6.6.5 電流環能測量嗎？

6.6.6 平均電流模式控制

6.7 無最小相位系統

6.7.1 奈奎斯特圖（Nyquist Plots）

6.8 系統穩定的一些概念

6.8.1 輸入阻抗

6.8.2 變換器的輸出阻抗

6.8.3 兩個穩定的變換器可以組成一個不穩定系統！

6.8.4 一個不穩定系統的例子

6.9 關於仿真的一些想法

參考文獻

第7章 實用控制和監控電路設計

7．1 控制電路

7.1.1 啟動

7.1.2 軟啟動

7.1.3 時序

7.1.4 反饋

7.1.5 限流

7.1.6 開關頻率

7.1.7 同步

7.2 監控電路

7.2.1 如何監控電壓

7.2.2 電壓基準

7.2.3 在沒有負電源供電時如何監控一個負電壓

7.2.4 為何需要採用滯環比較器

7.2.5 電阻與分流器

7.2.6 差分放大器

7.2.7 補償分流器的電感

7.2.8 故障應為低電平

7.2.9 驅動紅色LED

第8章 實用效率和熱管理

8.1 效率

8.1.1 定義

8.1.2 效率的重要性

8.1.3 模組

8.1.4 90%的效率已經相當出色

8.1.5 計算實例1

8.1.6 計算實例2

8.1.7 提高效率

8.2 熱管理

8.2.1 元件壽命與溫度

8.2.2 模組

8.2.3 美軍標MIL-HDBK-217

8.2.4 MIL-HDBK-217標準：舉例

8.2.5 MIL-HDBK-217標準：討論

8.2.6 溫度計算

8.2.7 散熱器等

8.2.8 有限元分析

參考文獻

第9章 實用EMI控制方法

9.1 概述

9.1.1 傳導和輻射

9.1.2 輻射噪聲的處理辦法

9.1.3 外殼材料

9.1.4 共模和差模

9.1.5 地線和大地

9.1.6 軍用和商用測試方法

9.1.7 如何從差模中分離共模

9.1.8 噪聲來源

9.1.9 開關波形

9.1.10 電容耦合

9.2 布板

9.2.1 信號地和功率地

9.2.2 大電流驅動電路接地，孤立地線

9.2.3 器件只有輸入信號，沒有信號地線的情況

9.2.4 電流互感器的位置

9.2.5 反饋信號線

9.2.6 布板提示

9.3 低頻濾波

9.3.1 基本知識

9.3.2 差模濾波

9.3.3 商業用途與軍用

9.3.4 參數選取

9.3.5 共模濾波

9.3.6 參數選取

9.3.7 電感、電容及其缺點

9.3.8 MOV（壓敏電阻）存在電容

9.3.9 單個元件的價格獲得2個元件的效果

9.3.10 不可能獲得100dB的衰減

9.4 高頻濾波

9.4.1 何處使用磁珠

9.4.2 穿通電容

9.5 其他相關主題

9.5.1 噪聲估算

9.5.2 最優濾波

9.6 最優軍用EMI濾波器設計

9.7 EMI濾波與變流器穩定性

參考文獻

第10章 實用最差情況分析方法

10.1 概述

10.1.1 最差情況分析的目的

10.1.2 如何進行WCA

10.1.3 應力分析的目的

10.1.4 有效值（RMS）與最差情況

10.1.5 數學方法與仿真

10.1.6 蒙特卡羅分析？靈敏度分析？

10.2 舉例

10.2.1 電路

10.2.2 電路

10.2.3 表格評估方法

10.2.4 WCA：比較器動作電平

10.2.5 WCA：雙極型電晶體（BJT）正常情況關斷

10.2.6 WCA：PWM晶片關斷時間

10.2.7 應力分析

10.2.8 結論

10.3 結束語