精通開關電源設計PDF應用筆記

《精通開關電源設計》（圖靈程序設計叢書）基于作者多年從事開關電源設計的經驗，從分析開關變換器最基本器件：電感的原理入手，由淺入深系統地論述了寬輸入電壓DC-DC變換器（含離線式正、反激電源）及其磁件設計、MOSFET導通和開關損耗、PCB布線技術、三種主要拓撲電壓/電流模式下控制環穩定性以及開關電源電磁干擾（EMI）控制及測量的理論和實踐等。

第1章　開關電源的基本原理

1.1　簡介

1.2　概述和基本術語

1.2.1　效率

1.2.2　線性調整器

1.2.3　通過使用開關器件提高效率

1.2.4　半導體開關器件基本類型

1.2.5　半導體開關器件并非理想器件

1.2.6　通過電抗元件獲得高效率

1.2.7　早期RC型開關調整器

1.2.8　基于LC的開關調整器

1.2.9　寄生參數的影響

1.2.10　高頻率開關時產生的問題

1.2.11　可靠性、使用壽命和熱管理

1.2.12　降低應力

1.2.13　技術進步

1.3　認識電感

1.3.1　電容/電感和電壓/電流

1.3.2　電感電容充電/放電電路

1.3.3　能量守恒定律

1.3.4　充電階段及感應電流理論

1.3.5　串聯電阻對時間常數的影響

1.3.6　R=0時電感充電電路及電感方程

1.3.7　對偶原理

1.3.8　電容方程

1.3.9　電感放電階段

1.3.10　反饋能量和續流電流

1.3.11　電流必須連續而其變化曲線斜率不必連續

1.3.12　電壓反向現象

1.3.13　功率變換器的穩定狀態及不同工作模式

1.3.14　伏秒法則、電感復位和變換器占空比

1.3.15　半導體開關的使用及保護

1.4　電源拓撲的衍生

1.4.1　通過二極管控制感應電壓尖峰

1.4.2　達到穩定狀態并輸出有用能量

1.4.3　buck?boost變換器

1.4.4　電路地參考點

1.4.5　buck?boost變換器的結構

1.4.6　開關節點

1.4.7　buck?boost電路分析

1.4.8　buck?boost電路的性質

1.4.9　為什么只有三種基本拓撲

1.4.10　boost拓撲

1.4.11　buck拓撲

1.4.12　高級變換器設計

第2章　DC?DC變換器設計與磁學基礎

2.1　直流傳遞函數

2.2　電感電流波形的直流分量和交流紋波

2.3　交流電流、直流電流和峰值電流的確定

2.4　認識交流電流、直流電流和峰值電流

2.5　最“惡劣”輸入電壓的確定

2.6　電流紋波率r

2.7　r與電感量的關系

2.8　r的最佳值

2.9　電感量與電感體積的關系

2.10　頻率對電感量和電感體積的影響

2.11　負載電流對電感量和電感體積的影響

2.12　供應商標定成品電感額定電流的方式及成品電感選擇

2.13　在給定應用中我們需要考慮哪些電感電流額定值

2.14　電流限制的范圍和容限

2.15　實際例子(1)

2.15.1　設置r時需考慮電流限制

2.15.2　確定r需考慮的連續導電模式

2.15.3　當用低ESR電容時應將r設置得大于0.4

2.15.4　設置r時應避免裝置不平衡

2.15.5　設置r應避免次諧波震蕩

2.15.6　用“L×I”和“負載縮放比例”法則快速選擇電感

2.16　實際例子(2、3和4)

2.16.1　強迫連續模式(FCCM)中的電流紋波率

2.16.2　基本磁學定義

2.17　實際例子(5)--不增加線圈匝數

2.17.1　“磁場紋波率”

2.17.2　與伏秒數相關的受控電壓方程(MKS單位制)

2.17.3　CGS單位制

2.17.4　與伏秒數相關的受控電壓方程(CGS單位制)

2.17.5　磁心損耗

2.18　實際例子(6)--特定場合中產品電感的特性

2.18.1　估計必要條件

2.18.2　電流紋波率

2.18.3　峰值電流

2.18.4　磁通密度

2.18.5　線圈損耗

2.18.6　磁心損耗

2.18.7　溫升

2.19　計算其他最惡劣應力

2.19.1　最惡劣磁心損耗

2.19.2　二極管最惡劣損耗

2.19.3　開關管最惡劣損耗

2.19.4　輸出電容最惡劣損耗

2.19.5　輸入電容最惡劣損耗

第3章　離線式變換器設計與磁學技術

3.1　反激變換器磁學技術

3.1.1　變壓器繞組極性

3.1.2　反激變換器中變壓器功能及其占空比

3.1.3　等效的buck-boost模型

3.1.4　反激變換器電流紋波率

3.1.5　漏感

3.1.6　齊納管鉗位損耗

3.1.7　二次漏感同樣影響一次側

3.1.8　有效一次漏感電感測量

3.1.9　實際例子(7)--反激變壓器設計

3.1.10　導線規格與銅皮厚度選擇

3.2　正激變換器磁學技術

3.2.1　占空比

3.2.2　最惡劣電壓輸入

3.2.3　窗口面積利用

3.2.4　磁心型號與其所通功率

3.2.5　實際例子(8)--正激變換器變壓器設計

第4章　拓撲FAQ

問題與解答

第5章　導通損耗和開關損耗

5.1　開關接電阻性負載

5.2　開關接感性負載

5.3　開關損耗和導通損耗

5.4　建立MOSFET簡化模型以研究感性負載時的開關損耗

5.5　變換系統中寄生電容的表示

5.6　門極開啟電壓

5.7　導通轉換

5.8　關斷轉換

5.9　柵荷系數

5.10　實際例子

5.10.1　導通時

5.10.2　關斷時

5.11　把開關損耗分析應用于開關拓撲

5.12　對開關損耗而言的最惡劣輸入電壓

5.13　開關損耗怎樣隨寄生電容變化

5.14　使驅動器相對于MOSFET性能最佳

第6章　印制電路板的布線

6.1　引言

6.2　布線分析

6.3　布線要點

6.4　散熱問題

第7章　反饋環路分析及穩定性

7.1　傳遞函數、時間常數與強制函數

7.2　理解e及繪制對數坐標曲線

7.3　時域分析與頻域分析

7.4　復數表示

7.5　非周期激勵

7.6　s平面

7.7　拉普拉斯變換

7.8　擾動和反饋作用

7.9　RC濾波器的傳遞函數

7.10　積分運算放大器(零極點濾波器)

7.11　對數平面中的數學

7.12　LC濾波器的傳遞函數

7.13　無源濾波器傳遞函數小結

7.14　極點和零點

7.15　極點和零點的相互作用

7.16　閉環增益和開環增益

7.17　分壓網絡

7.18　PWM傳遞函數(增益)

7.19　電壓前饋

7.20　主電路傳遞函數

7.21　所有拓撲的調節器傳遞函數

7.21.1　buck變換器

7.21.2　boost變換器

7.21.3　buck-boost變換器

7.22　反饋網絡傳遞函數

7.23　閉環

7.24　環路穩定性判據

7.25　帶積分器的開環波特圖

7.26　抵消LC濾波器雙重極點

7.27　ESR零點

7.28　3型運算放大器補償網絡的設計

7.29　反饋環路優化

7.30　輸入紋波抑制

7.31　負載暫態

7.32　1型和2型補償網絡

7.33　跨導運算放大器補償網絡

7.34　簡化跨導運算放大器補償網絡

7.35　電流模式控制補償

第8章　EMI基礎--從麥克斯韋方程到CISPR標準

8.1　標準

8.2　麥克斯韋到EMI　226

8.3　敏感度/抗擾性

8.4　一些與成本相關的經驗

8.5　組件的EMI問題

8.6　CISPR 22對電信端口的規定--修訂意見

第9章　傳導EMI限值及測量

9.1　差模和共模噪聲

9.2　如何測量傳導EMI

9.3　傳導發射限制

9.4　準峰值、平均值和峰值測試

第10章　實際的電源輸入EMI濾波器

10.1　EMI濾波器設計的安全問題

10.2　實際的電源輸入濾波器

10.3　Y電容總容量的安規限制

10.4　等效DM和CM電路

10.5　一些重要的EMI工程經驗

第11章　開關電源的DM與CM噪聲

11.1　主要DM噪聲源

11.2　主要CM噪聲源

11.3　地電抗器

第12章　電路板EMI解決方案

12.1　變壓器的EMI問題

12.2　二極管的EMI問題

12.3　磁珠的工程應用--抑制肖特基二極管的dV/dt

12.4　基本布線方案

12.5　最后的EMI抑制措施

12.6　能否通過輻射測試

第13章　EMI濾波器的輸入電容和穩定性

13.1　DM扼流環是否飽和

13.2　DC-DC變換器模塊的實用電網濾波器

第14章　電磁難題的數學基礎知識

14.1　數學基礎知識之傅里葉級數

14.2　矩形波

14.3　矩形波分析

14.4　梯形波

14.5　梯形波的EMI問題

14.6　高性價比濾波器的設計

14.7　實際DM濾波器設計

14.8　實際CM濾波器設計

14.8.1　第一種方法(快速)

14.8.2　第二種方法(詳細法)

附錄1　聚焦實際問題

附錄2　設計參考表

參考文獻