书名：单端变换器基本原理与设计制作

ISBN：9787111673774

作者：陈之勃 陈永真

定价：98.00元

将一种直流电能转换成所需要的直流电能或交流电能的电路通常被称为功率变换器，该电路拓扑结构多种多样。单端变换器以其控制方式和电路*简单、可靠性*高，得到广泛应用。

本书对如何理解和更好地设计单端变换器做了详尽的论述，包括基本DC-DC变换器的基本知识、基本变换器演化出的各种电路、主要元器件的基本原理与特性、基本电路单元的设计与选择和缓冲电路等问题。为了方便初学者学习，书中还给出了各种单端隔离型变换器的设计实例。

本书适合电气、电子工程师，大中专院校电类及相关专业的学生和教师阅读。

目录

前言

第1章　开关电源的发展历程 

1.1　开关电源已有百年以上的历史 

1.2　最早的“开关电源”是汽车发动机火花塞的高压电路 

1.3　汽车收音机需要机械式逆变器获得高压直流电 

1.4　显像管式电视机通过行逆程变换器获得第二阳极的高压直流电

1.5　超小型计算机需要无工频变压器的开关电源 

1.6　为什么要提高效率 

1.7　非稳压应用时的 DC-DC变换器不需要稳压功能 

1.8　电磁干扰问题 

1.9　减小待机损耗 

1.10　如何进一步降低开关电源的损耗 

1.11　开关电源的延伸 

第 2章　基本 DC-DC变换器概述 

2.1　DC-DC变换器是现代电力电子技术的基石 

2.2　在直流功率变换中，DC-DC变换器可以起到交流电变换的变压器作用

2.3　基本 DC-DC变换器的电路运行原理与电磁能量转换原理

第 3章　降压型变换器 

3.1　降压型变换器概述 

3.2　电路的推导 

3.2.1　直流电压的切割 

3.2.2　直流脉冲串的平滑—低通滤波器 

3.2.3　线性低通滤波器在非线性电路中的问题 

3.2.4　非线性电路中实际的低通滤波器 

3.3　电路运行原理与电磁能量转换原理 

3.3.1　开关管导通期间 

3.3.2　开关管关断、二极管续流期间 

3.4　由波形导出的定量关系 

3.4.1　开关管、续流二极管承受的电流、电压 

3.4.2　由能量守恒原理推导电流连续状态下的输入输出关系 

3.5　电流断续下的输入输出电压关系的推导 

3.6　降压型变换器输入旁路电容状态的分析 

3.6.1　输出旁路电容电流的分析 

3.6.2　输入旁路电容电流的分析 

3.7　本章小结 

第 4章　升压型变换器 

4.1　电路的推导 

4.1.1　反向电流的阻止 

4.1.2　输入向输出提供电能的实现 

4.1.3　电感储能的补充与控制 

4.2　电路运行原理与电磁能量转换原理 

4.2.1　开关管导通期间 

4.2.2　开关管关断期间 

4.2.3　开关管、二极管均为关断期间 

4.3　主要波形及定量分析 

4.3.1　电感电流连续状态的波形分析 

4.3.2　主要参数的定量分析 

4.4　电感电流连续状态下的输入输出电压关系分析 

4.5　输入 /输出电容状态的分析 

4.5.1　输入电源旁路电容状态的分析 

4.5.2　输出支撑电容状态的分析 

4.6　电感电流断续状态下的输入输出电压关系 

4.6.1　电感电流断续状态的波形分析 

4.6.2　电流断续状态下输入电容、输出电容状态 

第 5章　反激式变换器 

5.1　电路的获得 

5.1.1　输出反向电流的阻塞 

5.1.2　输入电流与输出电流共同通路的建立 

5.1.3　储能元件的确定及完整电路 

5.2　电路运行原理与电磁能量转换原理 

5.2.1　开关管导通期间 

5.2.2　开关管关断期间 

5.2.3　电感储能完全释放期间的电路状态 

5.2.4　电路特点 

5.3　电流连续状态下主要波形与定量的关系 

5.3.1　主要元器件参数的定量关系 

5.3.2　输入、输出电压关系的推导 

5.4　电感电流断续状态下主要波形与定量的关系 

5.4.1　电感电流断续状态下的主要波形 

5.4.2　输入输出定量关系的分析 

5.4.3　电流断续状态下的开关管、阻塞二极管电压、电流定量关系

5.5　输入电容、输出电容电流与输入输出电流的定量关系

5.5.1　电流连续状态下的输入电容电流 

5.5.2　电流连续状态下的输出电容电流 

5.5.3　电流断续状态下的输入电容电流 

5.5.4　电流断续状态下的输出电容电流 

5.6　本章小结 

第 6章　双向变换器 

6.1　双向变换器的提出 

6.2　降压型变换器与升压型变换器组合形成双向变换器 

6.3　单向变换器如何变成双向变换器 

6.3.1　单向变换器 

6.3.2　双向变换器 

6.3.3　升压型变换器的电能双向传输 

6.4　反激式双向变换器 

6.5　双向变换器的延伸—同步整流器 

6.5.1　低压整流电路需要低正向电压整流器件 

6.5.2　利用开关器件实现低正向电压整流器件 

6.5.3　同步整流器概念 

第 7章　演化为隔离型 DC-DC变换器 

7.1　基本变换器的等效变换 

7.2　实现电气隔离的几种方法和可实现性 

7.3　降压型变换器输入、输出电气隔离的实现 

7.3.1　隔离边界 

7.3.2　变压器绕组带有直流分量电压产生的问题及变压器插入位置的分析

7.4　变压器的反向电压 

7.4.1　变压器的等效电路 

7.4.2　变压器励磁电流的释放与反向电压的产生 

7.5　RCD钳位复位电路 

7.6　瞬变电压抑制二极管复位电路的复位 

7.7　复位绕组的复位 

7.8　双管钳位式复位方式 

7.9　谐振式复位方式 

7.10　有源钳位的复位方式 

7.11　磁通复位问题 

7.12　输出侧直流分量的恢复 

7.13　降压型变换器电气隔离的延伸：隔离型桥式变换器 

7.14　升压型变换器输入、输出电气隔离的实现 

7.15　反激式变换器输入、输出电气隔离的实现 

7.15.1　flyback变换器的隔离型演化

7.15.2　隔离型反激式变换器的延伸 

第 8章　由基本 DC-DC变换器演化出级联变换器 

8.1　基本 DC-DC变换器级联的基本思路 

8.2　应用升压型、降压型变换器级联为 cuk变换器 

8.3　应用升压型、反激式变换器级联为 SEPIC变换器 

8.4　应用反激式与降压型变换器级联为 zeta变换器 

8.5　反激式变换器与降压型变换器的级联 

8.5.1　级联变换器的必要 

8.5.2　反激式变换器与降压型变换器的级联演化过程 

8.5.3　反激式变换器与降压型变换器级联相对反激式变换器的优点 

8.6　反激式变换器级联 

8.6.1　反激式变换器的级联过程分析 

8.6.2　反激式变换器级联相对降压型变换器的优点 

8.7　升压型变换器级联 

8.7.1　用一只开关管实现的升压型变换器级联 

8.7.2　用两只开关管和同一个控制信号实现的升压型变换器级联 

8.7.3　升压型变换器级联小结 

8.8　变换器单开关多输出的演化 

8.8.1　cuk变换器与 SEPIC变换器组合构成对称输出变换器 

8.8.2　flyback变换器与 zeta变换器组合演化为对称输出变换器

8.8.3　SEPIC变换器与 boost变换器组合演化为同极性多输出变换器 

8.9　基本变换器的变形演化 

8.9.1　变换器的变形演化的目的 

8.9.2　cuk变换器变形演化 

8.9.3　flyback变换器变形演化 

8.9.4　buck、flyback与 boots变换器变形演化为 LED驱动器 

8.10　演化出高效率的升降压 4开关变换器 

8.10.1　基本思路 

8.10.2　同极性反激式工作模式 

8.10.3　降压模式 

8.10.4　升压模式 

8.10.5　输入输出电压接近降压、升压控制模式 

8.10.6　高边驱动采用自举电路时的工作模式 

第 9章　交流电源直接市电整流电路状态分析及整流器、滤波电容的选择

9.1　桥式整流电路与滤波电路 

9.2　整流电路的滤波方式与作用 

9.3　带有电容滤波的单相桥式整流电路的工作状态分析 

9.3.1　低漏感、低绕组电阻变压器对应的整流滤波电路工作状态 

9.3.2　高漏感、高绕组电阻变压器对应的整流滤波电路工作状态 

第 10章　电流型控制芯片的原理分析 

10.1　UC3842及原理分析 

10.2　UC3842系列的主要参数 

10.2.1　极限参数 

10.2.2　电源参数 

10.2.3　时钟参数 

10.2.4　输出参数 

10.2.5　误差放大器参数 

10.2.6　电流检测环节参数 

10.2.7　UC3842系列中其他型号的特殊参数 

10.3　UC3842系列的一般特性 

10.3.1　峰值电流型控制方式  

10.3.2　UC3842的其他特点 

10.4　UC3842的工作状态分析 

10.5　UC3842的工作状态分析 

10.6　逐周电流控制原理 

10.7　定时电容的电容量对输出脉冲占空比的影响 

10.8　UC3842的其他性能 

10.8.1　同步的实现 

10.8.2　误差放大器 

10.9　电流型控制 IC的升级 

10.9.1　可以直接替代 UC3842系列的低工作电流的 UCC38C××系列 

10.9.2　带有内置软启动的低启动工作电流的 UCC3800系列

10.10　反激式开关电源存在的问题与准谐振开关电源 

10.10.1　输入、输出整流滤波电容损耗的降低 

10.10.2　开关管开关损耗与缓冲电路损耗的降低 

10.10.3　准谐振控制模式反激式变换器的工作原理 

10.11　缓冲电容电压极小值的检测与实际控制模式 

10.11.1　准谐振工作模式的谷点电压检测方式 

10.11.2　轻载问题的处理 

第 11章　开关电源主要元器件参数的选择 

11.1　影响元器件选择参数的几个指标 

11.2　输入整流器的选择 

11.3　输入整流滤波电容的选择 

11.3.1　整流滤波电容额定电压的选择 

11.3.2　整流滤波电容需要的最低电容量 

11.3.3　整流滤波电容的选择 

11.4　开关管的选择 

11.4.1　电压部分 

11.4.2　复位电压部分 

11.4.3　尖峰电压的选择 

11.4.4　电压裕量 

11.4.5　MOSFET的耐压对性能参数的影响 

11.4.6　MOSFET的耐压对栅极电荷的影响 

11.5　开关管额定电流的选择 

11.5.1　壳温对额定电流的影响 

11.5.2　高结温对 MOSFET导通电阻的影响 

11.5.3　开关管额定电流的选择 

11.6　开关管封装的选择 

11.7　钳位电路的选择 

11.8　RCD钳位电路 

11.8.1　钳位电容的选择 

11.8.2　钳位电路放电电阻的选择 

11.8.3　钳位电路阻断二极管的选择 

11.8.4　RCD钳位电路付出的代价

11.9　钳位二极管的钳位电路 

11.10　绕组钳位方式 

11.11　输出整流器的选择 

第 12章　反激式开关电源变压器的设计 

12.1　磁性材料的选择 

12.2　磁心外形的选择 

12.3　磁心规格的选择 

12.4　骨架的选择 

12.5　绕组引出端的设计 

12.5.1　立式骨架的同名端 

12.5.2　卧式骨架的同名端 

12.5.3　绕组的绕制方向 

12.6　绕组结构的设计 

12.6.1　绝缘边距与漆包线种类对变压器性能的影响 

12.6.2　变压器绕线方式对变压器性能的影响 

12.7　变压器的制作工艺 

12.7.1　绕线方式 

12.7.2　引线要领 

12.7.3　包铜箔 

12.7.4　包胶带 

12.7.5　如何在引脚处焊接绕组引出端 

12.8　电流断续型变换器的变压器设计 

12.8.1　一次电流峰值 IP 

12.8.2　一次匝数 

12.8.3　二次匝数 

12.8.4　磁路气隙 

12.8.5　一次侧电流有效值 

12.8.6　二次侧电流有效值 

12.9　电流连续型变换器的变压器设计 

第 13章　反激式开关电源入门设计实例 

13.1　UC3842系列构成的反激式开关电源评估电路 

13.1.1　电路设计 

13.1.2　主要元器件参数的选择与设计 

13.1.3　变压器参数 

13.1.4　PCB设计 

13.1.5　评估电路板实物 

13.2　测试入门 

13.2.1　测试电源与测试设备 

13.2.2　测试芯片的启动电压和欠电压关闭电压 

13.2.3　测试 UC3842的振荡器是否起振 

13.2.4　驱动输出 

13.2.5　变压器各绕组同名端是否正确 

13.2.6　峰值电流控制是否有效 

13.2.7　输出电压反馈是否有效 

13.3　测试 

13.3.1　输出电压的稳定性 

13.3.2　效率测试 

13.3.3　关键波形测试 

第 14章　商用开关电源设计实例解析 

14.1　输入 28V，输出 5V/10A、12V/6A、.12V/1A设计实例 

14.1.1　设计方案分析 

14.1.2　电路图和 PCB图 

14.1.3　原材料清单 

14.1.4　变压器设计参数 

14.2　AC220V输入、12V/8.5A输出正激式开关电源 

14.2.1　设计方案分析 

14.2.2　电路图及 PCB图 

14.2.3　元器件清单 

14.3　AC220V输入、15V/5A输出反激式开关电源 

14.3.1　设计方案分析 

14.3.2　电路图及 PCB图 

14.3.3　元器件清单 

14.4　12V、5A开关电源的技术条件

14.4.1　输入特性 

14.4.2　输出特性 

14.4.3　环境条件 

14.4.4　元器件清单 

14.4.5　变压器的设计 

14.5　本章小结 

附录

附录 A　绝缘栅功率场效应晶体管特性分析

附录 A.1　功率场效应晶体管（MOSFET） 

附录 A.2　MOSFET原理分析 

附录 A.2.1　MOSFET工作状态由哪两个电极之间的电压决定 

附录 A.2.2　横向导电的 MOSFET如何变为纵向导电的 

附录 A.3　极限参数

附录 A.3.1　额定漏 -源极最大电压（UDS）

附录 A.3.2　额定栅 -源极最大电压（UGS）

附录 A.3.3　最大漏极电流 

附录 A.3.4　最大额定耗散功率 

附录 A.3.5　其他 

附录 A.4　MOSFET的主要性能 

附录 A.4.1　导通电阻（Rds（on）） 

附录 A.4.2　导通阈值电压（Uth）与转移特性 

附录 A.4.3　栅极电荷特性 

附录 A.4.4　开关特性 

附录 A.4.5　安全工作区（SOA）

附录 A.4.6　热阻响应特性 

附录 A.5　寄生二极管特性

附录 A.5.1　一般电特性 

附录 A.5.2　开关特性 

附录 A.6　MOSFET特点 

附录 A.6.1　低压 MOSFET 

附录 A.6.2　高压 MOSFET 

附录 A.6.3　低导通电阻的 Coolmos理论 

附录 A.7　耗尽型 MOSFET 

附录 A.8　功率 MOSFET的应用注意事项 

附录 A.8.1　功率 MOSFET的导通电阻随额定电压的降低而大幅度降低

附录 A.8.2　功率 MOSFET反向是导电的 

附录 A.8.3　需要合适的驱动电压 

附录 A.8.4　需要合适的驱动速度 

附录 B　快速反向恢复二极管与电压瞬变抑制二极管 

附录 B.1　快速反向恢复二极管（FRD）的发展历程 

附录 B.1.1　二极管反向恢复问题的提出

附录 B.1.2　快速反向恢复二极管的发展历程

附录 B.2　快速反向恢复二极管特性分析 

附录 B.2.1　二极管的反向恢复特性“定义”

附录 B.2.2　按反向恢复特性分类

附录 B.2.3　反向恢复时间 trr特性分析 

附录 B.2.4　反向恢复峰值电流 IRRM特性分析 

附录 B.2.5　反向恢复电荷 Qrr特性分析 

附录 B.3　肖特基势垒二极管（SBD） 

附录 B.3.1　肖特基二极管的正向特性

附录 B.3.2　肖特基二极管的反向特性

附录 B.4　电压瞬变抑制二极管 

附录 B.4.1　电压瞬变抑制二极管概述 

附录 B.4.2　电压瞬变抑制二极管特性分析 

附录 C　碳化硅器件

附录 C.1　碳化硅二极管的优势 

附录 C.2　二极管反向恢复对电路的影响 

附录 C.3　碳化硅二极管主要特性分析 

附录 C.4　SiC MOSFET的优势 

附录 C.5　SiC MOSFET全部参数解读 

附录 C.6　SiC MOSFET主要性能分析 

附录 D　电解电容

附录 D.1　电解电容是单相整流滤波的“唯一”选择 

附录 D.2　铝电解电容概述

附录 D.2.1　高介电系数介质的获得 

附录 D.2.2　正极板粗糙电极的获得与负极的获得 

附录 D.2.3　铝电解电容结构 

附录 D.2.4　铝电解电容外观 

附录 D.3　铝电解电容电压、电容量和漏电流

附录 D.3.1　电压 

附录 D.3.2　电容量、漏电流与损耗因数 

附录 D.3.3　工作温度范围与寿命 

附录 D.4　ESR和纹波电流承受能力

附录 D.4.1　等效串联电阻 

附录 D.4.2　额定纹波电流 

附录 D.5　低 ESR与超低 ESR电解电容 

附录 D.5.1　低 ESR问题的提出与实现思路 

附录 D.5.2　低 ESR电解电容性能分析 

附录 D.6　固态电解电容

附录 D.6.1　固态电解电容的性能优势 

附录 D.6.2　固态电解电容问题的提出与实现的思路 

附录 D.6.3　输出整流滤波电容的选择 

附录 D.6.4　输出整流滤波电容的等效电路 

附录 D.6.5　电容在高频整流滤波的作用 

附录 D.6.6　需要多大的电容量