實(shí)用開關(guān)電源設(shè)計(jì)

第1章　緒論　1
1.1　電源　1
1.1.1　實(shí)驗(yàn)室電源　1
1.1.2　交流電源　2
1.1.3　蓄電池　3
1.1.4　太陽能電池　5
1.2　負(fù)載　6
1.2.1　高速的要求　6
1.2.2　低噪聲要求　8
1.2.3　再談蓄電池　9
1.2.4　電話機(jī)　9
1.2.5　日光燈管　10
1.2.6　其他變換器　11
1.3　安全　11
第2章　電路拓?fù)涞膶?shí)用選擇　15
2.1　引言：電路拓?fù)涠噙_(dá)上百種　15
2.2　一般性考慮　15
2.2.1　升壓或者降壓　15
2.2.2　占空比的實(shí)際限制　16
2.2.3　多少組輸出　16
2.2.4　隔離　17
2.2.5　EMI　17
2.2.6　選用雙極型晶體管還是MOSFET　17
2.2.7　連續(xù)和斷續(xù)　18
2.2.8　同步整流　18
2.2.9　電壓模式控制和電流模式控制　19
2.2.10　結(jié)論　20
2.3　buck變換器　20
2.3.1　限制　20
2.3.2　門極驅(qū)動困難　21
2.4　反激式變換器　23
2.4.1　兩種形式　23
2.4.2　與升壓電路名字的混淆　24
2.4.3　連續(xù)和斷續(xù)　24
2.4.4　電容的限制　24
2.4.5　輸出功率限制　25
2.4.6　輸出繞組的限制　25
2.5　buck-boost變換器　26
2.6　正激式變換器　27
2.6.1　最小負(fù)載　27
2.6.2　漏感　28
2.6.3　總結(jié)　28
2.7　推挽變換器　28
2.7.1　電壓型　29
2.7.2　電流型　29
2.7.3　變壓器的利用率　30
2.8　諧振變換器和軟開關(guān)變換器　30
2.8.1　諧振變換器和軟開關(guān)變換器的區(qū)別　31
2.8.2　為什么不選用諧振變換器　31
2.8.3　為什么要選用軟開關(guān)變換器　31
2.9　復(fù)合變換器　32
參考文獻(xiàn)　33
第3章　元器件的實(shí)用選擇　35
3.1　引言　35
3.2　電阻　35
3.2.1　阻值　35
3.2.2　電阻的類型　36
3.2.3　容差　36
3.2.4　選擇比率　37
3.2.5　最大電壓　37
3.2.6　溫度系數(shù)　37
3.2.7　額定功率　37
3.2.8　無感線繞電阻　40
3.2.9　分流器　40
3.2.10　布線電阻　40
3.3　電容器及其用法　41
3.3.1　電容器的種類　41
3.3.2　標(biāo)準(zhǔn)值　41
3.3.3　容差　42
3.3.4　ESR和功率損耗　42
3.3.5　老化　43
3.3.6　dV/dt　43
3.3.7　電容的串聯(lián)　43
3.4　肖特基二極管　44
3.5　整流二極管　44
3.5.1　反向恢復(fù)　45
3.5.2　越快越好嗎　45
3.6　晶體管：BJT　46
3.6.1　脈沖電流　46
3.6.2　放大倍數(shù)可以用多大　46
3.6.3　不要忽略集電極漏電流　46
3.6.4　發(fā)射極-基極之間的齊納擊穿——這是否是壞事　46
3.6.5　快速關(guān)斷　47
3.7　晶體管：MOSFET　47
3.7.1　不要混淆JFET和MOSFET　47
3.7.2　P溝道和N溝道　48
3.7.3　雙向?qū)ā?8
3.7.4　計(jì)算損耗：導(dǎo)通損耗　48
3.7.5　計(jì)算損耗：門極充電損耗　49
3.7.6　計(jì)算損耗：開關(guān)損耗　49
3.7.7　需要門極電阻　49
3.7.8　最大門極電壓　50
3.8　運(yùn)算放大器　50
3.8.1　失調(diào)：輸入失調(diào)電壓　50
3.8.2　失調(diào)：輸入失調(diào)電流　51
3.8.3　失調(diào)：輸入偏置電流　51
3.8.4　失調(diào)控制　51
3.8.5　大電阻的限制　52
3.8.6　增益帶寬　53
3.8.7　相移　54
3.8.8　電壓上升率　54
3.9　比較器　54
3.9.1　磁滯效應(yīng)　54
3.9.2　輸出飽和電壓　55
參考文獻(xiàn)　56
第4章　儀器的實(shí)用指導(dǎo)　57
4.1　引言　57
4.2　計(jì)算器和計(jì)算方法　57
4.2.1　有效數(shù)字位數(shù)　57
4.2.2　是否在乎　58
4.2.3　一個(gè)密切相關(guān)的問題　58
4.2.4　另外一個(gè)需要避免的問題　58
4.3　數(shù)字萬用表和其他儀表　59
4.3.1　精度和準(zhǔn)確度　59
4.3.2　平均　59
4.3.3　數(shù)字萬用表如何濾波　59
4.3.4　測量有效值和數(shù)字萬用表的帶寬　60
4.3.5　測量效率：交叉校正　60
4.3.6　怎樣放置探針　61
4.3.7　測量低阻值的電阻　62
4.3.8　用分流器測量大于10A的電流　62
4.3.9　怎樣用數(shù)字萬用表測量MOSFET　62
4.4　電子負(fù)載　63
4.4.1　為什么穩(wěn)定的變換器會出現(xiàn)振蕩　63
4.4.2　最小輸入電壓　63
4.5　示波器　63
4.6　網(wǎng)絡(luò)分析儀　64
4.7　奈奎斯特圖　67
第5章　磁性元件的實(shí)用設(shè)計(jì)　69
5.1　磁的基礎(chǔ)知識　69
5.1.1　引言　69
5.1.2　安培定律　69
5.1.3　法拉第定律　70
5.1.4　關(guān)于電感　71
5.1.5　混亂的單位　71
5.1.6　神秘的詞：三個(gè)“R"　72
5.2　理想變壓器　73
5.3　實(shí)際變壓器　76
5.3.1　磁芯材料　78
5.3.2　飽和　78
5.3.3　磁芯的其他局限　79
5.3.4　優(yōu)化設(shè)計(jì)　80
5.4　直流電感的實(shí)際設(shè)計(jì)　81
5.4.1　選擇磁芯　81
5.4.2　第一次嘗試　81
5.4.3　第二次嘗試　86
5.4.4　選擇導(dǎo)線　87
5.4.5　電阻的計(jì)算　89
5.4.6　功率損耗　89
5.4.7　和溫度有關(guān)　91
5.4.8　結(jié)論　92
5.5　反激式變壓器的設(shè)計(jì)實(shí)例　92
5.5.1　反激式變壓器的主要方程　92
5.5.2　磁芯材料類型的選擇　93
5.5.3　磁芯的選擇　94
5.5.4　磁芯材料的選擇　96
5.5.5　氣隙的選擇　98
5.5.6　磁芯損耗　101
5.5.7　怎么運(yùn)用磁性材料性能圖表　101
5.5.8　降低開關(guān)頻率可否降低磁芯損耗　103
5.5.9　繞組損耗　104
5.5.10　是否要考慮趨膚效應(yīng)　105
5.5.11　銅耗與變壓器總損耗　106
5.5.12　磁感應(yīng)強(qiáng)度有兩個(gè)公式嗎　107
5.6　正激式變換器的設(shè)計(jì)實(shí)例　108
5.6.1　匝數(shù)比=1∶1　108
5.6.2　匝數(shù)比=2∶1　109
5.6.3　匝數(shù)比=3∶1　109
5.6.4　匝數(shù)比=4∶1　109
5.7　電流互感器的設(shè)計(jì)實(shí)例　110
5.8　可批量生產(chǎn)的磁性元件設(shè)計(jì)技術(shù)　112
5.8.1　導(dǎo)線的粗細(xì)　112
5.8.2　導(dǎo)線粗細(xì)比率　113
5.8.3　環(huán)形磁芯繞線的限制　113
5.8.4　膠帶與導(dǎo)線的絕緣　113
5.8.5　分層　114
5.8.6　繞組的數(shù)目　114
5.8.7　密封　114
5.8.8　技術(shù)規(guī)格書　115
5.9　結(jié)論　115
參考文獻(xiàn)　116
第6章　實(shí)用反饋設(shè)計(jì)　117
6.1　引言　117
6.2　復(fù)習(xí)　117
6.2.1　對數(shù)和分貝　117
6.2.2　復(fù)數(shù)　118
6.2.3　復(fù)函數(shù)　119
6.2.4　什么是函數(shù)變換　120
6.2.5　兩種函數(shù)變換　120
6.2.6　兩種變換有什么區(qū)別　120
6.2.7　電容C和電感L的變換　121
6.3　傳遞函數(shù)　121
6.3.1　什么是傳遞函數(shù)以及什么時(shí)候使用傳遞函數(shù)　121
6.3.2　傳遞函數(shù)的合成法則　122
6.3.3　非線性系統(tǒng)沒有(有用的)函數(shù)變換　124
6.4　基本的控制理論　124
6.4.1　波特圖　125
6.4.2　穩(wěn)定的要求　126
6.4.3　需要多少相位裕度系統(tǒng)才能穩(wěn)定　129
6.4.4　增益裕度　129
6.4.5　關(guān)于條件穩(wěn)定　129
6.4.6　小信號和大信號穩(wěn)定　130
6.5　如何讓電壓型buck變換器穩(wěn)定　131
6.5.1　如何測量開環(huán)響應(yīng)　132
6.5.2　威納波爾的K-因子環(huán)路補(bǔ)償法　134
6.5.3　實(shí)際需要考慮的問題　137
6.5.4　其他方面的評價(jià)　138
6.5.5　如何測量閉環(huán)響應(yīng)　138
6.5.6　測量：變壓器法　139
6.5.7　測量：信號迭加　140
6.5.8　變換器的閉環(huán)　141
6.5.9　不要用錯(cuò)誤的方法測量環(huán)路　142
6.5.10　測量開環(huán)的更好方法　142
6.5.11　誤差放大器同相端沒有引出腳時(shí)的處理方法　144
6.6　電流模式控制　145
6.6.1　原理　145
6.6.2　電流模式控制的局限性　145
6.6.3　斜坡補(bǔ)償　146
6.6.4　如何補(bǔ)償電流模式控制器　147
6.6.5　電流環(huán)能否測量　147
6.6.6　平均電流模式控制　148
6.7　無最小相位系統(tǒng)　148
6.8　系統(tǒng)穩(wěn)定的一些概念　151
6.8.1　輸入和輸出阻抗　151
6.8.2　變換器的輸出阻抗　153
6.8.3　兩個(gè)穩(wěn)定的變換器可以組成一個(gè)不穩(wěn)定系統(tǒng)　154
6.8.4　不穩(wěn)定系統(tǒng)實(shí)例　155
6.9　關(guān)于仿真的一些想法　156
參考文獻(xiàn)　157
第7章　實(shí)用控制和監(jiān)控電路設(shè)計(jì)　159
7.1　控制電路　159
7.1.1　啟動　159
7.1.2　軟啟動　161
7.1.3　時(shí)序　161
7.1.4　反饋　162
7.1.5　限流　163
7.1.6　開關(guān)頻率　164
7.1.7　同步　164
7.2　監(jiān)控電路　166
7.2.1　如何監(jiān)控電壓　166
7.2.2　電壓基準(zhǔn)　166
7.2.3　在沒有負(fù)電源供電時(shí)如何監(jiān)控一個(gè)負(fù)電壓　167
7.2.4　為何需要采用滯環(huán)比較器　167
7.2.5　電阻與分流器　168
7.2.6　差分放大器　168
7.2.7　補(bǔ)償分流器的電感　170
7.2.8　故障應(yīng)為低電平　170
7.2.9　驅(qū)動紅色LED　171
第8章　實(shí)用效率和熱管理　173
8.1　效率　173
8.1.1　定義　173
8.1.2　效率的重要性　173
8.1.3　模塊　173
8.1.4　90%的效率已經(jīng)相當(dāng)出色　174
8.1.5　計(jì)算實(shí)例1　174
8.1.6　計(jì)算實(shí)例 2　181
8.1.7　提高效率　182
8.2　熱管理　183
8.2.1　元件壽命與溫度　183
8.2.2　模塊　184
8.2.3　美國軍標(biāo)MIL-HDBK-217　184
8.2.4　MIL-HDBK-217標(biāo)準(zhǔn)：舉例　184
8.2.5　MIL-HDBK-217標(biāo)準(zhǔn)：討論　187
8.2.6　溫度計(jì)算　187
8.2.7　散熱器等　188
8.2.8　有限元分析　189
參考文獻(xiàn)　190
第9章　實(shí)用EMI控制方法　191
9.1　概述　191
9.1.1　輻射和傳導(dǎo)　191
9.1.2　輻射噪聲的處理辦法　192
9.1.3　外殼材料　193
9.1.4　共模和差模　193
9.1.5　地線和大地　193
9.1.6　軍用和商用測試方法　194
9.2　如何從差模中分離共?！?94
9.3　噪聲來源　196
9.3.1　開關(guān)波形　196
9.3.2　電容耦合　196
9.4　布板　197
9.4.1　信號地和功率地　198
9.4.2　大電流驅(qū)動電路接地，獨(dú)立地線　200
9.4.3　器件只有輸入信號，沒有信號地線的情況　200
9.4.4　電流互感器的位置　201
9.4.5　反饋信號線　202
9.4.6　布板提示　202
9.5　低頻濾波　203
9.5.1　基本知識　203
9.5.2　差模濾波　203
9.5.3　商用與軍用　203
9.5.4　參數(shù)選取　204
9.5.5　共模濾波　204
9.5.6　參數(shù)選取　205
9.5.7　電感、電容及其缺點(diǎn)　205
9.5.8　MOV(壓敏電阻)存在電容　206
9.5.9　單個(gè)元件的價(jià)格獲得兩個(gè)元件的效果　206
9.5.10　不可能獲得100dB的衰減　206
9.6　高頻濾波　207
9.6.1　何處使用磁珠　207
9.6.2　旁路電容　207
9.7　其他相關(guān)主題　208
9.7.1　噪聲估算　208
9.7.2　最優(yōu)濾波　208
9.8　最優(yōu)軍用EMI濾波器設(shè)計(jì)　209
9.9　EMI濾波與變換器穩(wěn)定性　211
參考文獻(xiàn)　212
第10章　實(shí)用最差情況分析方法　213
10.1　概述　213
10.1.1　最差情況分析的目的　213
10.1.2　如何進(jìn)行WCA　213
10.1.3　應(yīng)力分析的目的　214
10.1.4　有效值與最差情況　214
10.1.5　數(shù)學(xué)方法與仿真　215
10.1.6　蒙特卡羅分析或靈敏度分析　215
10.2　舉例　216
10.2.1　電路　216
10.2.2　需要分析的特性　216
10.2.3　表格評估方法　217
10.2.4　WCA：比較器動作電平　219
10.2.5　WCA：雙極型晶體管正常情況關(guān)斷　221
10.2.6　WCA：PWM芯片關(guān)斷時(shí)間　222
10.2.7　應(yīng)力分析　223
10.2.8　結(jié)論　224
10.3　結(jié)束語　224
附錄A　本書中采用的符號和縮寫列表　225
附錄B　最差情況分析使用的數(shù)據(jù)手冊　227
附錄C　電氣圖形符號對照表　243
索引　245