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开关电源设计与优化(第二版) 版权信息
- ISBN：9787121478215
- 条形码：9787121478215 ; 978-7-121-47821-5
- 装帧：平塑
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>>
开关电源设计与优化(第二版) 内容简介
本书经过全面修订，讲解了如何为当今很好电子产品设计可靠、高性能的开关电源，涵盖现代拓扑结构和变换器，内容包括设计或选择带隙基准、使用详细的新型邻近效应设计方法进行变压器设计、Buck变换器效率损耗分解方法、有源复位技术、拓扑形态学和详细的AC-DC前级电路设计方法。 本版更新包含全面反馈环路的设计方法和实例、世界上**个宽输入电压范围谐振（LLC）变换器的简化通用设计方法，以及正激和反激变换器的分步比较设计步骤。
开关电源设计与优化(第二版) 目录
目 录
第1章 稳压器的基准 1
第1部分 概述 1
平衡性设计 1
创造性经验 2
静态和动态调节 3
第2部分 认知电压基准 5
一般电压基准 5
带隙基准 7
更好地理解BJT（PTAT和CTAT） 7
带隙基准原理 14
第3部分 分压器的设计 24
输出误差来源：分压器输入偏置电流 24
输出误差来源：分压电阻公差 27
输出误差来源：商用电阻值 28
分压器：由误差放大器的类型带来的限制 31
分压器：正确的PCB布局 33
第2章 DC-DC变换器：拓扑及组态 35
第1部分 开关电源变换器原理介绍 35
注意隐藏的细节 35
什么是“地”? 35
三种基本开关拓扑 37
为什么可以升压/降压？ 37
电流纹波率 40
输入、输出电流平均值 44
三种拓扑的能量关系 44
变换器中的损耗关系 48
非理想情况的占空比方程 51
电源变换器的功率缩放比例指南 54
第2部分 基本波形分析与应力计算 55
分段线性波形的一般分析方法 55
其他类型波形的有效值与平均值 60
电容的电流波形 60
宽输入电压与设计切入点 63
r如何随输入电压和负载变化 65
电容有效值如何随输入电压和负载变化 66
应力曲线图 66
边界（临界）导电 68
使用太大的电感（小r） 69
平顶近似 70
第3部分 拓扑形态学 72
简介 72
N型与P型开关管 72
LSD单元 72
开关稳压器拓扑的组态 74
开关IC的基本类型 76
反激、Buck-Boost和Boost变换器IC的比较 77
电感选择的标准 79
Buck和Buck-Boost（类型1和类型2）IC的其他可能的应用 80
实际例子 82
差分电压采样 87
一些拓扑的细微差别 88
第3章 现代变换器、复合拓扑和相关技术 90
第1部分 基本拓扑 90
同步DC-DC变换器 90
同步Buck工作模式 91
FAN5340 93
另一种可能直通的情况：CdV/dt引起的导通 94
Buck中的升压和Boost中的降压 94
Buck变换器的并联和交错 99
第2部分 复合拓扑 103
第4章 不连续导电模式的理解与应用 109
引言 109
如何计算DCM占空比方程 113
相关文献中DCM的处理 114
基于r*优设置的DCM简化方法 116
列表DCM的应力方程 116
绘制从CCM至DCM的关键应力 117
Buck-Boost的临界输入电压 121
通用输入反激变换器的研究 123
通用输入反激变换器的过载裕量 126
Buck的CCM与DCM闭式方程的比较 127
Buck、Boost与Buck-Boost的DCM闭式方程 128
第5章 AC-DC功率变换的综合前级设计 130
第1部分 无功率因数校正的前级电路 130
反激变换器及闭式方程 130
不同“电容量/瓦”的下垂曲线 133
不同的UVLO？ 133
正常工作时闭式方程迭代的切入点 134
通用输入单端正激变换器（无功率因数校正） 136
编制的设计表 139
保持时间与电容器电流有效值要求的典型*小电容值（数值例子） 141
电容器电流有效值估算（高频分量） 142
带有无频率相关ESR的输入电容器的总电流有效值 143
带有频率相关ESR的输入电容器的总电流有效值 144
EMI滤波器的效率 145
小功率正激变换器？ 145
第2部分 带有功率因数校正的前级电路 146
PFC Boost的瞬时占空比 150
PFC Boost级电路保持时间的考虑 151
同步与反相同步技术 152
宽输入范围的反相同步 153
高频与低频有效值的计算 155
大电容的低频分量有效值的快速估算 156
大电容的高频分量有效值的快速估算 156
电容器选型与比较的数值表 156
PFC扼流圈的设计与PFC设计的表格 157
PFC实际设计的一些细节 160
第6章 AC-DC应用的拓扑：简介 163
引言 163
第1部分 （简单的）正激变换器 163
推挽（Push-Pull）的磁通平衡 169
半桥的磁通阶梯效应 169
第2部分 （复杂的）反激变换器 170
集成功率（IP）开关 171
反激变换器的等效Buck-Boost模型 171
多路输出反激变换器的处理 177
一次侧漏电感问题 178
二次侧漏电感问题 180
反激变换器优化及深入分析 182
RCD钳位 185
损耗估算（图形法） 189
注意正确计算开关管和采样电阻的损耗 191
使用600V开关管的实际反激变换器的设计 193
较高的VOR如何影响输出二极管额定值 193
脉冲跳跃和假负载 194
高输入电压时的过载保护（前馈） 196
第7章 功率变换中的磁学综述 198
基本的磁学概念和定义（MKS单位） 198
电-磁类比 200
电感方程 201
电压无关方程 201
电压相关方程 203
磁学单位 207
磁动势（mmf）方程 208
环型磁芯的有效面积和有效长度 209
E型磁芯的有效面积和有效长度 209
气隙的影响 211
气隙因子z 213
z的成因和意义 213
B与H的关系 216
带气隙E型磁芯 216
储能考虑：如何改变实际的气隙，达到*优 217
气隙与磁芯中的能量 219
z的*优设计目标值 220
B-H曲线 221
精心设计原则有助于减小磁芯尺寸 222
更好地理解L 223
比例：电感和反激变换器变压器之间的差异 224
“真正的”变压器 224
边缘磁通校正 229
边缘磁通校正应用举例 232
第8章 带抽头电感（基于自耦变压器）的变换器 233
引言 233
带抽头电感的Buck拓扑 234
其他带抽头电感的电路和占空比 237
第9章 DC-DC变换器电感的选择 239
引言 239
基础知识 239
确定电流纹波率r 240
电感的映射 241
r和L的选择 242
以电流来表示B 243
磁学中的错误直觉 244
固定频率时调整几何尺寸来优化磁芯损耗 244
频率改变时通过调整几何形状优化磁芯损耗 246
实际应用的电感评估 248
第10章 反激变换器变压器设计基础 253
电压相关方程：一种实用形式 253
无气隙磁芯中与磁芯体积相关的储能 253
带气隙磁芯的一般能量关系 254
AL与?的一般关系 254
VOR=100V的通用输入反激变换器的占空比 254
面积×匝数规则 255
实例（第1部分） 255
优化的一些细节 258
用于反激变换器变压器磁芯快速选择的经验法则 258
实例（第2部分） 259
电流极限对磁芯大小的影响 260
圆密耳（cmil） 262
导线的载流能力 264
集肤深度 264
图形法和有用的诺谟图 268
线规简介 269
包覆线的直径 269
SWG的比较 270
第11章 正激变换器磁设计基础 272
引言 272
变压器与扼流圈（电感器）的比较 272
匝数比计算（*小输入电压下） 274
观测总结 274
邻近效应 276
再谈集肤深度 276
等效铜箔转换 283
几个对正激变换器磁芯快速选择有用的方程 284
排线与绞线 285
磁芯损耗计算 286
第12章 正激与反激变换器：详细设计步骤与对比 289
引言 289
窗口面积和面积乘积的精细分类（一些新术语） 291
功率和面积乘积的关系 292
电流密度和基于D的变换 294
优化电流密度 294
行业推荐的正激变换器的面积乘积公式 297
绘制正激变换器的行业推荐方程 300
对称变换器的面积乘积 303
安全变压器功率传输能力的更准确估算 305
一次绕组匝数 307
设计实例：反激变换器与正激变换器的替代设计方法 312
反激变换器的行业电流密度指标 330
正激变换器和反激变换器储能需求的对比 331
第13章 PCB与热管理 333
第1部分 PCB与布局 333
引言 333
走线分析 333
注意事项 336
铜走线尺寸 337
布置反馈走线 339
布置电流采样走线 339
接地层 339
一些制造问题 341
PCB制造商和Gerber文件 343
第2部分 热管理 344
引言 344
热测量和效率估计 344
自然对流方程 346
以往的定义 346
有效方程 347
方程的处理 348
两个标准方程的比较 349
热力学理论里的h 349
使用标准方程的表格 350
PCB散热 353
高空自然对流 354
强迫风冷 354
辐射传热 356
其他问题 356
第14章 闭环系统：反馈与稳定 358
基本术语 358
第1部分 电流模式控制器的稳定 362
背景 362
电压模式控制的输入电压前馈（源于CMC） 367
需要的斜率补偿量 368
避免次谐波不稳定性的一般规则 371
第2部分 回溯：电压模式、电流模式到滞环 372
引言 372
被控对象传递函数 373
CMC与VMC对比的结论 385
滞环控制：能量的按需传输 385
第3部分 设计例子：VMC与CMC非隔离变换器，以及
基于TL431 光耦的隔离反激变换器 390
VMC与CMC设计例子，应用2型和3型误差放大器或跨导放大器 390
应用TL431和光耦的设计例子 394
第15章 实际EMI滤波器的设计 403
CISPR 22标准 403
LISN 403
傅里叶级数 404
梯形波 405
实际差模滤波器的设计 406
实际共模滤波器的设计 407
第16章 反激和正激变换器的复位技术 410
第1部分 反激变换器变压器（漏感）的复位 410
齐纳（Zener）钳位 410
RCD钳位 412
无损缓冲电路 413
第2部分 正激变换器变压器（磁化电感）的复位 414
引言 414
复位绕组 415
有源钳位复位 418
分析与结论（图16.9～图16.11） 423
高压侧或低压侧有源钳位哪种更优 426
第17章 可靠性、测试及安全问题 428
引言 428
可靠性定义 428
卡方分布 429
责任失效 430
保修费用 431
可靠性计算 432
电源的测试与认证 433
安全问题 434
工作电压的计算 435
电容器寿命的估算 438
总Y电容的安全限制 443
安全与便宜的齐纳二极管 444
第18章 可用的功率：揭秘Buck变换器的效率 446
第1部分 损耗分解与分析 446
引言 446
第1章 稳压器的基准 1
第1部分 概述 1
平衡性设计 1
创造性经验 2
静态和动态调节 3
第2部分 认知电压基准 5
一般电压基准 5
带隙基准 7
更好地理解BJT（PTAT和CTAT） 7
带隙基准原理 14
第3部分 分压器的设计 24
输出误差来源：分压器输入偏置电流 24
输出误差来源：分压电阻公差 27
输出误差来源：商用电阻值 28
分压器：由误差放大器的类型带来的限制 31
分压器：正确的PCB布局 33
第2章 DC-DC变换器：拓扑及组态 35
第1部分 开关电源变换器原理介绍 35
注意隐藏的细节 35
什么是“地”? 35
三种基本开关拓扑 37
为什么可以升压/降压？ 37
电流纹波率 40
输入、输出电流平均值 44
三种拓扑的能量关系 44
变换器中的损耗关系 48
非理想情况的占空比方程 51
电源变换器的功率缩放比例指南 54
第2部分 基本波形分析与应力计算 55
分段线性波形的一般分析方法 55
其他类型波形的有效值与平均值 60
电容的电流波形 60
宽输入电压与设计切入点 63
r如何随输入电压和负载变化 65
电容有效值如何随输入电压和负载变化 66
应力曲线图 66
边界（临界）导电 68
使用太大的电感（小r） 69
平顶近似 70
第3部分 拓扑形态学 72
简介 72
N型与P型开关管 72
LSD单元 72
开关稳压器拓扑的组态 74
开关IC的基本类型 76
反激、Buck-Boost和Boost变换器IC的比较 77
电感选择的标准 79
Buck和Buck-Boost（类型1和类型2）IC的其他可能的应用 80
实际例子 82
差分电压采样 87
一些拓扑的细微差别 88
第3章 现代变换器、复合拓扑和相关技术 90
第1部分 基本拓扑 90
同步DC-DC变换器 90
同步Buck工作模式 91
FAN5340 93
另一种可能直通的情况：CdV/dt引起的导通 94
Buck中的升压和Boost中的降压 94
Buck变换器的并联和交错 99
第2部分 复合拓扑 103
第4章 不连续导电模式的理解与应用 109
引言 109
如何计算DCM占空比方程 113
相关文献中DCM的处理 114
基于r*优设置的DCM简化方法 116
列表DCM的应力方程 116
绘制从CCM至DCM的关键应力 117
Buck-Boost的临界输入电压 121
通用输入反激变换器的研究 123
通用输入反激变换器的过载裕量 126
Buck的CCM与DCM闭式方程的比较 127
Buck、Boost与Buck-Boost的DCM闭式方程 128
第5章 AC-DC功率变换的综合前级设计 130
第1部分 无功率因数校正的前级电路 130
反激变换器及闭式方程 130
不同“电容量/瓦”的下垂曲线 133
不同的UVLO？ 133
正常工作时闭式方程迭代的切入点 134
通用输入单端正激变换器（无功率因数校正） 136
编制的设计表 139
保持时间与电容器电流有效值要求的典型*小电容值（数值例子） 141
电容器电流有效值估算（高频分量） 142
带有无频率相关ESR的输入电容器的总电流有效值 143
带有频率相关ESR的输入电容器的总电流有效值 144
EMI滤波器的效率 145
小功率正激变换器？ 145
第2部分 带有功率因数校正的前级电路 146
PFC Boost的瞬时占空比 150
PFC Boost级电路保持时间的考虑 151
同步与反相同步技术 152
宽输入范围的反相同步 153
高频与低频有效值的计算 155
大电容的低频分量有效值的快速估算 156
大电容的高频分量有效值的快速估算 156
电容器选型与比较的数值表 156
PFC扼流圈的设计与PFC设计的表格 157
PFC实际设计的一些细节 160
第6章 AC-DC应用的拓扑：简介 163
引言 163
第1部分 （简单的）正激变换器 163
推挽（Push-Pull）的磁通平衡 169
半桥的磁通阶梯效应 169
第2部分 （复杂的）反激变换器 170
集成功率（IP）开关 171
反激变换器的等效Buck-Boost模型 171
多路输出反激变换器的处理 177
一次侧漏电感问题 178
二次侧漏电感问题 180
反激变换器优化及深入分析 182
RCD钳位 185
损耗估算（图形法） 189
注意正确计算开关管和采样电阻的损耗 191
使用600V开关管的实际反激变换器的设计 193
较高的VOR如何影响输出二极管额定值 193
脉冲跳跃和假负载 194
高输入电压时的过载保护（前馈） 196
第7章 功率变换中的磁学综述 198
基本的磁学概念和定义（MKS单位） 198
电-磁类比 200
电感方程 201
电压无关方程 201
电压相关方程 203
磁学单位 207
磁动势（mmf）方程 208
环型磁芯的有效面积和有效长度 209
E型磁芯的有效面积和有效长度 209
气隙的影响 211
气隙因子z 213
z的成因和意义 213
B与H的关系 216
带气隙E型磁芯 216
储能考虑：如何改变实际的气隙，达到*优 217
气隙与磁芯中的能量 219
z的*优设计目标值 220
B-H曲线 221
精心设计原则有助于减小磁芯尺寸 222
更好地理解L 223
比例：电感和反激变换器变压器之间的差异 224
“真正的”变压器 224
边缘磁通校正 229
边缘磁通校正应用举例 232
第8章 带抽头电感（基于自耦变压器）的变换器 233
引言 233
带抽头电感的Buck拓扑 234
其他带抽头电感的电路和占空比 237
第9章 DC-DC变换器电感的选择 239
引言 239
基础知识 239
确定电流纹波率r 240
电感的映射 241
r和L的选择 242
以电流来表示B 243
磁学中的错误直觉 244
固定频率时调整几何尺寸来优化磁芯损耗 244
频率改变时通过调整几何形状优化磁芯损耗 246
实际应用的电感评估 248
第10章 反激变换器变压器设计基础 253
电压相关方程：一种实用形式 253
无气隙磁芯中与磁芯体积相关的储能 253
带气隙磁芯的一般能量关系 254
AL与?的一般关系 254
VOR=100V的通用输入反激变换器的占空比 254
面积×匝数规则 255
实例（第1部分） 255
优化的一些细节 258
用于反激变换器变压器磁芯快速选择的经验法则 258
实例（第2部分） 259
电流极限对磁芯大小的影响 260
圆密耳（cmil） 262
导线的载流能力 264
集肤深度 264
图形法和有用的诺谟图 268
线规简介 269
包覆线的直径 269
SWG的比较 270
第11章 正激变换器磁设计基础 272
引言 272
变压器与扼流圈（电感器）的比较 272
匝数比计算（*小输入电压下） 274
观测总结 274
邻近效应 276
再谈集肤深度 276
等效铜箔转换 283
几个对正激变换器磁芯快速选择有用的方程 284
排线与绞线 285
磁芯损耗计算 286
第12章 正激与反激变换器：详细设计步骤与对比 289
引言 289
窗口面积和面积乘积的精细分类（一些新术语） 291
功率和面积乘积的关系 292
电流密度和基于D的变换 294
优化电流密度 294
行业推荐的正激变换器的面积乘积公式 297
绘制正激变换器的行业推荐方程 300
对称变换器的面积乘积 303
安全变压器功率传输能力的更准确估算 305
一次绕组匝数 307
设计实例：反激变换器与正激变换器的替代设计方法 312
反激变换器的行业电流密度指标 330
正激变换器和反激变换器储能需求的对比 331
第13章 PCB与热管理 333
第1部分 PCB与布局 333
引言 333
走线分析 333
注意事项 336
铜走线尺寸 337
布置反馈走线 339
布置电流采样走线 339
接地层 339
一些制造问题 341
PCB制造商和Gerber文件 343
第2部分 热管理 344
引言 344
热测量和效率估计 344
自然对流方程 346
以往的定义 346
有效方程 347
方程的处理 348
两个标准方程的比较 349
热力学理论里的h 349
使用标准方程的表格 350
PCB散热 353
高空自然对流 354
强迫风冷 354
辐射传热 356
其他问题 356
第14章 闭环系统：反馈与稳定 358
基本术语 358
第1部分 电流模式控制器的稳定 362
背景 362
电压模式控制的输入电压前馈（源于CMC） 367
需要的斜率补偿量 368
避免次谐波不稳定性的一般规则 371
第2部分 回溯：电压模式、电流模式到滞环 372
引言 372
被控对象传递函数 373
CMC与VMC对比的结论 385
滞环控制：能量的按需传输 385
第3部分 设计例子：VMC与CMC非隔离变换器，以及
基于TL431 光耦的隔离反激变换器 390
VMC与CMC设计例子，应用2型和3型误差放大器或跨导放大器 390
应用TL431和光耦的设计例子 394
第15章 实际EMI滤波器的设计 403
CISPR 22标准 403
LISN 403
傅里叶级数 404
梯形波 405
实际差模滤波器的设计 406
实际共模滤波器的设计 407
第16章 反激和正激变换器的复位技术 410
第1部分 反激变换器变压器（漏感）的复位 410
齐纳（Zener）钳位 410
RCD钳位 412
无损缓冲电路 413
第2部分 正激变换器变压器（磁化电感）的复位 414
引言 414
复位绕组 415
有源钳位复位 418
分析与结论（图16.9～图16.11） 423
高压侧或低压侧有源钳位哪种更优 426
第17章 可靠性、测试及安全问题 428
引言 428
可靠性定义 428
卡方分布 429
责任失效 430
保修费用 431
可靠性计算 432
电源的测试与认证 433
安全问题 434
工作电压的计算 435
电容器寿命的估算 438
总Y电容的安全限制 443
安全与便宜的齐纳二极管 444
第18章 可用的功率：揭秘Buck变换器的效率 446
第1部分 损耗分解与分析 446
引言 446
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开关电源设计与优化(第二版) 作者简介
Sanjaya Maniktala是Power over Ethernet Interoperability（McGraw-Hill，2013）和电力电子方面其他一些书籍的作者。他曾在印度、新加坡、德国和美国担任首席工程师和管理职务。Maniktala先生在功率变换和以太网供电方面拥有多项专利，包括浮地式Buck调整器拓扑和使用恒定占空比差值技术的Buck-Boost变换器中的模式转换。
肖文勋，华南理工大学，博士，副教授，加拿大University of Manitoba访问学者，首届珠江科技新星，IEEE Member，广东省电源学会秘书长。主持过国家自然科学基金、广东省自然科学基金、高等学校博士学科点专项科研基金和广州市珠江科技新星等多项项目，并主研863计划、“十一五”国家科技支撑计划、国家自然科学基金重点、广东省战略性新兴产业、省部产学研合作等10多项项目。发表论文80多篇，其中SCI收录25篇，EI收录26篇；出版译著1部；申请发明专利110项，其中获得授权中国发明专利62项、美国专利1项；获得授权实用新型专利92项；获得国家专利优秀奖3项，广东省科学技术进步奖一等奖1项，中国机械工业科学技术发明奖一等奖1项，以及其他省部级科学技术奖10多项。
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