　　《精通開關電源設計(第2版)》基於作者多年從事開關電源設計的經驗，從分析開關變換器的最基本器件——電感的原理入手，由淺入深係統地論述瞭寬輸入電壓DC-DC變換器(含離綫式、反激電源)及其磁性元件設計、功率器件選擇和損耗計算、印製電路闆布綫技術、三種主要拓撲在電壓/電流模式下的控製環穩定性，以及開關電源電磁乾擾(EMI)理論和實踐等。書中還解答瞭變換器拓撲的常見問題，討論瞭開關電源設計實例、工業經驗和難點對策等。
　　《精通開關電源設計(第2版)》不僅可作為各層次開關電源工程技術人員的教材，也可供開關電源設計人員和高校相關專業師生參考。

作者簡介

Sanjaya Maniktala 世界知名開關電源專傢，曾在飛思卡爾、西門子和美國國傢半導體等公司擔任高級工程領導職務，擁有“浮動降壓調整器拓撲”等多項專利。他還是EDN、Electronic Design等雜誌的專欄作傢。

王健強哈爾濱工業大學電力電子與電力傳動學科畢業，工學博士。現任北京交通大學電氣工程學院副教授，中國電工技術學會無綫電能傳輸專委會委員。現主要從事新能源發電和交通領域無綫電能傳輸技術應用研究。曾主持過國傢863子項目“節能與新能源汽車”及北京市科委項目“大容量鋰離子電池化成設備研發”等課題。閤譯過《風力發電係統》一書。

精彩書評

“本書作者是非常罕見的兼具豐富設計經驗和寫作纔能的開關電源專傢，我是他的鐵杆粉絲，相信你讀過這本書後，也會和我一樣粉上他。”
——Stephan Ohr，Planet Analog網站前主編

“開關電源設計的寶書，公司員工人手一冊。我們公司能夠走到今天，可以說這本書功不可沒。”
——Dipark Gleason，開關電源公司創始人

第1章　開關功率變換原理　1
1．1　引言　1
1．2　概述和基本術語　2
1．2．1　效率　2
1．2．2　綫性調整器　4
1．2．3　利用開關器件提高效率　5
1．2．4　半導體開關器件的基本類型　6
1．2．5　半導體開關器件並非理想器件　6
1．2．6　利用電抗元件提高效率　7
1．2．7　早期RC型開關調整器　8
1．2．8　LC型開關調整器　8
1．2．9　寄生參數的影響　9
1．2．10　高頻開關時的問題　10
1．2．11　可靠性、使用壽命和熱管理　11
1．2．12　應力降額　12
1．2．13　技術進展　12
1．3　電感　13
1．3．1　電容、電感和電壓、電流　13
1．3．2　電感和電容的充放電電路　13
1．3．3　能量守恒定律　14
1．3．4　充電階段和感應電壓概念　15
1．3．5　串聯電阻對時間常數的影響　16
1．3．6　R=0時的電感充電電路和電感方程　17
1．3．7　對偶原理　18
1．3．8　電容方程　19
1．3．9　電感放電階段　19
1．3．10　反激能量和續流電流　20
1．3．11　電流必須連續，但其變化率未必　20
1．3．12　電壓反嚮現象　20
1．3．13　功率變換中的穩態及其不同工作模式　21
1．3．14　伏秒定律、電感復位和變換器的占空比　24
1．3．15　半導體開關器件的使用和保護　25
1．4　開關拓撲的演變　27
1．4．1　通過二極管續流控製感應電壓尖峰　27
1．4．2　達到穩態並獲得有用能量　28
1．4．3　升降壓變換器　29
1．4．4　電路的地參考點　30
1．4．5　升降壓變換器結構　30
1．4．6　交換結點　31
1．4．7　升降壓變換器分析　31
1．4．8　升降壓變換器特性　32
1．4．9　為什麼僅有三種基本拓撲　33
1．4．10　升壓拓撲　34
1．4．11　降壓拓撲　37
1．4．12　高級變換器設計　38

第2章　DC-DC變換器及其磁性元件設計　39
2．1　直流傳遞函數　40
2．2　電感電流波形中的直流分量和交流紋波　40
2．3　交流電流、直流電流和峰值電流的定義　42
2．4　理解交流、直流和峰值電流　44
2．5　定義“最惡劣”輸入電壓　45
2．6　電流紋波率r　47
2．7　r與電感值的關係　47
2．8　r的最優值　48
2．9　是電感尺寸，還是電感值　49
2．10　負載電流對電感值和電感尺寸的影響　50
2．11　供應商如何標定成品電感的額定電流，以及如何選擇電感　50
2．12　給定應用中需要考慮的電感電流額定值　51
2．13　電流限製的範圍和容限　53
2．14　實例(1)　55
2．14．1　設置r值時，對電流限製的考慮　56
2．14．2　r值固定時，對連續導通模式的考慮　57
2．14．3　使用低等效串聯電阻的電容時，r值應設為大於0．4　58
2．14．4　設置r值以避免器件特殊性帶來的問題　59
2．14．5　設置r值以避免次諧波振蕩　60
2．14．6　使用L×I和負載縮放法快速選擇電感　63
2．15　實例(2、3和4)　63
2．15．1　強迫連續導通模式下的電流紋波率r　64
2．15．2　基本磁定義　65
2．16　實例(5)不增加匝數　67
2．16．1　磁場紋波係數　68
2．16．2　用伏秒積來分析電壓型方程(MKS單位製)　68
2．16．3　CGS單位製　68
2．16．4　用伏秒積來分析電壓型方程(CGS單位製)　69
2．16．5　磁芯損耗　69
2．17　實例(6)特定應用中成品電感的特性　70
2．17．1　評估需求　70
2．17．2　電流紋波率　72
2．17．3　峰值電流　72
2．17．4　磁通密度　73
2．17．5　銅損　73
2．17．6　磁芯損耗　74
2．17．7　DC-DC變換器設計和磁性元件　74
2．17．8　溫升　74
2．18　其他極限應力計算及其選擇標準　75
2．18．1　最大磁芯損耗　75
2．18．2　最大二極管損耗　76
2．18．3　一般二極管選擇步驟　76
2．18．4　最大開關損耗　77
2．18．5　一般開關管選擇步驟　78
2．18．6　最大輸齣電容損耗　78
2．18．7　一般輸齣電容選擇步驟　78
2．18．8　最大輸入電容損耗　79
2．18．9　一般輸入電容選擇步驟　80

第3章　離綫式變換器及其磁性元件設計　81
3．1　反激變換器的磁性元件　81
3．1．1　變壓器繞組的極性　81
3．1．2　反激變換器的變壓器功能及其占空比　83
3．1．3　等效升降壓變換器模型　85
3．1．4　反激變換器的電流紋波率　86
3．1．5　漏感　87
3．1．6　穩壓管鉗位損耗　87
3．1．7　副邊側漏感也影響原邊側　87
3．1．8　測量有效的原邊側漏感　88
3．1．9　實例(7)反激變壓器設計　88
3．1．10　選擇綫規和銅箔厚度　93
3．2　正激變換器的磁性元件　96
3．2．1　占空比　96
3．2．2　最惡劣輸入電壓　98
3．2．3　利用窗口麵積　99
3．2．4　磁芯尺寸與其功率吞吐量的關係　100
3．2．5　實例(8)正激變壓器設計　101

第4章　拓撲的常見問題和解答　113

第5章　高級磁技術：最優磁芯選擇　128
5．1　第1部分：能量傳輸原理　128
5．1．1　拓撲概述　128
5．1．2　能量傳輸圖　133
5．1．3　峰值儲能要求　138
5．1．4　根據預期電流紋波計算電感值　141
5．2　第2部分：能量與磁芯尺寸　143
5．2．1　磁路和有氣隙磁芯的有效磁路長度　143
5．2．2　有氣隙磁芯的儲能和z因數　145
5．2．3　有氣隙磁芯的能量與磁芯體積的關係　148
5．3　第3部分：從螺綫管到E型磁芯　151
5．4　第4部分：更多AC-DC反激變壓器設計細節　153
5．5　第5部分：更多AC-DC正激變換器變壓器設計細節　157

第6章　元器件額定值、應力、可靠性和壽命　163
6．1　引言　163
6．2　應力和降額　163
6．3　第1部分：功率變換器的額定值和降額　166
6．3．1　工作環境　166
6．3．2　電源中元器件的額定值和應力係數　169
6．3．3　機械應力　177
6．4　第2部分：平均故障時間、失效率、保修成本和壽命　177
6．4．1　MTBF　178
6．4．2　保修成本　180
6．4．3　壽命期望和失效標準　181
6．4．4　可靠性預測方法　182
6．4．5　驗證可靠性測試　183
6．4．6　加速壽命試驗　184
6．5　第3部分：鋁電解電容壽命預測　185

第7章　最優功率器件選擇　190
7．1　概述　190
7．2　功率變換器的主要應力　190
7．3　不同拓撲的波形和峰值電壓應力　191
7．4　電流有效值和平均值的重要性　195
7．5　二極管、場效應管和電感的電流有效值和平均值計算　196
7．6　電容的電流有效值和平均值計算　198
7．7　蜘蛛狀應力麯綫　204
7．8　降低AC-DC變換器應力　206
7．9　RCD鉗位和RCD吸收電路　208

第8章　導通損耗和開關損耗　213
8．1　阻性負載時的開關轉換過程　213
8．2　感性負載時的開關轉換過程　216
8．3　開關損耗和導通損耗　218
8．4　感性負載時用於開關損耗研究的MOSFET簡化模型　219
8．5　寄生電容在交流係統中的錶示方法　220
8．6　柵極閾值電壓　221
8．7　導通轉換過程　222
8．8　關斷轉換過程　225
8．9　柵荷係數　229
8．10　實例　230
8．10．1　導通過程　231
8．10．2　關斷過程　232
8．11　開關拓撲的開關損耗分析　233
8．12　開關損耗對應的最惡劣輸入電壓　233
8．13　開關損耗隨寄生電容變化　234
8．14　根據MOSFET特性優化驅動能力　235

第9章　探索新拓撲　237
9．1　第1部分：恒頻同步降壓拓撲　237
9．1．1　用場效應管(安全地)替代二極管　237
9．1．2　死區時間的産生　239
9．1．3　CdV/dt引起場效應管導通　239
9．1．4　體二極管續流　240
9．1．5　外部(並聯)肖特基二極管　241
9．1．6　同步(互補)驅動　242
9．2　第2部分：恒頻同步升壓拓撲　242
9．3　第3部分：電流檢測的分類及其常規技術　246
9．3．1　直流電阻檢測　247
9．3．2　感降壓單元　251
9．3．3　損下垂調整和動態電壓調整　253
9．4　第4部分：四管升降壓拓撲　255
9．5　第5部分：輔助端和復閤拓撲　259
9．5．1　是升壓拓撲還是升降壓拓撲　260
9．5．2　理解Cuk、Sepic和Zeta拓撲　261
9．5．3　計算Cuk、Sepic和Zeta變換器的電流波形　266
9．5．4　Cuk、Sepic和Zeta拓撲的應力和元器件選擇標準　267
9．6　第6部分：結構和拓撲形態　268
9．7　第7部分：其他拓撲和技術　272
9．7．1　隱藏的輔助端和對稱性　272
9．7．2　多輸齣和浮動降壓調整器　273
9．7．3　滯環控製器　274
9．7．4　跨脈衝模式　277
9．7．5　實現正激變換器變壓器復位　278

第10章　印製電路闆設計　281
10．1　引言　281
10．2　印製綫分析　281
10．3　設計要點　282
10．4　熱管理問題　286

第11章　熱管理　288
11．1　熱阻和電路闆結構　288
11．2　曆史定義　290
11．3　自然對流的經驗方程　291
11．4　兩個標準經驗方程對比　292
11．4．1　熱動力學理論中的h　293
11．4．2　印製電路闆銅麵積估算　294
11．5　銅印製綫尺寸　294
11．6　一定海拔高度上的自然對流　295
11．7　強製空氣冷卻　295
11．8　熱輻射傳遞　296
11．9　其他問題　297

第12章　反饋環路分析及穩定性　298
12．1　傳遞函數、時間常數和激勵函數　298
12．2　理解e並繪製對數坐標麯綫　299
12．3　復數錶示法　300
12．4　重復和非重復激勵：時域和頻域分析　301
12．5　s平麵　302
12．6　拉普拉斯變換　302
12．7　乾擾及反饋的角色　304
12．8　RC濾波器的傳遞函數、增益和伯德圖　306
12．9　積分運算放大器(零極點濾波器)　308
12．10　對數坐標係下的數學運算　310
12．11　後級LC濾波器的傳遞函數　310
12．12　源濾波器傳遞函數小結　313
12．13　極點和零點　314
12．14　極點和零點的相互作用　315
12．15　閉環增益和開環增益　316
12．16　分壓器　318
12．17　脈寬調製器的傳遞函數　318
12．18　電壓(輸入)前饋　320
12．19　功率級傳遞函數　320
12．20　拓撲結構的被控對象傳遞函數　321
12．20．1　降壓變換器　321
12．20．2　升壓變換器　322
12．20．3　升降壓變換器　323
12．21　反饋部分的傳遞函數　324
12．22　閉環　326
12．23　環路穩定性判據及策略　328
12．24　繪製三種拓撲的開環增益　328
12．25　等效串聯電阻零點　332
12．26　高頻極點　332
12．27　設計3型運算放大器補償網絡　333
12．28　優化反饋環路　336
12．29　輸入紋波抑製　337
12．30　負載的暫態響應　338
12．31　1型和2型補償　339
12．32　跨導運算放大器補償　340
12．33　更簡單的跨導運算放大器補償　343
12．34　電流模式控製補償　344

第13章　高級命題：並聯、交錯和負載均流　352
13．1　第1部分：變換器的電壓紋波　352
13．2　第2部分：功率變換器應力分配及降低　357
13．2．1　概述　357
13．2．2　功率變換器的功率縮放　357
13．2．3　降壓變換器的並聯和交錯　360
13．2．4　交錯式降壓變換器的應力有效值封閉形式方程　364
13．2．5　交錯式升壓功率因數校正變換器　367
13．2．6　交錯式多相變換器　367
13．3　第3部分：交錯式降壓變換器中的耦閤電感　367
13．4　第4部分：並聯變換器的負載均流　377
13．4．1　被動式均流　377
13．4．2　主動式負載均流　381

第14章　AC-DC電源前級電路　383
14．1　概述　383
14．2　第1部分：小功率應用　384
14．2．1　充電和放電階段　384
14．2．2　電容值增加，tCOND減小，導緻電流有效值增加　386
14．2．3　電容電壓軌跡和基本階段　387
14．2．4　容忍AC-DC開關變換器中的高輸入電壓紋波　387
14．2．5　大容量電容電壓紋波對開關變換器設計的影響　389
14．2．6　常用反激電源失效保護方案　389
14．2．7　輸入電流波形和電容電流　391
14．2．8　如何正確說明μF/W　392
14．2．9　利用速查數據或“北極模擬法”的算例　393
14．2．10　電容公差和壽命　394
14．2．11　保持時間　395
14．2．12　兩種不同的滿足保持時間要求的反激變換器設計策略　399
14．3　第2部分：大功率應用和功率因數校正　401
14．3．1　概述　401
14．3．2　如何使升壓拓撲呈現正弦波輸入電流　404
14．3．3　功率因數校正級和脈寬調製級的反同步技術　407
14．3．4　采用或不采用反同步技術時電容電流有效值計算　412
14．3．5　交錯式升壓功率因數校正級　414
14．3．6　功率因數校正級的實際設計問題　414
14．3．7　功率因數校正扼流圈設計準則　415
14．3．8　功率因數校正扼流圈的磁芯損耗　417
14．3．9　臨界升壓有源功率因數校正級　418

第15章　電磁乾擾標準及測量　419
15．1　第1部分：概述　419
15．1．1　標準　419
15．1．2　電磁乾擾限製　420
15．1．3　一些與成本相關的經驗法則　422
15．1．4　組件的電磁乾擾　423
15．1．5　電磁波和電磁場　423
15．1．6　外推法　426
15．1．7　準峰值、平均值和峰值測量　427
15．2　第2部分：傳導電磁乾擾測量　428
15．2．1　差模和共模噪聲　428
15．2．2　用綫路阻抗穩定網絡測量傳導電磁乾擾　430
15．2．3　用簡單的數學方法估算最大傳導噪聲電流　432
15．2．4　用於傳導電磁乾擾診斷的共模和差模分量　432
15．2．5　用於輻射電磁乾擾診斷的近場嗅探器　436

第16章　實用電源電磁乾擾濾波器及噪聲源　437
16．1　第1部分：實用電源濾波器　437
16．1．1　電磁乾擾濾波器設計中的基本安全問題　437
16．1．2　四種常用的塗層工藝及其優缺點　438
16．1．3　總Y電容的安全限製　439
16．1．4　實用電源濾波器　439
16．1．5　等效差模和共模電路檢查及濾波器設計要點　445
16．1．6　接地扼流圈　446
16．1．7　電磁乾擾濾波器設計方麵一些值得注意的工業經驗　447
16．2　第2部分：開關電源中的差模和共模噪聲　447
16．2．1　差模噪聲的主要來源　447
16．2．2　共模噪聲的主要來源　447
16．2．3　機殼上安裝半導體器件　450
16．2．4　共模噪聲源　450
16．2．5　高性價比濾波器設計　451

第17章　電路闆電磁乾擾治理及輸入濾波器穩定性　453
17．1　第1部分：減少電磁乾擾的實用技術　453
17．1．1　覆地　453
17．1．2　變壓器在電磁乾擾中的角色　453
17．1．3　二極管的電磁乾擾　458
17．1．4　輻射測試會失敗嗎　460
17．2　第2部分：電源模塊及輸入不穩定性　461

第18章　電磁難題背後的數學　466
18．1　電源中的傅裏葉級數　466
18．2　方波　466
18．3　辛剋函數　468
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