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开关电源设计入门电子书

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作       者:沙占友 庞志峰 周万珍 王彦朋 李玮 等

出  版  社:中国电国出版社

出版时间:2012-10-15

字       数:18.1万

所属分类: 科技 > 工业技术 > 航空/电子

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本书全面、深、系统地阐述了关电源设计的门知识,并给出典型设计实例。本书遵循先易后难、化整为零、突出重和难的原则,在介绍关电源基本原理与构成的基础上,首先将关电源划分成若干个基本单元电路,依次阐述关电源一次侧、二次侧电路及反馈电路的设计,再阐述高频变压器的设计,然后介绍整机电路设计的关键技术,最后对30种关稳压器、交/直流关电源及特种关电源的电路做了深分析。所述内容可帮助读者快速、全面、系统地掌握关电源的设计与制作知识。     本书融实用性、科学性于一体,内容由浅深,循序渐,通俗易懂,图文并茂,是一本关电源的门指南,适合关电源行业中的工程技术人员和初学者阅读。<br/>
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内容提要

版权页

前 言

第一章 开关电源的基础知识

第一节 开关电源名词解释

1.线性稳压电源(Linear Regulated Power Supply,简称Linear Power Supply)

2.线性稳压器(Linear Voltage Regulator,简称Linear Regulator)

3.开关电源(Switching Mode Power Supply,简称SMPS)

4.单片开关电源(Single-chip SMPS)

5.数字电源(Digital Power Supply)

6.离线式开关变换器(Off-line Switching Converter)

7.高频开关变换器(High-frequency Switching Converter)

8.DC/DC变换器(DC-DC Converter)

9.开关稳压器(Switching Voltage Regulator,简称Switching Regulator)

10.复合式稳压器

11.硬开关(Hard Switching)

12.软开关(Soft Switching)

13.拓扑(Topology)

14.电路的拓扑结构(Circuit Topology)

15.降压式变换器(Buck Converter)

16.升压式变换器(Boost Converter)

17.降压/升压式变换器(Buck-Boost Converter)

18.电荷泵式变换器(Charge Pump Converter)

19.单端一次侧电感式变换器(Single Ended Primary Inductor Converter)

20.反激式(亦称回扫式)变换器(Flyback Converter)

21.正激式变换器(Forward Converter)

22.双开关正激式变换器(2 Switch Forward Converter)

23.半桥式变换器(Half Bridge Converter)

24.全桥式变换器(Full Bridge Converter)

25.推挽式变换器(Push-pull Converter)

26.半桥LLC谐振变换器(Half-bridge LLC Resonant Converter)

27.脉宽调制(Pulse Width Modulation,简称PWM)

28.占空比(Duty Cycle)

29.波形因数(kf)

30.波形系数(Kf)

31.波峰因数(kP)

32.同步整流(Synchronous Rectification,简称SR)

33.连续导电模式CUM(Continuous Mode)

34.不连续模式DUM(Discontinuous Mode)

35.电源管理(Power Management)

36.电源管理集成电路(Power Management Integrated Circuit,简称PMIC)

37.电源管理模式(Power Management Mode,简称PMM)

38.电源电压监视器(Supply Voltage Supervisor,简称SVS)

39.不间断电源(Uninterrupted Power Supply,简称UPS)

40.电压调整率(Voltage Regulation或Line Regulation)

41.负载调整率(Load Regulation)

42.输出电压精度(Output Voltage Accuracy)

43.电源效率(η)

44.能效

45.待机电流(Standby Current)

46.结温(Junction Temperature)

47.最高结温

48.过热保护(Over Temperature Protection,简称OTP)

49.过电压保护(Over Voltage Protection,简称OVP)

50.欠电压保护(Under Voltage Protection,简称UVP)

51.过电流保护(Over Current Protection,简称OCP)

52.过载保护(Over Power Protection,简称OPP)

53.电池反接保护(Reversed-battery Protection)

54.电压反接保护(Reverse Voltage Protection)

55.瞬态响应(Transient Response)

56.电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio,PSRR)

57.输出噪声电压(Output Noise Voltage)

58.交叉负载调整率(Cross Load Regulation)

59.并联工作(Parallel Operation)

60.电磁干扰滤波器(EMI Filter)

61.散热器(Radiator或Heat Sink)

62.电子负载(Electronic Load)

63.功率因数(Power Factor)

64.功率因数校正(Power Factor Correction,或Power Factor Controller)

65.无源功率因数校正(Passive PFC)

66.有源功率因数校正(Active PFC)

第二节 集成稳压电源的分类

一、集成稳压电源的分类

二、开关电源的分类

1.无工频变压器式开关电源

2.开关稳压器

3.单片开关电源

第三节 开关电源与线性电源的性能比较

一、开关电源的主要特点

二、开关电源与线性电源的性能比较

1.开关器件与线性器件的比较

2.开关稳压器与线性稳压器基本原理比较

3.开关电源与线性电源的性能比较

第四节 开关电源的基本原理

一、开关电源的工作方式

二、脉宽调制控制器的基本原理

三、单片开关电源的构成与基本原理

第五节 开关电源集成电路的产品分类

一、PWM控制器集成电路的产品分类

二、单片开关电源集成电路的产品分类

1.通用单片开关电源集成电路

2.峰值功率输出式单片开关电源集成电路

3.微型单片开关电源集成电路

4.高效节能型单片开关电源集成电路

5.单片DC/DC电源变换器

6.半桥式PFC及LLC控制器

三、开关稳压器集成电路的产品分类

第二章 开关电源的基本电路

第一节 基准电压源电路

一、传统基准电压源的基本原理

二、带隙基准电压源的基本原理

第二节 误差放大器电路

第三节 电压控制型开关电源的基本电路

第四节 电流控制型开关电源的基本电路

第五节 电荷泵式开关电源的基本电路

第六节 基于电感电流连续导通模式的恒流驱动电路

第七节 反馈电路的基本类型

第八节 开关电源的过热保护电路

第三章 开关电源单元电路的设计

第一节 输入保护电路的设计

一、输入保护电路的基本构成

二、熔丝管

1.熔丝管的工作原理

2.熔丝管的产品分类

3.熔丝管的主要参数

4.使用注意事项

三、熔断电阻器

四、负温度系数功率热敏电阻器

五、压敏电阻器

1.压敏电阻器的性能特点

2.压敏电阻器的产品分类

第二节 电磁干扰滤波器的设计

一、电源噪声及其抑制方法

二、简易电磁干扰滤波器的设计

1.EMI滤波器的基本电路

2.EMI滤波器的主要参数

3.几种简易EMI滤波器的性能比较

三、复杂电磁干扰滤波器的设计

第三节 开关电源输入整流滤波电路的设计

一、输入整流管的选择

二、输入整流桥的选择

1.整流桥的导通时间与选通特性

2.整流桥的参数选择

三、输入滤波电容器的选择

1.输入滤波电容器容量的选择

2.准确计算输入滤波电容器容量的方法

四、倍压整流及交流输入电压转换电路的设计

1.倍压整流电路的设计

2.110V/220V交流输入电压转换电路的设计

第四节 开关稳压器输入整流滤波电路的设计

一、输入整流滤波器的选择与设计曲线

1.输入整流滤波器的选择

2.输入整流滤波器的设计曲线

二、输入整流滤波器的设计步骤

1.确定输入滤波电容器的最小容量

2.计算整流滤波器参数

3.计算工频变压器参数

三、输入整流滤波器的设计实例

第五节 功率开关管的选择

一、双极型功率开关管的选择方法

二、MOSFET功率开关管的选择方法

1.MOSFET功率开关管的性能特点

2.MOSFET功率开关管的选择方法

三、IGBT功率开关管的选择方法

1.IGBT功率开关管的选择方法

2.IGBT功率开关管在开关电源中的应用

第六节 漏极钳位保护电路的设计

一、漏极上各电压参数的电位分布

二、漏极钳位保护电路的基本类型

三、漏极钳位保护电路的设计方法及实例

第七节 输出整流管的选择

一、快恢复及超快恢复二极管的选择

1.反向恢复时间

2.快恢复二极管的结构特点

二、肖特基二极管的选择

1.肖特基二极管的工作原理

2.肖特基二极管在开关电源中的典型应用

三、几种整流管的性能比较

第八节 输出滤波电容器的计算与选择

一、输出滤波电容器的容量计算

1.电容器的高频特性

2.输出滤波电容器的容量计算

二、选用输出滤波电容器的注意事项

三、实现无电解电容器的方法

1.用固态电容器代替铝电解电容器

2.用陶瓷电容器代替电解电容器

第九节 磁珠的选择

一、磁珠的性能特点

二、磁珠的选择方法

第十节 稳压管的选择

第十一节 光耦合器的选择

一、光耦合器的工作原理

1.光耦合器的类型

2.光耦合器的性能特点

二、线性光耦合器的选择

第十二节 可调式精密并联稳压器的选择

一、TL431型可调式精密并联稳压器

二、NCP100型可调式精密并联稳压器

第十三节 普通光耦反馈电路的设计实例

一、待机电源的光耦反馈电路

二、通用开关电源的光耦反馈电路

三、大功率音频功率放大器电源的光耦反馈电路

第十四节 精密光耦反馈电路的设计实例

一、由TL431构成的精密光耦反馈电路

1.电源适配器的精密光耦反馈电路

2.多路输出式待机电源的精密光耦反馈电路

3.LCD显示器电源的精密光耦反馈电路

二、由NCP100构成的精密光耦反馈电路

第十五节 控制端补偿及偏置电路的设计实例

一、控制端补偿电路的设计

二、偏置电路的设计

1.典型的偏置电路

2.带过电压保护的偏置电路

第四章 高频变压器的设计

第一节 根据经验公式或输出功率表格选择磁心的方法

一、磁性材料的分类

二、根据经验公式选择磁心的方法

三、根据输出功率表格选择磁心的方法

第二节 高频变压器电路的波形参数分析

一、波形系数Kf

二、波形因数kf

第三节 采用AP法(面积乘积法)选择磁心的方法

一、用AP法选择磁心的计算公式

二、用AP法选择磁心的注意事项

第四节 高频变压器导线的选择

一、漆包线的选择

二、三层绝缘线的选择

1.三层绝缘线的结构特点

2.三层绝缘线的使用注意事项

第五节 反激式开关电源的高频变压器设计

一、反激式开关电源的高频变压器设计方法

1.计算一次侧电感量LP

2.选择磁心尺寸

3.计算绕组匝数与导线直径

4.计算气隙宽度δ

二、反激式开关电源的高频变压器设计实例

第六节 设计高频变压器的基本公式

1.计算一次绕组的电感量LP

2.计算二次绕组的匝数NS

3.计算一次绕组的匝数NP

4.计算偏置绕组的匝数NB

5.计算有效骨架宽度bE

6.验证一次绕组导线的电流密度

7.计算磁心中的最大磁通密度BM

8.计算磁心的气隙宽度δ

9.计算留有气隙时磁心的等效电感ALG

10.计算二次侧峰值电流ISP

11.计算二次侧有效值电流ISRMS

12.计算输出滤波电容上的纹波电流IRI

13.计算输出整流管、偏置电路整流管的最高反向峰值电压

第七节 设计高频变压器的注意事项

1.绕线注意事项

2.一次绕组

3.二次绕组

4.屏蔽

5.集肤效应

6.临近效应

7.高频变压器的损耗

8.磁心的气隙宽度

第八节 防止高频变压器磁饱和的方法

一、磁饱和对开关电源的危害及避免方法

二、检测高频变压器磁饱和的简便方法

第九节 利用软件设计开关电源及高频变压器的实例

一、PI Expert 8.5的主要特点

二、利用软件设计开关电源的实例

三、查阅并修改高频变压器参数的方法

1.磁心的选择

2.骨架的选择

3.一次绕组(初级)与偏置绕组的参数选择

4.二次绕组(次级)的参数选择

5.屏蔽层的选择

第五章 开关电源整机电路设计的关键技术

第一节 开关电源的设计方法与步骤

第二节 提高开关电源效率的方法

一、开关电源功率损耗的成因

二、设计高效率开关电源的原则

三、提高开关电源效率的方法

1.适当增大一次绕组的电感量LP

2.选择合适的Dmax和UOR参数

3.降低输入整流桥的损耗

4.降低功率MOSFET的损耗

5.减小高频变压器的损耗

6.减小输出整流管的损耗

第三节 降低开关电源空载及待机功耗的方法

一、开机后消除泄放电阻功率损耗的方法

1.CAPZero系列产品的工作原理

2.CAPZero系列产品的典型应用

二、开机后消除热敏电阻功率损耗的方法

三、消除待机模式下检测电阻功率损耗的方法

1.SENZero系列产品的工作原理

2.SENZero系列产品的典型应用

第四节 功率因数校正(PFC)电路的设计

一、功率因数与总谐波失真

二、无源PFC电路的设计

1.二阶无源填谷电路的工作原理

2.二阶无源填谷电路的设计

三、有源PFC变换器的原理分析

第五节 输出电压可从0V起调及用均流法设计的开关电源

一、输出电压可从0V起调的隔离式开关电源的设计方法

二、均流式开关电源的设计方法

第六节 开关电源保护电路的设计

一、开关电源芯片保护电路的分类及保护功能

二、过电压及欠电压保护电路的设计

1.用晶闸管构成输入/输出过电压保护

2.用分立式晶闸管构成输出过电压保护

3.用双向触发二极管构成输出过电压保护电路

4.用MC3423构成过电压保护电路

5.用NCP345构成过电压保护电路

6.给LM2576-××设计欠电压关断电路

三、过电流保护电路的设计

1.用晶体管构成过电流保护电路

2.用LTC4213构成过电流保护电路

四、其他保护电路的设计

第七节 开关电源印制电路板的设计

一、印制板常用参数表

1.PCB的单位面积质量与铜箔厚度对照表

2.常用PCB导线单位长度的电阻值

3.常用印制导线的载流量

4.过孔焊盘与孔径设置对照表(见表5-7-4)

5.印制板厚度与最小过孔对照表(见表5-7-5)

二、开关电源印制板的设计要点

第八节 单片开关电源的散热器设计

一、散热器的基本知识

二、散热器的工作原理

三、开关电源散热器实用设计方法

四、单片开关电源散热器的设计实例

第九节 功率开关管(MOSFET)的散热器设计

一、功率开关管散热器的设计方法

二、功率开关管散热器的设计实例

三、设计功率开关管散热器的注意事项

第六章 开关稳压器及直流开关电源的电路分析

第一节 降压式开关稳压器

一、降压式开关稳压器的基本原理

二、降压式开关稳压器的电路分析

第二节 升压式开关稳压器

一、升压式开关稳压器的基本原理

二、升压式开关稳压器的简化电路分析

三、升压式开关稳压器的电路分析

第三节 降压/升压式开关稳压器

一、降压/升压式开关稳压器的简化电路分析

二、降压/升压式开关稳压器的电路分析

第四节 负压输出式开关稳压器

一、负压输出式开关稳压器的电路分析

二、正压开关稳压器做负压输出的电路分析

第五节 大电流输出式开关稳压控制器

第六节 高压开关稳压器

第七节 多路输出式开关稳压器

第八节 复合开关稳压器

第九节 反激式直流开关电源

一、反激式直流开关电源的基本原理及简化电路

1.反激式直流开关电源的基本原理

2.反激式直流开关电源的简化电路

二、反激式直流开关电源的电路分析

第十节 正激式同步整流直流开关电源

一、正激式直流开关电源的基本原理

二、同步整流的基本原理

三、正激式直流开关电源的电路分析

第七章 AC/DC式开关电源的电路分析

第一节 由脉宽调制器UC3842构成的35W开关电源

第二节 3W单片精密开关电源

第三节 5W单片精密开关电源

第四节 12W单片精密开关电源

第五节 17.7W多路输出式单片开关电源

第六节 30W单片精密开关电源

第七节 50W单片精密开关电源

第八节 52W单片精密开关电源

第九节 70W双路输出式单片精密开关电源

第十节 180W多路输出式单片精密开关电源

第八章 特种开关电源的电路分析

第一节 1W微型开关电源

第二节 1.25W低压输入式工业控制开关电源

第三节 10W电池充电器

第四节 7W多路输出式微型开关电源

第五节 7.5W恒压/恒流式开关电源

第六节 14W精密恒流式LED驱动电源

第七节 30W精密恒压/恒流式开关电源

第八节 33W/60W具有峰值功率输出能力的开关电源

第九节 80W带PFC的高压输出式开关电源

第十节 347W升压式单片大功率PFC电源

参考文献

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