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目录1

序1

前言1

第1章　电力电子技术的发展和展望1

1.1　电力电子技术40年进展的标志1

1.1.1　电力半导体器件1

1.1.2 高频化和软开关技术2

1.1.3 电力电子集成技术4

1.2.1　分布式电源系统的结构5

1.2 分布式电源结构5

1.2.2　PFC变换器6

1.2.3 电压调节器模块6

1.2.4　全数字化控制7

1.2.5　高频电力电子电路的电磁兼容性7

1.2.6 电力电子的设计和测试技术8

1.3 高频磁性元件和磁技术8

1.3.1　集成磁性元件8

1.3.2　平面变压器8

1.3.5　高频磁技术9

1.3.4　磁放大器后置电压调节器9

1.3.3　饱和电感9

第2章　DC-DC PWM变换器的电路拓扑11

2.1　DC-DC PWM变换器的组成和基本原理11

2.1.1　DC-DC PWM变换器的工作原理11

2.1.2 降压、升压和升降压变换器12

2.1.3　DC-DC变换器的工作模式13

2.1.4 Buck PWM变换器的工作原理13

2.1.5　DC-DC变换器的特点14

2.2.1 Cuk变换器15

2.2　DC-DC PWM变换器的基本电路15

2.2.2 SEPIC变换器16

2.2.3　六种DC-DC开关变换器基本拓扑17

2.3 开关变换器的等效电路17

2.4 开关变换器的对偶19

2.4.1　电路的对偶19

2.4.2　DC-DC开关变换器中几个重要的对偶关系19

2.4.3 功率半导体开关器件的对偶20

2.4.4　DC-DC PWM变换器的对偶22

2.5.1　单端隔离式DC-DC变换器23

2.5 隔离式DC-DC PWM变换器23

2.5.2　正激变换器24

2.5.3　双管正激变换器25

2.5.4　反激变换器26

2.5.5 双端隔离式DC-DC变换器26

2.5.6　DC-DC推挽变换器27

2.5.7　DC-DC半桥变换器27

2.5.8　DC-DC全桥PWM变换器28

2.5.9　隔离式DC-DC PWM变换器比较28

3.1 吸收电路的作用29

第3章　开关电源的吸收电路29

3.2　吸收电路的类型31

3.3 关断吸收电路31

3.3.1 并联电容31

3.3.2 有极性关断吸收电路——RCD网络31

3.4　开通吸收电路32

3.4.1　开通和关断吸收电路的对偶关系32

3.4.2 串联电感32

3.4.3 有极性开通吸收电路——RLD网络32

3.5.1　组合方案Ⅰ（并联RCD、串联LVT）33

3.5 组合吸收电路33

3.5.2　组合吸收电路方案Ⅱ（串联RLD、并联CVT）34

3.6　LCD吸收电路34

第4章　高频软开关变换器37

4.1　谐振变换器37

4.1.1 串联谐振和并联谐振变换器38

4.1.2 串并联谐振变换器38

4.1.3　ZCS/ZVS-准谐振变换器38

4.1.4　多谐振变换器40

4.2 有源钳位软开关变换技术41

4.2.1 有源钳位正激变换器42

4.2.2　有源钳位ZVS-PWM正激变换器稳态运行分析43

4.2.3 有源钳位反激变换器46

4.2.4　有源钳位反激-正激变换器47

4.3　ZS-PWM变换器48

4.3.1　ZCS-PWM变换器48

4.3.2　ZVS-PWM变换器49

4.4.1　ZCT-PWM变换器51

4.4　ZT-PWM变换器51

4.4.2　三种零电流开关53

4.4.3　ZVT-PWM变换器53

4.4.4　零电压开关55

4.5　移相控制全桥ZVS-PWM变换器55

4.5.1　工作原理55

4.5.2　PS FB ZVS-PWM变换器几个问题的分析58

4.6 PS FB混合ZCZVS-PWM变换器59

4.7　广义软开关PWM变换器60

5.2 同步整流的工作原理和特性63

5.1 肖特基整流管的损耗分析63

第5章　同步整流技术63

5.2.1 同步整流的基本工作原理64

5.2.2 同步整流管的主要参数65

5.3 同步整流的驱动方式66

5.3.1　SR的控制时序66

5.3.2　电压型自驱动方式70

5.3.3　控制驱动方式73

5.3.4 电流型自驱动方式74

5.4　SR-Buck变换器76

5.3.5　混合驱动方式76

5.5.1 有磁复位绕组的SR-正激变换器77

5.5　SR-正激变换器77

5.5.2 SR-有源钳位正激变换器78

5.6　SR-反激变换器80

第6章　开关型功率变换器的控制82

6.1 电压型控制82

6.2 电流型控制84

6.2.1　峰值电流控制85

6.2.3 滞环电流型控制88

6.2.2 平均电流型控制88

6.3 电荷控制89

6.4 单周控制90

6.5 前馈控制92

6.6 数字控制（离散控制）93

6.6.1 数字控制的特点93

6.6.2　离散PID算法94

6.6.3　改进的离散PID算法95

6.7 控制、驱动回路中的隔离方法96

第7章　有源功率因数校正技术98

7.1　功率因数和功率因数校正98

7.1.1 非线性电路的功率因数和THD98

7.1.2 AC-DC电路输入电流及PF99

7.1.3 提高AC-DC电路输入端功率因数的主要方法102

7.2 单相Boost PFC变换器102

7.2.1 DCM Boost PFC变换器103

7.2.2 CCM Boost PFC变换器104

7.2.3 CRM Boost PFC变换器105

7.2.4 Boost PFC电路的主要优缺点107

7.3　APFC的控制方法107

7.3.1 常用的三种控制方法107

7.3.2 平均电流控制法107

7.3.3　峰值电流控制法108

7.3.4 电流滞环控制法109

7.3.5　APFC集成控制电路110

7.4 单相反激PFC变换器114

7.4.1　CCM反激PFC变换器114

7.4.2　DCM反激PFC变换器117

7.4.3　反激PFC变换器的优缺点120

7.5 单级单开关PFC变换器120

7.5.1　集成PFC整流器-调节器122

7.5.2 BIFRED变换器122

7.5.3　BIBRED变换器125

7.5.4 集成PFC整流器-调节器的优缺点127

7.5.5 变频控制127

7.5.6　S4PFC正激变换器128

7.6 三相PFC变换器129

7.6.1 三个单相Boost PFC变换器组成三相PFC整流器130

7.6.2 三相单开关DCM Boost整流器131

7.6.3 三相CCM Boost整流器132

7.6.4　三相CCM Buck整流器135

7.6.5 三相三电平Boost PFC变换器135

7.6.6 空间矢量控制136

第8章　电压调整器模块139

8.1　VRM的性能要求139

8.2.1　SR-Buck变换器141

8.2.2　多通道SR-Buck变换器141

8.2　低输入电压的VRM141

8.2.3　多通道SR-Buck变换器的设计考虑［40,42］142

8.3　高电压输入的VRM143

8.4　元件和线路的寄生参数对VRM瞬态特性的影响144

8.4.1　电容ESR和ESL的影响144

8.4.2　改善VRM输出瞬态响应的办法144

8.4.3　微处理器与VRM接口的仿真模型145

9.1　高频磁心的特性和参数147

第9章　高频开关变换器中的磁性元件147

9.1.1　磁滞回线148

9.1.2　动态磁滞回线的测试149

9.1.3　基本磁化曲线150

9.1.4　不对称局部磁滞回线150

9.1.5　伏秒积分151

9.1.6　磁导率152

9.1.7　磁心损耗153

9.2　磁性材料和磁心结构153

9.2.1　开关电源常用的磁性材料154

9.2.2　磁心结构形式156

9.3　电感157

9.3.1　电感的基本公式157

9.3.2　磁心气隙157

9.3.3　电感元件储能158

9.3.4　高频电感元件的等效电路模型159

9.3.5　直流滤波电感分析159

9.3.6　自饱和电感161

9.3.7　可控饱和电感161

9.4.1　励磁电感与漏电感162

9.4　变压器162

9.4.2　高频变压器模型163

9.4.3　变压器的磁分析163

9.4.4　平面变压器164

9.4.5　空心PCB变压器166

9.4.6　集成高频磁性元件166

9.4.7　压电变压器166

9.5　直流脉冲电流互感器167

9.5.1　工作原理168

9.5.2　电流互感器设计方法169

9.6　高频磁放大器式输出电压调节器170

第10章　DC-DC变换器并联系统的均流技术175

10.1　开关变换器的并联175

10.2　下垂法177

10.3　主从均流法180

10.4 自动均流法181

10.5　热应力自动均流法182

10.6　民主均流法183

10.6.1　民主均流法的原理183

10.6.2　UC3907均流控制器芯片184

第11章　开关功率变换器的瞬态建模分析187

11.1　瞬态分析187

11.1.1　瞬态分析的目的187

11.1.2　瞬态模型187

11.1.3　稳态分析188

11.1.4　PWM开关变换器瞬态建模方法188

11.2　状态空间平均法188

11.2.1　基本概念188

11.2.3　分析方法和步骤190

11.2.2　基本假设条件190

11.2.4　Boost变换器状态空间平均模型192

11.3　PWM变换器频域模型197

11.3.1　PWM变换器小信号等效电路规范形模型198

11.3.2　Cuk变换器小信号等效电路规范形模型199

11.3.3　PWM变换器小信号等效电路规范形模型参数199

11.3.4　PWM变换器的传递函数200

11.3.5　Buck-Boost变换器的传递函数201

11.3.6　Buck族和Boost族PWM变换器201

11.4.2　平均开关函数202

11.4　平均电路法202

11.4.1　平均变量和平均电路202

11.4.3　开关网络的平均模型203

11.4.4　三端PWM开关模型法204

11.4.5　考虑寄生参数的PWM变换器平均电路模型208

第12章　开关调节器系统的频域分析与综合213

12.1　时域分析214

12.1.1　时域数学模型214

12.1.2　系统的时域响应214

12.1.3 自动调节系统的时域性能指标214

12.1.4　时域法综合系统的步骤215

12.2　频域模型分析216

12.2.1　传递函数216

12.2.2　频率响应216

12.2.3　对数频率特性217

12.2.4　拉普拉斯变换简表217

12.3　开关电源系统的频域模型及分析218

12.3.1　方块图218

12.3.2　系统的稳定性和稳定裕量220

12.3.4　极点和零点221

12.3.3　频域性能指标221

12.4 系统频率响应与瞬态响应的关系222

12.4.1　频率尺度与时间尺度成反比222

12.4.2　频段的特征与时域响应关系223

12.4.3　频率特性与系统稳定性的关系223

12.4.4　阻尼比ζ对系统瞬态响应的影响223

12.5　电压型控制的开关电源的频域模型224

12.5.1　开关变换器的控制-输出传递函数224

12.5.2　电压检测、控制器和PWM的传递函数G1（s）224

12.5.3　音频纹波衰减率224

12.6.2　控制器的作用226

12.6.1　电压控制器的传递函数226

12.5.4　开关电源的抗负载扰动能力226

12.6　电压控制器226

12.6.3　对补偿后的电源系统的频率特性要求227

12.6.4　控制器（补偿网络）的类型227

12.6.5　带积分环节的控制器228

12.6.6　开关电源中控制器特性分析举例228

12.6.7　增设单极点、单零点的PI补偿网络230

12.6.8增设双极点、双零点的PI补偿网络231

12.7.2　补偿网络的设计232

12.8　双环控制开关电源系统的瞬态建模分析232

12.7.1　开关电源系统频域综合的一般步骤232

12.7　开关电源系统频域设计（综合）232

12.8.1 电流型控制的开关电源系统233

12.8.2　Tellegen定理233

12.8.3　功率守恒建模方法234

12.8.4 电流控制的开关电源系统的一般设计步骤235

12.8.5　UPF Boost PWM变换器瞬态建模分析236

12.9.1　最小相位系统与非最小相位系统比较239

12.9　非最小相位系统239

12.9.2　非最小相位系统的物理特征240

12.9.3　非最小相位系统的控制器设计240

第13章　电力电子集成技术和集成电力电子模块242

13.1　集成电力电子模块技术的提出242

13.1.1　电力电子技术的进展242

13.1.2　阻碍电力电子技术发展的因素242

13.1.3　集成电力电子技术的发展概况243

13.2.2　功率器件模块244

13.2.1　分立器件244

13.2　电力电子器件模块化和集成化的进展244

13.2.3　单片集成247

13.2.4　智能功率模块247

13.3　集成电力电子模块封装技术247

13.3.1　MCM封装技术248

13.3.2　平面金属化封装技术248

13.4.4　平面变压器250

13.4.2　L-T集成250

13.4.3　L-C-T集成250

13.4　无源集成模块250

13.4.1　L-L集成250

13.5　电力电子积木块结构251

13.6　集成电力电子系统252

13.6.1　集成变频传动系统252

13.6.2　集成VRM-微处理器系统253

13.6.3　集成分布电源系统254

13.7 电力电子系统集成的问题256

14.1.1 主电路与控制电路产生的dv/dt、di/dt的比较258

14.1.2　二极管反向恢复电流258

14.1　开关电源中的电磁干扰源258

第14章　开关电源中的电磁干扰问题258

14.1.3　dv/dt与负载电流大小的关系260

14.1.4　跳变过冲对频谱的影响261

14.2　开关电源的电磁噪声的耦合通道特性262

14.2.1　杂散参数影响耦合通道的特性263

14.2.2　耦合通道的系统函数263

14.3　开关电源运行中的电磁干扰及其抑制266

参考文献270