開關(guān)電源設(shè)計與優(yōu)化（第二版）

目 錄
第1章 穩(wěn)壓器的基準(zhǔn) 1
第1部分 概述 1
平衡性設(shè)計 1
創(chuàng)造性經(jīng)驗(yàn) 2
靜態(tài)和動態(tài)調(diào)節(jié) 3
第2部分 認(rèn)知電壓基準(zhǔn) 5
一般電壓基準(zhǔn) 5
帶隙基準(zhǔn) 7
更好地理解BJT（PTAT和CTAT） 7
帶隙基準(zhǔn)原理 14
第3部分 分壓器的設(shè)計 24
輸出誤差來源：分壓器輸入偏置電流 24
輸出誤差來源：分壓電阻公差 27
輸出誤差來源：商用電阻值 28
分壓器：由誤差放大器的類型帶來的限制 31
分壓器：正確的PCB布局 33
第2章 DC-DC變換器：拓?fù)浼敖M態(tài) 35
第1部分 開關(guān)電源變換器原理介紹 35
注意隱藏的細(xì)節(jié) 35
什么是“地”? 35
三種基本開關(guān)拓?fù)?37
為什么可以升壓/降壓？ 37
電流紋波率 40
輸入、輸出電流平均值 44
三種拓?fù)涞哪芰筷P(guān)系 44
變換器中的損耗關(guān)系 48
非理想情況的占空比方程 51
電源變換器的功率縮放比例指南 54
第2部分 基本波形分析與應(yīng)力計算 55
分段線性波形的一般分析方法 55
其他類型波形的有效值與平均值 60
電容的電流波形 60
寬輸入電壓與設(shè)計切入點(diǎn) 63
r如何隨輸入電壓和負(fù)載變化 65
電容有效值如何隨輸入電壓和負(fù)載變化 66
應(yīng)力曲線圖 66
邊界（臨界）導(dǎo)電 68
使用太大的電感（小r） 69
平頂近似 70
第3部分 拓?fù)湫螒B(tài)學(xué) 72
簡介 72
N型與P型開關(guān)管 72
LSD單元 72
開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)涞慕M態(tài) 74
開關(guān)IC的基本類型 76
反激、Buck-Boost和Boost變換器IC的比較 77
電感選擇的標(biāo)準(zhǔn) 79
Buck和Buck-Boost（類型1和類型2）IC的其他可能的應(yīng)用 80
實(shí)際例子 82
差分電壓采樣 87
一些拓?fù)涞募?xì)微差別 88
第3章 現(xiàn)代變換器、復(fù)合拓?fù)浜拖嚓P(guān)技術(shù) 90
第1部分 基本拓?fù)?90
同步DC-DC變換器 90
同步Buck工作模式 91
FAN5340 93
另一種可能直通的情況：CdV/dt引起的導(dǎo)通 94
Buck中的升壓和Boost中的降壓 94
Buck變換器的并聯(lián)和交錯 99
第2部分 復(fù)合拓?fù)?103
第4章 不連續(xù)導(dǎo)電模式的理解與應(yīng)用 109
引言 109
如何計算DCM占空比方程 113
相關(guān)文獻(xiàn)中DCM的處理 114
基于r最優(yōu)設(shè)置的DCM簡化方法 116
列表DCM的應(yīng)力方程 116
繪制從CCM至DCM的關(guān)鍵應(yīng)力 117
Buck-Boost的臨界輸入電壓 121
通用輸入反激變換器的研究 123
通用輸入反激變換器的過載裕量 126
Buck的CCM與DCM閉式方程的比較 127
Buck、Boost與Buck-Boost的DCM閉式方程 128
第5章 AC-DC功率變換的綜合前級設(shè)計 130
第1部分 無功率因數(shù)校正的前級電路 130
反激變換器及閉式方程 130
不同“電容量/瓦”的下垂曲線 133
不同的UVLO？ 133
正常工作時閉式方程迭代的切入點(diǎn) 134
通用輸入單端正激變換器（無功率因數(shù)校正） 136
編制的設(shè)計表 139
保持時間與電容器電流有效值要求的典型最小電容值（數(shù)值例子） 141
電容器電流有效值估算（高頻分量） 142
帶有無頻率相關(guān)ESR的輸入電容器的總電流有效值 143
帶有頻率相關(guān)ESR的輸入電容器的總電流有效值 144
EMI濾波器的效率 145
小功率正激變換器？ 145
第2部分 帶有功率因數(shù)校正的前級電路 146
PFC Boost的瞬時占空比 150
PFC Boost級電路保持時間的考慮 151
同步與反相同步技術(shù) 152
寬輸入范圍的反相同步 153
高頻與低頻有效值的計算 155
大電容的低頻分量有效值的快速估算 156
大電容的高頻分量有效值的快速估算 156
電容器選型與比較的數(shù)值表 156
PFC扼流圈的設(shè)計與PFC設(shè)計的表格 157
PFC實(shí)際設(shè)計的一些細(xì)節(jié) 160
第6章 AC-DC應(yīng)用的拓?fù)洌汉喗?163
引言 163
第1部分 （簡單的）正激變換器 163
推挽（Push-Pull）的磁通平衡 169
半橋的磁通階梯效應(yīng) 169
第2部分 （復(fù)雜的）反激變換器 170
集成功率（IP）開關(guān) 171
反激變換器的等效Buck-Boost模型 171
多路輸出反激變換器的處理 177
一次側(cè)漏電感問題 178
二次側(cè)漏電感問題 180
反激變換器優(yōu)化及深入分析 182
RCD鉗位 185
損耗估算（圖形法） 189
注意正確計算開關(guān)管和采樣電阻的損耗 191
使用600V開關(guān)管的實(shí)際反激變換器的設(shè)計 193
較高的VOR如何影響輸出二極管額定值 193
脈沖跳躍和假負(fù)載 194
高輸入電壓時的過載保護(hù)（前饋） 196
第7章 功率變換中的磁學(xué)綜述 198
基本的磁學(xué)概念和定義（MKS單位） 198
電-磁類比 200
電感方程 201
電壓無關(guān)方程 201
電壓相關(guān)方程 203
磁學(xué)單位 207
磁動勢（mmf）方程 208
環(huán)型磁芯的有效面積和有效長度 209
E型磁芯的有效面積和有效長度 209
氣隙的影響 211
氣隙因子z 213
z的成因和意義 213
B與H的關(guān)系 216
帶氣隙E型磁芯 216
儲能考慮：如何改變實(shí)際的氣隙，達(dá)到最優(yōu) 217
氣隙與磁芯中的能量 219
z的最優(yōu)設(shè)計目標(biāo)值 220
B-H曲線 221
精心設(shè)計原則有助于減小磁芯尺寸 222
更好地理解L 223
比例：電感和反激變換器變壓器之間的差異 224
“真正的”變壓器 224
邊緣磁通校正 229
邊緣磁通校正應(yīng)用舉例 232
第8章 帶抽頭電感（基于自耦變壓器）的變換器 233
引言 233
帶抽頭電感的Buck拓?fù)?234
其他帶抽頭電感的電路和占空比 237
第9章 DC-DC變換器電感的選擇 239
引言 239
基礎(chǔ)知識 239
確定電流紋波率r 240
電感的映射 241
r和L的選擇 242
以電流來表示B 243
磁學(xué)中的錯誤直覺 244
固定頻率時調(diào)整幾何尺寸來優(yōu)化磁芯損耗 244
頻率改變時通過調(diào)整幾何形狀優(yōu)化磁芯損耗 246
實(shí)際應(yīng)用的電感評估 248
第10章 反激變換器變壓器設(shè)計基礎(chǔ) 253
電壓相關(guān)方程：一種實(shí)用形式 253
無氣隙磁芯中與磁芯體積相關(guān)的儲能 253
帶氣隙磁芯的一般能量關(guān)系 254
AL與?的一般關(guān)系 254
VOR=100V的通用輸入反激變換器的占空比 254
面積×匝數(shù)規(guī)則 255
實(shí)例（第1部分） 255
優(yōu)化的一些細(xì)節(jié) 258
用于反激變換器變壓器磁芯快速選擇的經(jīng)驗(yàn)法則 258
實(shí)例（第2部分） 259
電流極限對磁芯大小的影響 260
圓密耳（cmil） 262
導(dǎo)線的載流能力 264
集膚深度 264
圖形法和有用的諾謨圖 268
線規(guī)簡介 269
包覆線的直徑 269
SWG的比較 270
第11章 正激變換器磁設(shè)計基礎(chǔ) 272
引言 272
變壓器與扼流圈（電感器）的比較 272
匝數(shù)比計算（最小輸入電壓下） 274
觀測總結(jié) 274
鄰近效應(yīng) 276
再談集膚深度 276
等效銅箔轉(zhuǎn)換 283
幾個對正激變換器磁芯快速選擇有用的方程 284
排線與絞線 285
磁芯損耗計算 286
第12章 正激與反激變換器：詳細(xì)設(shè)計步驟與對比 289
引言 289
窗口面積和面積乘積的精細(xì)分類（一些新術(shù)語） 291
功率和面積乘積的關(guān)系 292
電流密度和基于D的變換 294
優(yōu)化電流密度 294
行業(yè)推薦的正激變換器的面積乘積公式 297
繪制正激變換器的行業(yè)推薦方程 300
對稱變換器的面積乘積 303
安全變壓器功率傳輸能力的更準(zhǔn)確估算 305
一次繞組匝數(shù) 307
設(shè)計實(shí)例：反激變換器與正激變換器的替代設(shè)計方法 312
反激變換器的行業(yè)電流密度指標(biāo) 330
正激變換器和反激變換器儲能需求的對比 331
第13章 PCB與熱管理 333
第1部分 PCB與布局 333
引言 333
走線分析 333
注意事項(xiàng) 336
銅走線尺寸 337
布置反饋?zhàn)呔€ 339
布置電流采樣走線 339
接地層 339
一些制造問題 341
PCB制造商和Gerber文件 343
第2部分 熱管理 344
引言 344
熱測量和效率估計 344
自然對流方程 346
以往的定義 346
有效方程 347
方程的處理 348
兩個標(biāo)準(zhǔn)方程的比較 349
熱力學(xué)理論里的h 349
使用標(biāo)準(zhǔn)方程的表格 350
PCB散熱 353
高空自然對流 354
強(qiáng)迫風(fēng)冷 354
輻射傳熱 356
其他問題 356
第14章 閉環(huán)系統(tǒng)：反饋與穩(wěn)定 358
基本術(shù)語 358
第1部分 電流模式控制器的穩(wěn)定 362
背景 362
電壓模式控制的輸入電壓前饋（源于CMC） 367
需要的斜率補(bǔ)償量 368
避免次諧波不穩(wěn)定性的一般規(guī)則 371
第2部分 回溯：電壓模式、電流模式到滯環(huán) 372
引言 372
被控對象傳遞函數(shù) 373
CMC與VMC對比的結(jié)論 385
滯環(huán)控制：能量的按需傳輸 385
第3部分 設(shè)計例子：VMC與CMC非隔離變換器，以及
基于TL431+光耦的隔離反激變換器 390
VMC與CMC設(shè)計例子，應(yīng)用2型和3型誤差放大器或跨導(dǎo)放大器 390
應(yīng)用TL431和光耦的設(shè)計例子 394
第15章 實(shí)際EMI濾波器的設(shè)計 403
CISPR 22標(biāo)準(zhǔn) 403
LISN 403
傅里葉級數(shù) 404
梯形波 405
實(shí)際差模濾波器的設(shè)計 406
實(shí)際共模濾波器的設(shè)計 407
第16章 反激和正激變換器的復(fù)位技術(shù) 410
第1部分 反激變換器變壓器（漏感）的復(fù)位 410
齊納（Zener）鉗位 410
RCD鉗位 412
無損緩沖電路 413
第2部分 正激變換器變壓器（磁化電感）的復(fù)位 414
引言 414
復(fù)位繞組 415
有源鉗位復(fù)位 418
分析與結(jié)論（圖16.9～圖16.11） 423
高壓側(cè)或低壓側(cè)有源鉗位哪種更優(yōu) 426
第17章 可靠性、測試及安全問題 428
引言 428
可靠性定義 428
卡方分布 429
責(zé)任失效 430
保修費(fèi)用 431
可靠性計算 432
電源的測試與認(rèn)證 433
安全問題 434
工作電壓的計算 435
電容器壽命的估算 438
總Y電容的安全限制 443
安全與便宜的齊納二極管 444
第18章 可用的功率：揭秘Buck變換器的效率 446
第1部分 損耗分解與分析 446
引言 446