了得網工業技術_開關電源仿真與設計—

內容簡介

本書全面介紹了開關電源變換器的理論和仿真方法，內容主要有：電源變換器介紹、小信號建模、反饋和控制環、基本功能電路和通用模型、非隔離變換器前端整流和功率因數校正電路的仿真與設計、反激式變換器的仿真和設計、正激式變換器的仿真和設計等。本書創建了多種市場上流行變換器的理論方程，給出了相應的SPICE模型，提供了大量電路和仿真曲線插圖，為讀者描述了完整的開關電源變換器理論和仿真設計方法。本書特色是對開關電源理論不進行過於學術化的討論，隻給出必需的理論方程推導，同時通過大量實例介紹了仿真方法，並提供了應用常用仿真軟件對這些開關電源變換器電路進行仿真的完整模型，架起了理論分析和市場應用之間的橋梁。

作者簡介

Christophe P. Basso，1985年獲法國蒙彼利埃大學學士學位，2004年獲法國圖盧茲國家理工大學功率電子方向電氣工程學碩士學位，IEEE資深會員。現任安森美公司法國工程主管，開發了大量受歡迎的開關電源控制器。在功率電子方向著有多本專著，並持有29項專利。

第1章電源變換器介紹
1.1 電路真的需要仿真嗎
1.2 本書討論的內容
1.3 本書不討論的內容
1.4 用電阻變換電源
1.5 用開關變換功率
1.6 占空比因子
1.7 降壓變換器
1.8 升壓變換器
1.9 降壓升壓變換器
1.10 輸入濾波
1.11 小結
附錄1A RLC傳輸函數
附錄1B 電容等效模型第1章電源變換器介紹

1.1 電路真的需要仿真嗎

1.2 本書討論的內容

1.3 本書不討論的內容

1.4 用電阻變換電源

1.5 用開關變換功率

1.6 占空比因子

1.7 降壓變換器

1.8 升壓變換器

1.9 降壓升壓變換器

1.10 輸入濾波

1.11 小結

附錄1A RLC傳輸函數

附錄1B 電容等效模型

附錄1C 電源按拓撲的分類

附錄1D CCM和DCM開關波形的均方根值

第2章小信號建模

2.1 態空間平均（SSA）

2.2 PWM開關模式――電壓模式

2.3 PWM開關模型――電流模式

2.4 PWM開關模型―件效應

2.5 在邊界導通模式下的PWM模型

2.6 PWM開關模型――電路集

2.7 其他平均模型

2.8 小結

附錄2A 變換器基本傳輸函數

附錄2B 極點、零點和復平面簡介

附錄2C 電壓模式DCM升壓變換器小信號分析

第3章反饋和控制環

3.1 觀察點

3.2 穩定判據

3.3 相位裕度和瞬態響應

3.4 交叉頻率選擇

3.5 補償網絡構建

3.6 簡易穩定性工具――k因子

3.7 用TL431實現反饋

3.8 光耦合器

3.9 運算跨導放大器

3.10 分流調節器

3.11 應用PSIM和SIMPLIS實現小信號響應

3.12 小結

附錄3A 自動放置極-零點

附錄3B TL431 SPICE模型

附錄3C 放大器類型2手動放置極-零點

附錄3D 理解閉環繫統中的虛地

第4章基本功能塊和通用開關模型

4.1 用於快速仿真的通用模型

4.2 運算放大器

4.3 具有給定扇出數的電源

4.4 件產生的電壓

4.5 磁滯開關

4.6 欠壓鎖定（UVLO）功能塊

4.7 前沿消隱

4.8 具有磁滯作用的比較器

4.9 邏輯門

4.10 變壓器

4.11 非穩態發生器

4.12 通用控制器

4.13 死區時間的產生

4.14 短脈衝發生器

4.15 通用模型列表

4.16 收斂選項

4.17 小結

附錄4A 磁件設計中所用術語的簡要回顧

附錄4B 為變壓器模型提供物理值

第5章非隔離變換器的仿真和設計實踐

5.1 降壓變換器

5.2 升壓變換器

5.3 降壓-升壓變換器

附錄5A 工作於非連續工作模式的升壓變換器設計公式

第6章離線變換器前端的仿真和設計實踐――前端電路

6.1 整流橋

6.2 功率因數校正

6.3 BCM升壓PFC設計

6.4 小結

附錄6A 二極管和輸出電容電流約束：從不同視角觀察

附錄6B 工作於電壓或電流模式控制的邊界導通模式（BCM）變換器功率校正電路小信號模型

第7章反激式變換器仿真和設計實踐

7.1 隔離降壓-升壓變換器

7.2件條件下的反激式變換器波形

7.3 件的反激式變換器波形

7.4 準諧振反激變換器

7.5 鉗位作用時觀察漏極信號

7.6 漏極電壓偏移鉗位

7.7 求DCM工作條件下的谷點

7.8 鉗位網絡的設計

7.9 雙開關反激式變換器

7.10 有源鉗位

7.11 反激式拓撲的小信號響應

7.12 反激式變換器的實際考慮

7.13 過功率補償

7.14 變換器的待機功率

7.15 20 W單輸出電源

7.16 90 W單輸出電源

7.17 35 W多輸出端電源

7.18 反激式件約束

7.19 小結

附錄7A 通過波形求變壓器參數

附錄7B 應力

附錄7C 90 W適配器的變壓器設計

附錄7D 工作於準諧振的反激變換器小信號模型

附錄7E 含非線性變化寄生電容的開關損耗

附錄7F 變壓器磁心飽和度測試

第8章正激變換器的仿真和實用設計

8.1 隔離降壓變換器

8.2 復位方案1：第3繞組

8.3 復位方案2：雙開關結構

8.4 復位方案3：諧振退磁

8.5 復位方案4：RCD鉗位

8.6 復位方案5：有源鉗位

8.7 同步整流

8.8 多輸出正激式變換器

8.9 正激變換器的小信號響應

8.10 單輸出12 V/250 W正激式變換器設計

8.11 正激變件約束

8.12 小結

附錄8A 應用自舉技術的半橋驅動器

附錄8B 阻抗折算

附錄8C 250 W適配器的變壓器和電感設計

附錄8D 工作於電壓模式控制的有源鉗位正向變換器小信號模型

附錄8E 網頁內容

結語

前言

譯者序
作者Basso先生是安森美公司法國圖盧茲分公司的工程部經理，他在ac-dc和dc-dc開關電源設計領域有獨到的研究，是許多PWM控制器的研制者。他研制的NCP120X繫列控制器已經成為離線電源的待機功率標準。本書版涉及兩方面的內容——開關電源和電路仿真。就開關電源而言，它作為一種電子設備專用電源，極受當今工程技術人員關注。開關電源以其輕、薄、小和高效率的特點為人們所熟悉，是各種電子設備小型化和低成本化不可缺少的一種電源方式，已成為當今電源的主流。與此相應，國內出版了許多介紹開關電源工作原理和設計的好書，大大方便了從事開關電源研究和設計的工程技術人員。但美中不足的是，這類書籍的內容往往過於學術化，使初涉開關電源設計領域的工作者望而卻步。另外，這類書籍缺乏比較直觀的、可供讀者直接進行訓練的手段。本書的另一內容是SPICE仿真。近十多年來，電力電子技術在國內外蓬勃發展，相應的仿真方法和軟件也大量出現，並得到了廣泛應用。書中對開關電源的理論做了十分清晰但不復雜的分析推導，並給出了目前市場上流行的開關電源拓撲的SPICE模型及仿真結果，提供了大量插圖，很好地搭起了理論和實際之間的橋梁，使初學者能很快通過書中實例，應用仿真方法來體會電路的奧秘。同時熟練的設計者能從書中找到許多設計和仿真過程中踫到的疑難問題的解決方法。譯者序

作者Basso先生是安森美公司法國圖盧茲分公司的工程部經理，他在ac-dc和dc-dc開關電源設計領域有獨到的研究，是許多PWM控制器的研制者。他研制的NCP120X繫列控制器已經成為離線電源的待機功率標準。本書版涉及兩方面的內容——開關電源和電路仿真。就開關電源而言，它作為一種電子設備專用電源，極受當今工程技術人員關注。開關電源以其輕、薄、小和高效率的特點為人們所熟悉，是各種電子設備小型化和低成本化不可缺少的一種電源方式，已成為當今電源的主流。與此相應，國內出版了許多介紹開關電源工作原理和設計的好書，大大方便了從事開關電源研究和設計的工程技術人員。但美中不足的是，這類書籍的內容往往過於學術化，使初涉開關電源設計領域的工作者望而卻步。另外，這類書籍缺乏比較直觀的、可供讀者直接進行訓練的手段。本書的另一內容是SPICE仿真。近十多年來，電力電子技術在國內外蓬勃發展，相應的仿真方法和軟件也大量出現，並得到了廣泛應用。書中對開關電源的理論做了十分清晰但不復雜的分析推導，並給出了目前市場上流行的開關電源拓撲的SPICE模型及仿真結果，提供了大量插圖，很好地搭起了理論和實際之間的橋梁，使初學者能很快通過書中實例，應用仿真方法來體會電路的奧秘。同時熟練的設計者能從書中找到許多設計和仿真過程中踫到的疑難問題的解決方法。

第二版相對版做了許多更新，在理論上新增了基本方程及詳盡的公式推導, 新增了均方根電流分析、QR變換器、跨導放大器補償電路、晶體管級TL431模型等內容; 在仿真技術上應用了SPICE的新特點和功能，詳細地解釋了如何進行開關電源仿真、測試及改進設計的步驟。提供了用SPICE工具短周期內設計制造更小型、更高效散熱的電源方法。本書是從事開關電源電路開發、設計和應用的工程技術人員，LED燈具驅動設計人員，電力電子類專業高年級學生和研究生的優秀參考書。

由於譯者水平有限，錯誤之處在所難免，敬請讀者指正。

呂章德

譯於紹興文理學院

前言

很高興向讀者介紹本書的第2版。我想感謝所有為本書第1版的成功做出過貢獻的讀者。我收到了來自世界各地的大量溫暖和支持性的信息，這些信息對我而言都是非常有益的。沒有你們，這本新書將不會存在。有些讀者友好地指出了第1版中發現的排印錯誤和內容誤差。幾年來我把這些信息列表彙總，並用該列表來簡潔方程和圖形。

修訂一本書並不簡單，因為有些讀者會反對新書中更新的內容過少，而有些讀者會抱怨新版本與他們所購買的第1版呈現過多不同的內容！毋庸置疑，要讓兩部分人都高興是很困難的事情。忠實於原有的方法，我增加了一些做了詳盡數學處理的主題，便於讀者理解和學習本書。第1章增加了基本電路的均方根描述。在大多數現有著作中，作者隻給出公式而沒有公式推導，經常會把讀者的分析限制在單向模式中。本書探討了雙向模式並做了詳細探討，章末以表格形式做了清晰的總結。提供了大量的Mathcad文檔，以便於讀者評估自己的電路。第2章擴展了工作於非連續導通模式升壓變換器PWM開關和前饋補償增益的內容。第3章現在包含了基於OTA的補償電路並提供了晶體管級TL431模型。第4章對D觸發器和前沿消隱定時器模塊做了一些修改。第6章現在增加了工作於電壓或電流模式的邊界導通升壓PFC電路的完整小信號分析。第7章詳細討論了所有固定頻率非連續和連續反激變換器的過功率現像，包括準諧振的情況，其中一個附錄中論述了準諧振反激變換器小信號模型。第8章包含了工作於電壓模式控制的有源鉗位正向變換器新的小信號模型。

希望讀者能對第2版感興趣，特別是對新增加的內容。盡管盡了努力，但少許拼寫或內容錯誤總會逃過我的眼睛，若讀者能把對本書的校正或評論信息發送至郵箱，我會非常高興。通常，我會將這些信息保留並把它們彙總在網頁上，便於讀者們閱讀交流。我先向你表示感謝並祝你在設計中好運。

Christophe P. Basso

致謝

首先要真誠地感謝我的家庭成員，我的妻子Anne及兩個可愛的孩子Lucile和Paul。修訂近千頁的書稿不可能一夜完成，我很慶幸可以花無休止的時間來修改和書寫新的段落而未影響家庭生活。現在，書稿已經完成，我很高興又可以和家人一起徒步旅行、騎車、閱讀，一起度過休閑時光。

本書的修訂出版得到了許多人的幫助。我想感謝安森美公司的朋友和同事Jo＆euml;l Turchi，感謝他與我做了許多次長時間的技術主題討論並為我審閱了書稿；我也很幸運地能經常與一起工作的團隊成員進行討論，他們是Thierry Sutto、Stéphanie Cannenterre、Yann Vaquetté和Jose Capilla博士。他們友好地審閱了第2版的書稿。特別感謝安森美公司的Alain Laprade，他友好地審閱了本書第2版的其中幾章。

感謝我的父母Michele和Paul Basso。在我14歲時，是他們給我買了個電源，培養了我對電子電路的興趣，盡管付出了多次跳閘的代價。還要感謝我少年時期的老師Rene Vinci和Bernard Métral，他們給我這樣好動的學生慢慢地灌輸了熱情和知識。那時，我在Radio-Plans（1982）雜志上發表了篇文章。感謝我的朋友Claude Ducros和Christian Duchemin，他們是該雜志的後一任主編，現在這一雜志已經停刊。後，感謝蒙彼利埃大學的Claudé Duchémin指引我走上了開關電源之路。

本書第1版和第2版吸收了許多知名專家的意見和建議，我為能與他們一起工作而深感榮幸。真誠感謝他們為審閱第1版書稿並指出不準確的內容：Vatche Vorperian博士（噴氣推進實驗室）， Richard Redl博士（Elfi），Ed Bloom（e/j BLOOM聯合公司），Raymond Ridley博士（Ridley工程公司），Ivo Barbi博士（聖卡塔琳娜州聯合大學電力電子技術研究所），Jeff Hall（安森美公司），Dhaval Dalal（Acptek公司）和為磁設計部分友好貢獻了兩個附錄的Monsieur Mullett（安森美公司以前的同事）；Christian Zardini（已從ENSEIRB工程學校退休），Franki Poon和S. C. Tan博士（保和電力電子實驗室和香港理工大學），Dylan Lu博士（悉尼大學），Arnaud Obin（Lord工程公司前職員），V. Ramanarayanan博士（印度班加羅爾科技研究所電氣工程部），Jean-Paul Ferrieux博士（格勒諾布爾電子技術實驗室），Steve Sandler（AEi繫統公司），Didier Balocco博士（安全電力繫統公司前職員），Pierre Aloisi（摩托羅拉公司前職員）。

感謝Intusoft軟件公司員工Larry和Lise Meares及其整個支持團隊（George、Farhad、Everett和Tim），他們在本書大量例證電路的測試過程中為我提供了很大的幫助。還要感謝仿真軟件的編輯，他們友好地貢獻了仿真例子。

後，感謝McGraw-Hill出版公司的Mike McCabe為我提供了出版新版的機會。

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