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第1章 电子系统设计基础知识1

1.1 电子系统的运行环境与影响1

1.1.1 运行环境的分类1

1.1.2 运行环境对设备的影响1

1.1.3 各种工作环境对电子系统的要求4

1.2 电子系统设计的基本安全规范4

1.3 电子系统的结构与热设计8

1.3.1 电子系统的结构设计规范与要求8

1.3.2 电子系统的“三防”设计与要求9

1.3.3 热设计的布局方法与要求10

第2章 常用无源电子元件基础知识13

2.1 电阻器13

2.1.1 常用电阻器13

2.1.2 电阻器的主要特性参数14

2.1.3 常用特殊类型的电阻17

2.2 电位器19

2.2.1 电位器的种类19

2.2.2 电位器的主要特性参数21

2.3 电容器23

2.3.1 电容器的分类23

2.3.2 电容器的主要特性参数24

2.3.3 常用电容器28

2.4 电感元件31

2.4.1 电感元件的种类31

2.4.2 电感线圈的主要特性参数33

2.5 小型电气开关35

2.5.1 开关的种类35

2.5.2 开关的主要技术参数35

2.5.3 开关的选用36

2.6 继电器37

2.6.1 继电器的分类37

2.6.2 电磁继电器的主要特性参数37

2.7 瞬态电压抑制二极管39

2.7.1 瞬态电压抑制二极管型号的命名方法40

2.7.2 瞬态电压抑制二极管的特性40

2.7.3 瞬态电压抑制二极管的参数41

2.7.4 瞬态电压抑制二极管的合理选用43

第3章 模拟电路应用设计44

3.1 运算放大器的模型及电路基本分析方法44

3.1.1 运算放大器的模型44

3.1.2 运算放大器电路的基本分析方法45

3.2 运算放大器的主要种类与性能特点45

3.2.1 按制造工艺分类46

3.2.2 按工作原理分类46

3.2.3 按性能指标分类46

3.3 运算放大器的主要性能参数及其应用48

3.3.1 输入失调电压、输入失调电流和输入偏置电流48

3.3.2 开环差模电压增益、共模抑制比和差模输入电阻51

3.3.3 增益带宽积参数53

3.3.4 转换速率或压摆率53

3.3.5 最大差模输入电压和最大共模输入电压54

3.4 放大电路设计的一般性问题54

3.4.1 多级放大电路级联的阻抗匹配54

3.4.2 多级放大电路级联的-3dB带宽预估55

3.4.3 运算放大电路反馈电阻网络及输出负载的匹配55

3.5 运算放大器典型线性应用电路56

3.5.1 反相放大电路56

3.5.2 同相放大电路56

3.5.3 电压跟随电路56

3.5.4 反相加法电路56

3.5.5 同相加法电路57

3.5.6 单运放差分放大电路57

3.5.7 双运放差分放大电路57

3.5.8 三运放差分放大电路（仪表放大器）57

3.5.9 反相积分电路58

3.5.10 同相积分电路58

3.5.11 微分电路58

3.5.12 单电源供电反相输入交流电压放大电路59

3.5.13 单电源供电同相输入交流电压放大电路60

3.5.14 电流-电压转换电路60

3.5.15 高增益电流-电压转换电路60

3.5.16 基本PID调节电路61

3.5.17 高频噪声抑制PID调节电路61

3.6 运算放大器常用非线性应用电路63

3.6.1 线性整流电路63

3.6.2 绝对值电路63

3.6.3 高输入阻抗绝对值电路64

3.6.4 滞环比较器电路64

3.6.5 窗比较器电路65

3.7 常用波形发生电路65

3.7.1 RC正弦振荡器电路（文氏桥振荡器）65

3.7.2 方波发生器电路66

3.7.3 方波-三角波发生器电路67

3.7.4 555定时器构成的矩形波发生器电路67

3.7.5 555定时器构成的占空比可调矩形波发生器电路67

3.7.6 555定时器构成的方波发生器电路68

3.8 常用分立元件放大电路68

3.8.1 开关量变换电路68

3.8.2 交流放大电路70

3.9 应用设计实训73

3.9.1 数字电子秤设计73

3.9.2 数字温度计设计73

3.9.3 扩音器设计74

3.9.4 宽频带交流电压表设计74

第4章 有源滤波器电路设计75

4.1 有源滤波器概述75

4.2 滤波器的主要技术参数76

4.3 二阶有源滤波器的传递函数与特性78

4.3.1 二阶低通滤波器78

4.3.2 二阶高通滤波器80

4.3.3 二阶带通滤波器81

4.3.4 二阶带阻滤波器81

4.3.5 二阶全通滤波器84

4.4 二阶有源滤波器的电路结构与设计84

4.4.1 常用二阶有源低通滤波器85

4.4.2 常用二阶有源高通滤波器87

4.4.3 常用二阶有源带通滤波器89

4.4.4 常用二阶有源带阻滤波器91

4.4.5 常用二阶有源移相滤波器92

4.5 应用设计实训93

4.5.1 波形变换电路设计（一）93

4.5.2 波形变换电路设计（二）93

第5章 直流开关电源设计95

5.1 直流开关电源概述95

5.2 非隔离型DC-DC变换主电路设计95

5.2.1 Buck主电路的设计96

5.2.2 Boost主电路的设计100

5.2.3 Buck-Boost主电路的设计104

5.3 隔离型DC-DC变换主电路设计107

5.3.1 正激变换主电路设计107

5.3.2 反激变换主电路设计112

5.3.3 桥式变换主电路设计115

5.4 电容滤波二极管桥式整流电路设计119

5.4.1 电容滤波单相桥式二极管整流电路设计119

5.4.2 电容滤波三相桥式二极管整流电路设计120

5.4.3 电容滤波桥式二极管整流电路的软启动121

5.5 开关电源中的反馈控制模式122

5.5.1 电压型反馈控制122

5.5.2 电流型反馈控制123

5.5.3 过流保护控制123

5.6 输入EMI滤波电路126

5.7 应用设计实训128

5.7.1 Buck降压式开关电源设计128

5.7.2 Boost升压式开关电源设计129

5.7.3 反激式开关稳压电源设计129

第6章 逆变电源设计131

6.1 逆变电源概述131

6.2 单相逆变电路设计131

6.2.1 单相桥式方波逆变主电路设计131

6.2.2 单相桥式SPWM逆变主电路设计135

6.3 三相SPWM逆变主电路设计138

6.4 逆变电源中的反馈控制139

6.4.1 移相调压方波逆变反馈控制139

6.4.2 SPWM逆变的输出电压反馈控制140

6.5 应用设计实训143

6.5.1 荧光灯电子镇流器设计143

6.5.2 移相控制单相方波逆变感应加热电源144

6.5.3 PWM调制型D类功放系统设计144

6.5.4 光伏逆变并网系统模拟设计145

第7章 单相APFC电源设计146

7.1 APFC电源概述146

7.2 单相Boost型APFC主电路设计146

7.2.1 临界导电控制模式146

7.2.2 平均电流控制模式148

7.3 单相Boost型APFC反馈控制原理149

7.3.1 临界导电控制模式149

7.3.2 平均电流控制模式149

7.4 单相Flyback型APFC主电路设计150

7.4.1 临界导电控制模式151

7.4.2 平均电流控制模式152

7.5 单相Flyback型APFC反馈控制原理153

7.5.1 临界导电控制模式153

7.5.2 平均电流控制模式154

7.6 应用设计实训154

7.6.1 基于Boost电路的单相APFC电源设计154

7.6.2 基于Flyback电路的LED灯驱动电源设计155

7.6.3 单级高功率因数荧光灯电子镇流器设计155

第8章 反馈环路稳定性设计157

8.1 反馈环路概述157

8.2 典型环节的频率特性158

8.2.1 比例环节158

8.2.2 积分环节158

8.2.3 微分环节159

8.2.4 惯性环节159

8.2.5 一阶微分环节160

8.2.6 延迟环节161

8.2.7 二阶振荡环节162

8.2.8 二阶微分环节164

8.3 系统稳定性的频域分析及设计原则164

8.3.1 系统稳定性的频域分析164

8.3.2 系统稳定性设计原则165

8.4 常用补偿网络及频率特性166

8.4.1 1型补偿网络166

8.4.2 2型补偿网络167

8.4.3 3型补偿网络168

8.4.4 跨导运算放大器补偿网络169

8.5 电压控制模式的开关电源反馈环路设计171

8.5.1 通过功能模块分析实现反馈环路设计172

8.5.2 利用变换系统数学模型实现反馈环路设计180

8.6 电流控制模式的开关电源反馈环路设计183

8.6.1 峰值电流控制模式下的斜坡补偿183

8.6.2 电压反馈环路的稳定性设计186

8.7 SPWM逆变系统反馈环路设计188

8.7.1 瞬时值单闭环反馈环路设计188

8.7.2 平均值单闭环反馈环路设计190

8.7.3 双闭环反馈环路设计191

8.8 设计案例192

8.8.1 电压控制模式Buck稳压电源反馈控制设计案例192

8.8.2 逆变系统瞬时值单闭环反馈环路设计案例195

第9章 电力电子常用磁性元件设计197

9.1 磁性元件概述197

9.2 磁性材料的基本知识197

9.2.1 磁性材料的分类197

9.2.2 磁性材料的基本参数199

9.2.3 铁氧体磁芯的基本特性200

9.2.4 磁性元件的损耗203

9.3 开关电源变压器及电感的设计204

9.3.1 桥式、推挽、正激变换电路变压器设计204

9.3.2 电感、反激变换电路变压器的设计211

9.4 交流电流互感器的设计213

9.5 脉冲直流电流互感器的设计215

9.6 脉冲变压器的设计218

第10章 基于MATLAB的电力电子系统仿真219

10.1 电力电子系统仿真概述219

10.2 Simulink简介219

10.2.1 Simulink的启动219

10.2.2 Simulink模型库中的基础模块库220

10.2.3 SimPowerSystems模块库228

10.3 Simulink运行仿真238

10.3.1 仿真参数设置窗口238

10.3.2 仿真参数的设置239

10.3.3 Simulink仿真的步骤240

10.4 基于MATLAB的电力电子主电路设计参数仿真243

10.5 基于MATLAB的反馈环路稳定性分析和闭环系统运行性能分析249

参考文献256