前言

所謂高頻開關電源，廣義地說，凡是利用功率半導體器件作為開關，將一種電源形態變成另一種電源形態的主電路都叫做開關變換器電路，利用高頻脈寬調制(PWM)技術或高頻脈衝頻率調制(PFM)技術，在轉變時通過對開關變換器的自動閉環控制來穩定輸出電壓，並具有保護與顯示環節的，則稱為高頻開關電源。

自從20世紀70年代，用高頻開關電源取代線性調節器式電源以來，高頻開關電源得到了很大的發展。40多年來，高頻開關電源的技術進步和發展歷程有三大標志：①功率半導體開關器件用功率場效應晶體管(MOSFET)和絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)取代了70年代使用的普通功率晶體管；②高頻化PWM與PFM控制技術的應用和軟開關技術的應用；③開關電源繫統集成技術的應用。現代的高頻開關電源技術是發展*快、應用*廣泛的一種電力電子電源技術。可以說，凡是用電的電子設備沒有不用開關電源的，如家用電器中的電視機、個人計算機、音響設備、日光燈鎮流器、醫院的醫療設備、通信電源、航空航天電源、UPS電源、變頻器電源、交流電動機的變頻調速電源、便攜式電子設備的電源等，都要使用高頻開關電源。它的應用面之廣、應用數量之大是任何電力電子電源都無法比擬的。由於高頻開關電源的應用面*廣、應用的數量多，因而從事高頻開關電源研發的工程科技人員也是*多的。由於讀者面廣，所以有關高頻開關電源的科技圖書也出版得較多。但根據讀者的反映，能夠全面繫統地介紹現代高頻開關電源技術與設計應用的書卻不多，特別是能反映近幾年高頻開關電源****的書籍更少。電子工業出版社根據讀者要求，準備出版一部能夠全面繫統地反映現代高頻開關電源****成就，而且又便於實際設計應用的書，並把這個任務委托給我來完成。我查閱了2000年以來在《電源技術應用》、《電源世界》、中國電源學會全國電源技術年會論文集，以及各出版社出版的有關開關電源的書籍，取其精華編輯成此書。其中，反映了對高頻開關電源理論作出貢獻的蔡宣三教授、張占松教授、黃濟青教授、阮新波教授等人的成就，在此說明並深表感謝!

本書特點：①全面繫統地介紹了現代高頻開關電源的****成就，如軟開關技術、同步整流技術、有源功率因數校正技術、並聯繫統的均流技術與熱插撥技術、瞬態建模分析、頻域分析與綜合、**設計與仿真等；②實用性強，根據本書的內容，可以對各種不同要求、不同類型的高頻開關電源進行研發設計。書中介紹了各種不同類型高頻開關電源的設計方法與制作工藝，其中包括可行設計、仿真設計和**設計。特別是對高頻開關變壓器與電感器的設計及繞制，書中分別介紹了兩種設計方法及實際設計計算實例，以及平面變壓器的設計等。

本書共有16章。

第1章引論，介紹了高頻開關電源的誕生、結構和定義，高頻化的進程與發展趨勢。

第2章介紹了PWM DC/DC變換器，包括PWM DC/DC變換器的基本電路類型及其等效電路，各基本電路之間的對偶關繫、演化與級聯。

第3章介紹了PWM DC/DC變換器的原理及基本電量關繫，連續工作模式與斷續工作模式，正激與反激、半橋與全橋、隔離式與非隔離式等。

第4章介紹了高頻開關變換器的吸收電路與軟開關技術，如ZVS與ZCS等。

第5章介紹了有源鉗位技術與移相控制ZVS PWM變換器。

第6章介紹了高頻開關變換器中件，包括變壓器、直流脈衝互感器與電感器的原理、功能與設計及繞制方法。

第7章介紹了高頻開關變換器的輸出同步整流技術。

第8章介紹了有源功率因數校正技術及PFC整流器的SPWM節能控制。

第9章介紹了高頻開關變換器的控制電路與驅動電路。

第10章介紹了開關電源設計中的兩項新技術、智能開關與低輸入電壓或高輸入電壓的VRM。

第11章介紹了高頻開關電源並聯的均流技術與熱插撥控制芯片ISL6140。

第12章介紹了開關電源的瞬態建模與分析。

第13章介紹了開關電源的頻域分析與綜合。

第14章介紹了開關電源的EMC設計、可靠性設計、熱設計和**設計與仿真的方法。

第15章介紹了開關電源的可行設計、**設計和仿真設計的實際應用舉例、與開關電源的封裝設計。

第16章介紹了電子鎮流器、LED照明驅動器、便攜式電子設備的低壓輸入變換器的原理與設計，並增加了凌特公司變換器的內容。

從以上的內容介紹可知，現代高頻開關電源技術所涉及的內容是十分復雜與廣泛的，它橫跨了三個學科：微電子學的智能化專用集成電路芯片、快速高性能的功率半導體開關器件和磁性器件如變壓器、電感器所用磁芯材料及繞制工藝。開關電源已經廣泛地應用在國民經濟和人類生活的各個領域，對開關電源使用的要求越來越嚴格。因而促使開關電源技術的發展速度越來越快，但是相關圖書的出版總是落後於技術的發展。此外，不少的文獻資料由於某些原因可能會被遺漏而沒有反映在參考文獻中，已被吸入到書中的內容也可能會有不足和錯誤之處，敬請廣大的讀者批評指正，作者在此表示衷心的感謝!

編著者

目錄

第1章引論

1.1線性調節器式直流穩壓電源與開關調節器式直流穩壓電源

1.1.1線性調節器式直流穩壓電源

1.1.2開關調節器式直流穩壓電源

1.2高頻開關電源的誕生、結構和定義

1.2.1高頻開關電源的誕生過程

1.2.2現代高頻開關電源的定義和結構形式

1.3開關電源的分類

1.4對開關電源的要求與發展方向

1.5高頻化進程、推動發展的技術與研發趨勢

1.5.1開關電源高頻化的歷史進程

1.5.2當前推動開關電源發展的主要技術

1.5.3開關電源技術的研發趨勢

參考文獻

第2章PWM DC/DC變換器

2.1概述

2.1.1PWM DC/DC變換器的定義與工作模式

2.1.2PWM DC/DC變換器的工作原理

2.2PWM DC/DC變換器電路與對偶

2.2.1PWM DC/DC變換器的基本電路

2.2.2PWM DC/DC變換器的等效電路

2.2.3PWM DC/DC變換器的對偶

2.2.4功率開關器件的對偶

2.3隔離式PWM DC/DC變換器

2.3.1單端隔離式PWM DC/DC變換器

2.3.2正激式PWM DC/DC變換器

2.3.3雙管正激式PWM DC/DC變換器

2.3.4反激式PWM DC/DC變換器

2.3.5雙端隔離式PWM DC/DC變換器

2.3.6PWM DC/DC推挽變換器

2.3.7PWM DC/DC半橋變換器和全橋變換器

2.3.8隔離式PWM DC/DC變換器的比較

2.4基本PWM DC/DC變換器的演化與級聯

2．4．1基本PWM DC/DC變換器的演化

2．4．2基本PWM DC/DC變換器的級聯

2.5PWM DC/DC變換器模塊

2.6PWM DC/DC變換件及其特性

2.6.1開關管

2.6.2二極管

2.6.3電感與電容

2.7PWM DC/DC變換器的功能、組成與它們之間的關繫

2.7.1PWM DC/DC變換器的功能

2.7.2PWM DC/DC變換器的組成

2.7.3PWM DC/DC變換器之間的關繫

參考文獻

第3章PWM DC/DC變換器的原理

3.1Buck降壓式PWM DC/DC變換器

3.1.1主電路組成和控制方式

3.1.2電感電流連續時Buck變換器的工作原理和基本關繫

3.1.3電感電流斷續時Buck變換器的工作原理和基本關繫

3.1.4電感電流連續的邊界

3.1.5Buck降壓式PWM DC/DC 變換器的效率

3.2Boost升壓式PWM DC/DC 變換器

3.2.1主電路組成和控制方式

3.2.2電感電流連續時Boost升壓式PWM DC/DC變換器的工作原理和基本關繫

3.2.3電感電流斷續時Boost升壓式PWM DC/DC變換器的工作原理和基本關繫

3.2.4電感電流連續的邊界

3.3Buck.Boost升降壓式PWM DC/DC變換器

3.3.1主電路組成和控制方式

3.3.2電流連續時Buck.Boost升降壓式PWM DC/DC變換器的工作原理和基本關繫

3.3.3電流斷續時Buck.Boost變換器的工作原理和基本關繫

3.3.4電感電流連續的邊界

3.4Cuk PWM DC/DC 變換器

3.4.1主電路組成和控制方式

3.4.2電流連續時Cuk變換器的工作原理和基本關繫

3.4.3電流斷續時Cuk變換器的工作原理和基本關繫

3.4.4兩個電感有耦合的Cuk變換器

3.5Zeta PWM DC/DC變換器

3.5.1主電路組成和控制方式

3.5.2電流連續時Zeta變換器的工作原理和基本關繫

3.5.3電流斷續時Zeta變換器的工作原理和基本關繫

3.6SEPIC PWM DC/DC變換器

3.6.1主電路組成和控制方式

3.6.2電流連續時SEPIC變換器的工作原理和基本關繫

3.7正激式(Forward)PWM變換器

3.7.1主電路組成和控制方式

3.7.2電流連續時正激式變換器的工作原理和基本關繫

3.8反激式(Flyback)PWM變換器

3.8.1主電路組成和控制方式

3.8.2電流連續時反激式變換器的工作原理和基本關繫

3.8.3電流斷續時Flyback變換器的工作原理和基本關繫

3.9推挽式(Push.Pull)變換器

3.9.1推挽式逆變器

3.9.2推挽式PWM變換器

3.9.3推挽式變換器的鐵芯偏磁

3.10半橋式(Half.Bridge) PWM DC/DC 變換器

3.10.1半橋式逆變器

3.10.2半橋式PWM DC/DC 變換器

3.10.3考慮漏感時半橋式PWM變換器的工作原理

3.11全橋式(Full.Bridge)變換器

3.11.1全橋式逆變器

3.11.2全橋式PWM DC/DC變換器

3.11.3全橋式變換器中直流分量的抑制

3.12雙管正激式(Switches Forward)PWM DC/DC變換器

3.12.1兩個雙管正激式變換器的串聯輸入/並聯輸出

3.12.2並聯輸入、同一濾波電感輸出電路

3.12.3雙管正激式變換器的能量反饋電路

3.13有源鉗位正激式變換器

3.14各種PWM DC/DC變換器的電路類型及特點比較

3.15幾種三電平變換器

3.15.1基本型三電平變換器

3.15.2隔離式三電平變換器

3.16電能雙向流動的PWM DC/DC變換器

3.16.1基本雙向變換器電路的構成

3.16.2推挽式雙向變換器電路的構成

參考文獻

第4章變換器的吸收電路與軟開關技術

4.1變換器中的吸收電路

4.1.1吸收電路的作用

4.1.2吸收電路的類型

4.1.3關斷吸收電路(turn.off Snubber)

4.1.4開通吸收電路(turn.on Snubber)

4.1.5組合吸收電路

4.1.6LCD吸收電路

4.1.7廣義軟開關技術

4.2PWM DC/DC變換器的高頻化與軟開關技術

4.2.1軟開關技術與高頻化

4.2.2軟開關技術的發展現狀與分類

4.2.3零電流開關和零電壓開關

4.3諧振變換器

4.3.1串聯諧振變換器和並聯諧振變換器

4.3.2串並聯諧振變換器

4.3.3ZCS/ZVS準諧振變換器

4.4多諧振變換器

4.5ZCS.PWM變換器

4.5.1工作原理

4.5.2參數設計

4.5.3ZCS.PWM變換器的基本電路族及其優、缺點

4.6ZVS PWM變換器

4.6.1工作原理

4.6.2參數設計

4.6.3ZVS PWM變換器的基本電路族及其優、缺點

4.7零電壓轉換(ZVT)PWM變換器

4.7.1工作原理

4.7.2輔助電路的參數設計

4.7.3ZVT PWM變換器的基本電路族及其優、缺點

4.8改進型ZVT PWM變換器

4.8.1工作原理

4.8.2輔助電路的參數設計

4.8.3改進型ZVT PWM變換器的基本電路族及其優點

4.9零電流變換(ZCT)PWM變換器

4.9.1工作原理

4.9.2輔助支路的能量調節

4.9.3參數設計

4.9.4ZCT PWM變換器的基本電路族及其優、缺點

4.10改進型ZCT PWM變換器

4.10.1工作原理

4.10.2參數設計

4.10.3改進型ZCT PWM變換器的基本電路族及其優、缺點

參考文獻

第5章有源鉗位技術與移相控制ZVS PWM變換器

5.1有源鉗位軟開關變換技術

5.1.1有源鉗位正激式變換器

5.1.2參數設計

5.2有源鉗位ZVS PWM正激式變換器

5.2.1有源鉗位ZVS PWM正激式變換器的工作原理

5.2.2有源鉗位ZVS PWM正激式變換器的優點

5.3ZVT PWM正激式變換器

5.3.1工作原理

5.3.2參數設計

5.3.3ZVT PWM正激式變換器的優、缺點

5.4ZVT雙管正激式變換器

5.4.1工作原理

5.4.2參數設計

5.4.3ZVT雙管正激式變換器的優點

5.5ZCT雙管正激式變換器

5.6有源鉗位反激式變換器

5.7有源鉗位反激-正激式變換器

5.8移相控制ZVS PWM DC/DC全橋變換器

5.8.1工作原理

5.8.2兩個橋臂實現ZVS的差異

5.8.3實現ZVS的策略及次級占空比的丟失

5.8.4整流二極管的換流

5.8.5移相控制ZVS PWM DC/DC全橋變換器的特點與效率

5.9移相控制ZVZCS.PWM DC/DC全橋變換器

5.9.1工作原理

5.9.2參數設計

5.9.3移相控制ZVZCS.PWM DC/DC全橋變換器的優點與效率

5.10移相控制ZCS.PWM DC/DC全橋變換器

5.10.1工作原理

5.10.2超前管和滯後管實現ZCS的差異

5.10.3實現ZCS的策略及電流占空比的丟失

5.11ZVS PWM二極管鉗位三電平DC/DC變換器

5.11.1工作原理

5.11.2實現ZVS條件和次級占空比的丟失

5.11.3特點和效率

參考文獻

第6章高頻開關變換器中件

6.1概述

6.2高頻磁芯的特性和參數

6.2.1磁導率與常用參數式

6.2.2磁滯回線

6.2.3動態磁滯回線的測試

6.2.4基本磁化曲線

6.2.5不對稱局部磁滯回線

6.2.6伏秒積分

6.2.7磁芯損耗

6.3磁性材料和磁芯結構

6.3.1開關電源常用的磁性材料

6.3.2磁芯結構形式（geometries）

6.4電感

6.4.1電感的基本公式和磁芯氣隙

6.4.件儲能與高件的等效電路模型

6.4.3直流濾波電感

6.4.4自飽和電感和可控飽和電感

6.5變壓器

6.5.1勵磁電感與漏電感

6.5.2高頻變壓器模型

6.5.3變壓器的磁分析

6.5.4平面變壓器

6.5.5空芯PCB變壓器

6.5.6集成高件

6.5.7壓電變壓器

6.件中導體的集膚效應和鄰近效應

6.6.1集膚效應

6.6.2鄰近效應

6.7高頻變壓器的設計方法

6.7.1高頻變壓器的功率體積設計法

6.7.2高頻變壓器的調整率體積法

6.7.3高頻變壓器設計方法的例題

6.7.4平面功率變壓器的設計

6.8電感器的設計方法

6.8.1電感器的功率體積設計法

6.8.2電感器的調整率體積設計法

6.8.3無直流偏壓的電感器設計

6.9可飽和電感和磁放大器在開關變換器中的應用

6.9.1可飽和電感基本物理特性及應用

6.9.2磁放大器的基本原理及在變換器中的應用

6.9.3可飽和電感與磁放大器的聯合應用

6.10直流脈衝電流互感器

6.10.1工作原理

6.10.2電流互感器設計方法

參考文獻

第7章高頻開關變換器的輸出同步整流技術

7.1輸出功率整流二極管

7.1.1功率整流二極管的模型及主要參數

7.1.2輸出整流用的幾種快速開關二極管

7.2同步整流技術

7.2.1同步整流的基本工作原理

7.2.2同步整流管的主要參數

7.3同步整流的驅動方式與SR的控制時序

7.3.1同步整流的驅動方式

7.3.2SR的控制時序與同步整流電路

7.4電壓型自驅動方式與控制驅動方式

7.4.1電壓型自驅動方式

7.4.2控制驅動方式

7.5電流型自驅動方式與混合驅動方式

7.5.1電流型自驅動方式

7.5.2混合驅動方式

7.6SR.Buck變換器

7.7SR.正激式變換器

7.7.1有磁復位繞組的SR.正激式變換器

7.7.2SR.有源鉗位正激式變換器

7.8SR.反激式變換器

7.9SR在DC/DC PWM變換器中的應用舉例

7.9.1全波SR在半橋式DC/DC PWM變換器中的應用舉例

7.9.2倍流SR在半橋式DC/DC PWM變換器中的應用舉例

7.9.3倍流SR在全橋式DC/DC PWM變換器中的應用舉例

參考文獻

第8章有源功率因數校正技術

8.1功率因數和功率因數校正的主要方法

8.1.1輸入功率因數

8.1.2對輸入端諧波電流的限制

8.1.3提高輸入功率因數的主要方法

8.1.4有源功率因數校正法的分類

8.2非線性電路的功率因數和THD

8.2.1非線性電路功率因數的定義

8.2.2PF與THD的關繫

8.3單相Boost PFC變換器

8.3.1DCM Boost PFC變換器

8.3.2CCM Boost PFC變換器

8.3.3CRM Boost PFC變換器

8.3.4Boost PFC電路的主要優、缺點

8.4APFC的控制方法

8.4.1電流峰值控制法

8.4.2電流滯環控制法

8.4.3平均電流控制法

8.5PFC集成控制電路

8.5.1UC3854A/B

8.5.2UC3855A/B

8.5.3L6561

8.6單相反激式PFC變換器

8.6.1CCM反激式PFC變換器

8.6.2DCM反激式PFC變換器

8.6.3反激式PFC變換器的優、缺點

8.7單級單開關PFC變換器

8.7.1集成PFC整流器-調節器

8.7.2BIFRED變換器

8.7.3BIBRED變換器

8.7.4集成PFC整流器-調節器的優、缺點

8.7.5變頻控制

8.7.6S4 PFC正激式變換器

8.8三相PFC變換器

8.8.1三個單相Boost PFC變換器組成三相PFC整流器

8.8.2三相單開關DCM Boost整流器

8.8.3三相CCM Boost整流器

8.8.4三相CCM Buck整流器

8.8.5三相三電平Boost PFC變換器

8.8.6空間相量控制

8.8.7三相三電平Boost PFC整流器的SPWM節能控制

參考文獻

.

.

第9章高頻開關變換器的控制電路與驅動電路

9.1驅動電路

9.1.1對驅動電路的要求

9.1.2集成電路直接驅動

9.1.3加入驅動功率放大級驅動

9.1.4用變壓器耦合驅動

9.1.5光耦合器驅動器

9.2PWM控制器

9.2.1電壓模式PWM控制器

9.2.2電流模式PWM控制器

9.3電壓型控制

9.4電流型控制

9.4.1電流峰值控制

9.4.2平均電流型控制

9.4.3滯環電流型控制

9.5電荷控制

9.6單周期控制

9.7前饋控制

9.8數字控制(離散控制)

9.8.1數字控制的特點

9.8.2離散PID算法

9.8.3改進的離散PID算法

9.9控制電路與驅動電路的隔離方法

9.10L5991電流模式控制芯片

9.10.1L5991的功能及內部框圖

9.10.2典型應用

9.11UCC38500控制芯片

9.11.1UCC38500簡介

9.11.2UCC38500的實際應用

參考文獻

第10章開關電源設計中的兩項新技術

10.1智能功率開關

10.1.1工作模式及主要性能

10.1.2分類及工作原理

10.1.3智能化的發展

10.2智能功率開關IR4010的應用舉例

10.2.1IR4010功率