本书全面、系统地介绍了各种开关电源的工作原理、设计方法及其典型应用。内容包括：14种PWM DC/DC高频开关变换器的基本电路的工作原理、控制技术和设计方法。介绍了高频变换器的吸收电路与软开关技术，高频开关变换器中的磁性元件及其设计与制作工艺，输出同步整流技术、有源功率因数校正技术、高频开关变换器的并联均流技术、热插拔技术；智能功率开关与低输入电压VRM、瞬态建模与分析、频域分析与综合；开关电源的EMC设计、可靠性设计、热设计、优化设计与仿真，以及LED照明驱动器与便携式电子设备低压输入电压变换器等最新应用实例。

前言 所谓高频开关电源，广义地说，凡是利用功率半导体器件作为开关，将一种电源形态变成另一种电源形态的主电路都叫做开关变换器电路，利用高频脉宽调制(PWM)技术或高频脉冲频率调制(PFM)技术，在转变时通过对开关变换器的自动闭环控制来稳定输出电压，并具有保护与显示环节的，则称为高频开关电源。 自从20世纪70年代，用高频开关电源取代线性调节器式电源以来，高频开关电源得到了很大的发展。40多年来，高频开关电源的技术进步和发展历程有三大标志：①功率半导体开关器件用功率场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)取代了70年代使用的普通功率晶体管；②高频化PWM与PFM控制技术的应用和软开关技术的应用；③开关电源系统集成技术的应用。现代的高频开关电源技术是发展最快、应用最广泛的一种电力电子电源技术。可以说，凡是用电的电子设备没有不用开关电源的，如家用电器中的电视机、个人计算机、音响设备、日光灯镇流器、医院的医疗设备、通信电源、航空航天电源、UPS电源、变频器电源、交流电动机的变频调速电源、便携式电子设备的电源等，都要使用高频开关电源。它的应用面之广、应用数量之大是任何电力电子电源都无法比拟的。由于高频开关电源的应用面最广、应用的数量多，因而从事高频开关电源研发的工程科技人员也是最多的。由于读者面广，所以有关高频开关电源的科技图书也出版得较多。但根据读者的反映，能够全面系统地介绍现代高频开关电源技术与设计应用的书却不多，特别是能反映近几年高频开关电源最新技术的书籍更少。电子工业出版社根据读者要求，准备出版一部能够全面系统地反映现代高频开关电源最新技术成就，而且又便于实际设计应用的书，并把这个任务委托给我来完成。我查阅了2000年以来在《电源技术应用》、《电源世界》、中国电源学会全国电源技术年会论文集，以及各出版社出版的有关开关电源的书籍，取其精华编辑成此书。其中，反映了对高频开关电源理论作出贡献的蔡宣三教授、张占松教授、黄济青教授、阮新波教授等人的成就，在此说明并深表感谢! 本书特点：①全面系统地介绍了现代高频开关电源的最新技术成就，如软开关技术、同步整流技术、有源功率因数校正技术、并联系统的均流技术与热插拔技术、瞬态建模分析、频域分析与综合、最优设计与仿真等；②实用性强，根据本书的内容，可以对各种不同要求、不同类型的高频开关电源进行研发设计。书中介绍了各种不同类型高频开关电源的设计方法与制作工艺，其中包括可行设计、仿真设计和最优设计。特别是对高频开关变压器与电感器的设计及绕制，书中分别介绍了两种设计方法及实际设计计算实例，以及平面变压器的设计等。 本书共有16章。 第1章引论，介绍了高频开关电源的诞生、结构和定义，高频化的进程与发展趋势。 第2章介绍了PWM DC/DC变换器，包括PWM DC/DC变换器的基本电路类型及其等效电路，各基本电路之间的对偶关系、演化与级联。 第3章介绍了PWM DC/DC变换器的原理及基本电量关系，连续工作模式与断续工作模式，正激与反激、半桥与全桥、隔离式与非隔离式等。 第4章介绍了高频开关变换器的吸收电路与软开关技术，如ZVS与ZCS等。 第5章介绍了有源钳位技术与移相控制ZVS PWM变换器。 第6章介绍了高频开关变换器中的磁性元件，包括变压器、直流脉冲互感器与电感器的原理、功能与设计及绕制方法。 第7章介绍了高频开关变换器的输出同步整流技术。 第8章介绍了有源功率因数校正技术及PFC整流器的SPWM节能控制。 第9章介绍了高频开关变换器的控制电路与驱动电路。 第10章介绍了开关电源设计中的两项新技术、智能开关与低输入电压或高输入电压的VRM。 第11章介绍了高频开关电源并联的均流技术与热插拔控制芯片ISL6140。 第12章介绍了开关电源的瞬态建模与分析。 第13章介绍了开关电源的频域分析与综合。 第14章介绍了开关电源的EMC设计、可靠性设计、热设计和最优设计与仿真的方法。 第15章介绍了开关电源的可行设计、最优设计和仿真设计的实际应用举例、与开关电源的封装设计。 第16章介绍了电子镇流器、LED照明驱动器、便携式电子设备的低压输入变换器的原理与设计，并增加了凌特公司变换器的内容。 从以上的内容介绍可知，现代高频开关电源技术所涉及的内容是十分复杂与广泛的，它横跨了三个学科：微电子学的智能化专用集成电路芯片、快速高性能的功率半导体开关器件和磁性器件如变压器、电感器所用磁芯材料及绕制工艺。开关电源已经广泛地应用在国民经济和人类生活的各个领域，对开关电源使用的要求越来越严格。因而促使开关电源技术的发展速度越来越快，但是相关图书的出版总是落后于技术的发展。此外，不少的文献资料由于某些原因可能会被遗漏而没有反映在参考文献中，已被吸入到书中的内容也可能会有不足和错误之处，敬请广大的读者批评指正，作者在此表示衷心的感谢! 编著者

目录 第1章引论 11线性调节器式直流稳压电源与开关调节器式直流稳压电源 111线性调节器式直流稳压电源 112开关调节器式直流稳压电源 12高频开关电源的诞生、结构和定义 121高频开关电源的诞生过程 122现代高频开关电源的定义和结构形式 13开关电源的分类 14对开关电源的要求与发展方向 15高频化进程、推动发展的技术与研发趋势 151开关电源高频化的历史进程 152当前推动开关电源发展的主要技术 153开关电源技术的研发趋势 参考文献 第2章PWM DC/DC变换器 21概述 211PWM DC/DC变换器的定义与工作模式 212PWM DC/DC变换器的工作原理 22PWM DC/DC变换器电路与对偶 221PWM DC/DC变换器的基本电路 222PWM DC/DC变换器的等效电路 223PWM DC/DC变换器的对偶 224功率开关器件的对偶 23隔离式PWM DC/DC变换器 231单端隔离式PWM DC/DC变换器 232正激式PWM DC/DC变换器 233双管正激式PWM DC/DC变换器 234反激式PWM DC/DC变换器 235双端隔离式PWM DC/DC变换器 236PWM DC/DC推挽变换器 237PWM DC/DC半桥变换器和全桥变换器 238隔离式PWM DC/DC变换器的比较 24基本PWM DC/DC变换器的演化与级联 2.4.1基本PWM DC/DC变换器的演化 2.4.2基本PWM DC/DC变换器的级联 25PWM DC/DC变换器模块 26PWM DC/DC变换器所用元件及其特性 261开关管 262二极管 263电感与电容 27PWM DC/DC变换器的功能、组成与它们之间的关系 271PWM DC/DC变换器的功能 272PWM DC/DC变换器的组成 273PWM DC/DC变换器之间的关系 参考文献 第3章PWM DC/DC变换器的原理 31Buck降压式PWM DC/DC变换器 311主电路组成和控制方式 312电感电流连续时Buck变换器的工作原理和基本关系 313电感电流断续时Buck变换器的工作原理和基本关系 314电感电流连续的边界 315Buck降压式PWM DC/DC 变换器的效率 32Boost升压式PWM DC/DC 变换器 321主电路组成和控制方式 322电感电流连续时Boost升压式PWM DC/DC变换器的工作原理和基本关系 323电感电流断续时Boost升压式PWM DC/DC变换器的工作原理和基本关系 324电感电流连续的边界 33BuckBoost升降压式PWM DC/DC变换器 331主电路组成和控制方式 332电流连续时BuckBoost升降压式PWM DC/DC变换器的工作原理和基本关系 333电流断续时BuckBoost变换器的工作原理和基本关系 334电感电流连续的边界 34Cuk PWM DC/DC 变换器 341主电路组成和控制方式 342电流连续时Cuk变换器的工作原理和基本关系 343电流断续时Cuk变换器的工作原理和基本关系 344两个电感有耦合的Cuk变换器 35Zeta PWM DC/DC变换器 351主电路组成和控制方式 352电流连续时Zeta变换器的工作原理和基本关系 353电流断续时Zeta变换器的工作原理和基本关系 36SEPIC PWM DC/DC变换器 361主电路组成和控制方式 362电流连续时SEPIC变换器的工作原理和基本关系 37正激式(Forward)PWM变换器 371主电路组成和控制方式 372电流连续时正激式变换器的工作原理和基本关系 38反激式(Flyback)PWM变换器 381主电路组成和控制方式 382电流连续时反激式变换器的工作原理和基本关系 383电流断续时Flyback变换器的工作原理和基本关系 39推挽式(PushPull)变换器 391推挽式逆变器 392推挽式PWM变换器 393推挽式变换器的铁芯偏磁 310半桥式(HalfBridge) PWM DC/DC 变换器 3101半桥式逆变器 3102半桥式PWM DC/DC 变换器 3103考虑漏感时半桥式PWM变换器的工作原理 311全桥式(FullBridge)变换器 3111全桥式逆变器 3112全桥式PWM DC/DC变换器 3113全桥式变换器中直流分量的抑制 312双管正激式(Switches Forward)PWM DC/DC变换器 3121两个双管正激式变换器的串联输入/并联输出 3122并联输入、同一滤波电感输出电路 3123双管正激式变换器的能量反馈电路 313有源钳位正激式变换器 314各种PWM DC/DC变换器的电路类型及特点比较 315几种三电平变换器 3151基本型三电平变换器 3152隔离式三电平变换器 316电能双向流动的PWM DC/DC变换器 3161基本双向变换器电路的构成 3162推挽式双向变换器电路的构成 参考文献 第4章变换器的吸收电路与软开关技术 41变换器中的吸收电路 411吸收电路的作用 412吸收电路的类型 413关断吸收电路(turnoff Snubber) 414开通吸收电路(turnon Snubber) 415组合吸收电路 416LCD吸收电路 417广义软开关技术 42PWM DC/DC变换器的高频化与软开关技术 421软开关技术与高频化 422软开关技术的发展现状与分类 423零电流开关和零电压开关 43谐振变换器 431串联谐振变换器和并联谐振变换器 432串并联谐振变换器 433ZCS/ZVS准谐振变换器 44多谐振变换器 45ZCSPWM变换器 451工作原理 452参数设计 453ZCSPWM变换器的基本电路族及其优、缺点 46ZVS PWM变换器 461工作原理 462参数设计 463ZVS PWM变换器的基本电路族及其优、缺点 47零电压转换(ZVT)PWM变换器 471工作原理 472辅助电路的参数设计 473ZVT PWM变换器的基本电路族及其优、缺点 48改进型ZVT PWM变换器 481工作原理 482辅助电路的参数设计 483改进型ZVT PWM变换器的基本电路族及其优点 49零电流变换(ZCT)PWM变换器 491工作原理 492辅助支路的能量调节 493参数设计 494ZCT PWM变换器的基本电路族及其优、缺点 410改进型ZCT PWM变换器 4101工作原理 4102参数设计 4103改进型ZCT PWM变换器的基本电路族及其优、缺点 参考文献 第5章有源钳位技术与移相控制ZVS PWM变换器 51有源钳位软开关变换技术 511有源钳位正激式变换器 512参数设计 52有源钳位ZVS PWM正激式变换器 521有源钳位ZVS PWM正激式变换器的工作原理 522有源钳位ZVS PWM正激式变换器的优点 53ZVT PWM正激式变换器 531工作原理 532参数设计 533ZVT PWM正激式变换器的优、缺点 54ZVT双管正激式变换器 541工作原理 542参数设计 543ZVT双管正激式变换器的优点 55ZCT双管正激式变换器 56有源钳位反激式变换器 57有源钳位反激-正激式变换器 58移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器 581工作原理 582两个桥臂实现ZVS的差异 583实现ZVS的策略及次级占空比的丢失 584整流二极管的换流 585移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的特点与效率 59移相控制ZVZCSPWM DC/DC全桥变换器 591工作原理 592参数设计 593移相控制ZVZCSPWM DC/DC全桥变换器的优点与效率 510移相控制ZCSPWM DC/DC全桥变换器 5101工作原理 5102超前管和滞后管实现ZCS的差异 5103实现ZCS的策略及电流占空比的丢失 511ZVS PWM二极管钳位三电平DC/DC变换器 5111工作原理 5112实现ZVS条件和次级占空比的丢失 5113特点和效率 参考文献 第6章高频开关变换器中的磁性元件 61概述 62高频磁芯的特性和参数 621磁导率与常用参数式 622磁滞回线 623动态磁滞回线的测试 624基本磁化曲线 625不对称局部磁滞回线 626伏秒积分 627磁芯损耗 63磁性材料和磁芯结构 631开关电源常用的磁性材料 632磁芯结构形式（geometries） 64电感 641电感的基本公式和磁芯气隙 642电感元件储能与高频电感元件的等效电路模型 643直流滤波电感 644自饱和电感和可控饱和电感 65变压器 651励磁电感与漏电感 652高频变压器模型 653变压器的磁分析 654平面变压器 655空芯PCB变压器 656集成高频磁性元件 657压电变压器 66磁性元件中导体的集肤效应和邻近效应 661集肤效应 662邻近效应 67高频变压器的设计方法 671高频变压器的功率体积设计法 672高频变压器的调整率体积法 673高频变压器设计方法的例题 674平面功率变压器的设计 68电感器的设计方法 681电感器的功率体积设计法 682电感器的调整率体积设计法 683无直流偏压的电感器设计 69可饱和电感和磁放大器在开关变换器中的应用 691可饱和电感基本物理特性及应用 692磁放大器的基本原理及在变换器中的应用 693可饱和电感与磁放大器的联合应用 610直流脉冲电流互感器 6101工作原理 6102电流互感器设计方法 参考文献 第7章高频开关变换器的输出同步整流技术 71输出功率整流二极管 711功率整流二极管的模型及主要参数 712输出整流用的几种快速开关二极管 72同步整流技术 721同步整流的基本工作原理 722同步整流管的主要参数 73同步整流的驱动方式与SR的控制时序 731同步整流的驱动方式 732SR的控制时序与同步整流电路 74电压型自驱动方式与控制驱动方式 741电压型自驱动方式 742控制驱动方式 75电流型自驱动方式与混合驱动方式 751电流型自驱动方式 752混合驱动方式 76SRBuck变换器 77SR正激式变换器 771有磁复位绕组的SR正激式变换器 772SR有源钳位正激式变换器 78SR反激式变换器 79SR在DC/DC PWM变换器中的应用举例 791全波SR在半桥式DC/DC PWM变换器中的应用举例 792倍流SR在半桥式DC/DC PWM变换器中的应用举例 793倍流SR在全桥式DC/DC PWM变换器中的应用举例 参考文献 第8章有源功率因数校正技术 81功率因数和功率因数校正的主要方法 811输入功率因数 812对输入端谐波电流的限制 813提高输入功率因数的主要方法 814有源功率因数校正法的分类 82非线性电路的功率因数和THD 821非线性电路功率因数的定义 822PF与THD的关系 83单相Boost PFC变换器 831DCM Boost PFC变换器 832CCM Boost PFC变换器 833CRM Boost PFC变换器 834Boost PFC电路的主要优、缺点 84APFC的控制方法 841电流峰值控制法 842电流滞环控制法 843平均电流控制法 85PFC集成控制电路 851UC3854A/B 852UC3855A/B 853L6561 86单相反激式PFC变换器 861CCM反激式PFC变换器 862DCM反激式PFC变换器 863反激式PFC变换器的优、缺点 87单级单开关PFC变换器 871集成PFC整流器-调节器 872BIFRED变换器 873BIBRED变换器 874集成PFC整流器-调节器的优、缺点 875变频控制 876S4 PFC正激式变换器 88三相PFC变换器 881三个单相Boost PFC变换器组成三相PFC整流器 882三相单开关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5三相三电平Boost PFC变换器 886空间相量控制 887三相三电平Boost PFC整流器的SPWM节能控制 参考文献   第9章高频开关变换器的控制电路与驱动电路 91驱动电路 911对驱动电路的要求 912集成电路直接驱动 913加入驱动功率放大级驱动 914用变压器耦合驱动 915光耦合器驱动器 92PWM控制器 921电压模式PWM控制器 922电流模式PWM控制器 93电压型控制 94电流型控制 941电流峰值控制 942平均电流型控制 943滞环电流型控制 95电荷控制 96单周期控制 97前馈控制 98数字控制(离散控制) 981数字控制的特点 982离散PID算法 983改进的离散PID算法 99控制电路与驱动电路的隔离方法 910L5991电流模式控制芯片 9101L5991的功能及内部框图 9102典型应用 911UCC38500控制芯片 9111UCC38500简介 9112UCC38500的实际应用 参考文献 第10章开关电源设计中的两项新技术 101智能功率开关 1011工作模式及主要性能 1012分类及工作原理 1013智能化的发展 102智能功率开关IR4010的应用举例 1021IR4010功率开关的性能参数 1022应用电路举例 103电压调整器模块VRM简介 104低输入电压的VRM 1041SRBuck变换器 1042多通道SRBuck变换器 1043多通道SRBuck变换器的设计考虑 105高电压输入的VRM 106元件和线路的寄生参数对VRM瞬态性能的影响 1061电容ESR和ESL的影响 1062改善VRM输出瞬态响应的办法 1063微处理器与VRM接口的仿真模型 参考文献 第11章开关变换器并联系统的均流技术 111开关变换器的并联 112下垂法 113主从均流法 114自动均流法 115按平均电流值自动均流法 116热应力自动均流法 117民主均流法 1171民主均流法的原理 1172UC3907均流控制器芯片 118数字均流控制的实现 119ISL6140热插拔芯片的应用 1191ISL6140芯片的功能简介 1192外围元件参数的计算 1193设计中应注意的几个问题 参考文献 第12章开关电源的瞬态建模与分析 121开关电源的瞬态建模分析 1211瞬态建模分析的目的 1212瞬态模型 122状态空间平均法 1221基本概念 1222基本假设条件 1223分析方法和步骤 1224Boost变换器状态空间平均模型 123PWM变换器频域模型 1231PWM变换器小信号等效电路规范型模型 1232Cuk变换器小信号等效电路的规范型模型 1233PWM变换器小信号等效电路的规范型模型参数 1234PWM变换器的传递函数 1235BuckBoost变换器的传递函数 1236Buck族和Boost族PWM变换器 124平均电路法 1241平均变量和平均电路 1242平均开关函数 1243开关网络的平均模型 1244三端PWM开关模型法 1245考虑寄生参数的PWM变换器平均电路的模型 参考文献 第13章开关电源的频域分析与综合 131时域分析简介 1311时域数学模型与系统的时域响应 1312自动调节系统的时域性能指标 1313时域法综合系统的步骤 132频域模型分析 1321传递函数 1322频率响应 1323对数频率特性 1324拉普拉斯变换简表 133开关电源系统的频域模型及分析 1331方块图 1332系统的稳定性和稳定裕量 1333频域性能指标 1334极点和零点 134系统频率响应与瞬态响应的关系 1341频率尺度与时间尺度成反比 1342频段特征、频率特性与系统的关系 1343阻尼比ζ对系统瞬态响应的影响 135电压型控制开关电源的频域模型 1351方块图与传递函数 1352抗电网电压扰动能力和抗负载扰动能力 136电压控制器 1361电压控制器的传递函数与作用 1362补偿后电源系统的频率特性要求与控制器的类型 1363带积分环节的控制器与开关电源中控制器特性的分析举例 1364增设单极点、单零点或双极点、双零点的PI补偿网络 137开关电源系统的频域设计(综合) 138双环控制开关电源系统的瞬态建模分析 1381电流型控制的开关电源系统 1382Tellegen定理 1383BuckΒoost开关变换器的传递函数 1384功率守恒建模方法 1385电流控制的开关电源系统的一般设计步骤 1386UPF Boost PWM变换器瞬态建模分析 139非最小相位系统 1391最小相位系统与非最小相位系统的比较 1392非最小相位系统的物理特征 1393非最小相位系统的控制器设计 参考文献 第14章开关电源的EMC设计、可靠性设计、热设计和最优设计与仿真 141开关电源中的电磁干扰问题 1411开关电源产生电磁干扰的机理 1412开关电源的电磁噪声耦合通道特性 1413开关电源运行中的电磁、干扰及其抑制 142开关电源的电磁兼容设计 1421输入端滤波器的设计 1422辐射EMI的抑制措施 1423传导干扰的解决方法 1424接地技术的应用 1425屏蔽技术、元件布局与印制电路板布线技术 143开关电源的可靠性设计 1431可靠性的定义、指标及影响的因素 1432可靠性设计的原则与可靠性设计 144开关电源的几种热设计方法 1441半导体器件的散热器设计 1442强制通风、金属PCB和元件布置 145开关电源的最优设计 1451开关电源的性能指标及优化设计模型 1452设计变量和目标函数 1453约束 1454优化数学模型的一般形式及工程优化设计的特点 1455应用最优化方法的几个问题 146开关电源的仿真 1461开关电源电路的仿真技术 1462用SPICE和PSPICE仿真开关电源 1463离散时域法仿真 参考文献 第15章开关电源的设计与仿真举例及封装技术 151反激式变换器的设计 1511电磁能量的存储与变换及变压器的储能能力 1512反激式变换器的同步整流 1513反激式变换器的设计方法举例 1514设计112W反激式变压器 1515反激式变换器的缓冲吸收电路设计 152单端正激式变换器的设计 1521电感的最小值与最大值及多路输出 1522能量再生与同步整流 1523变压器设计与制作工艺 153正激式PWM开关电源的SPICE仿真 154推挽式PWM开关电源的PSPICE仿真及补偿网络参数优化选择 155采用离散时域法仿真的计算举例 1551双环Boost开关稳压电源的仿真计算举例 1552单环正激式开关稳压电源的仿真计算举例 156DC/DC桥式开关变换器的最优设计 1561开关、整流滤波电路的优化设计数学模型 1562变压器的优化设计数学模型 1563半桥式PWM开关变换器的优化设计 15645V/500W DC/DC半桥PWM开关变换器的优化设计 1565DC/DC全桥ZVSPWM变换器主电路的优化设计 157开关电源模块的封装设计 1571平面金属化封装技术 1572集成分布开关电源系统DPS的封装举例 参考文献 第16章电子镇流器LED照明驱动器与便携式电子设备的低压输入电压变换器 161电子镇流器 1611交流驱动的荧光灯与荧光灯的伏安特性 1612电子镇流器电路 162电流馈电式电路 1621电流馈电式推挽电路 1622推挽式电路的电压和电流 1623电流馈电电路中的“电流馈电”电感 1624电流馈电电感的磁芯选择 1625电流馈电电感绕组的设计 1626电流馈电电路中的铁氧体磁芯变压器 1627电流馈电电路中的环形磁芯变压器 163电压馈电式电路与电流馈电并联谐振半桥电路 1631电压馈电推挽式电路 1632电压馈电串联谐振半桥电路 1633电流馈电并联谐振半桥电路 1634电子镇流器的封装 164LED照明驱动器 1641LED的特性及对驱动电源的要求 1642家用18W LED照明灯 1643路灯用200W LED照明灯 165用于便携式电子设备的低压输入电压变换器 1651电容充电泵集成块 1652开关式集成块 1653MAX863芯片的应用 1654MAX624芯片的应用及设计方法 1655凌特公司的Boost与Buck变换器 参考文献