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第1章 开关变换器简介1

1.1 简介1

1.1.1 工业发展趋势1

1.2 线性变换器2

1.2.1 串联式线性调整器2

1.2.2 并联式线性调整器4

1.3 开关变换器5

1.3.1 带有阻性负载的基本开关变换器5

1.3.2 带有阻感性负载的开关变换器7

1.4 变换器稳态原理分析9

1.4.1 电感伏秒平衡9

1.4.2 电容电荷平衡10

1.5 习题10

第2章 基本的开关变换电路12

2.1 简介12

2.2 Buck变换器12

2.2.1 连续模式12

2.2.2 断续模式16

2.3 同步整流21

2.4 纹波抑制22

2.5 Boost变换器24

2.5.1 连续模式25

2.5.2 断续模式28

2.6 Buck-Boost变换器31

2.6.1 连续模式32

2.6.2 断续模式35

2.7 C？k变换器38

2.8 SEPIC变换器44

2.8.1 连续模式44

2.8.2 设计要素46

2.9 Zeta变换器46

2.10 非理想元器件实现的变换器48

2.10.1 电感模型49

2.10.2 电容模型49

2.10.3 半导体器件损耗50

2.10.4 半导体器件损耗对输出电压的影响51

2.11 习题52

第3章 谐振变换器54

3.1 简介54

3.2 并联谐振电路综述55

3.3 串联谐振电路综述56

3.4 准谐振开关的分类57

3.5 零电流开关准谐振Buck变换器59

3.6 零电流开关准谐振Boost变换器65

3.7 零电压开关准谐振Buck变换器70

3.8 零电压开关准谐振Boost变换器74

3.9 串联负载谐振变换器78

3.9.1 断续模式（0<fs<0.5fn）78

3.9.2 连续模式（fs>fn或称为高于谐振频率模式）80

3.9.3 连续模式（0.5fn<fs<fn或称为低于谐振频率模式）82

3.10 并联负载谐振变换器84

3.10.1 断续模式（0<fs<0.5fn）85

3.10.2 连续模式（fs>fn或称为高于谐振频率模式）88

3.10.3 连续模式（0.5 fn<fs<fn或称为低于谐振频率模式）90

3.11 习题92

第4章 隔离型变换器95

4.1 简介95

4.2 正激变换器95

4.3 双管正激变换器100

4.4 推挽变换器102

4.5 半桥变换器105

4.6 全桥变换器106

4.7 反激变换器108

4.8 双管反激变换器112

4.9 双向有源桥变换器114

4.9.1 功率流控制123

4.10 零电流开关准谐振半桥变换器125

4.11 习题129

第5章 开关变换器的控制策略130

5.1 简介130

5.2 脉宽调制130

5.2.1 电压模式PWM策略131

5.2.2 电流模式PWM策略134

5.3 滞环控制：开关电流源138

5.3.1 ton时段稳态分析139

5.4 商业化集成电路控制器140

5.4.1 SG3524固定频率电压模式控制器140

5.4.2 TL497变化频率电压模式控制器143

5.4.3 UC3842固定频率电流模式PWM控制器144

5.4.4 TinySwitch-Ⅱ系列小功率离线开关管146

5.5 谐振变换器控制策略148

5.5.1 谐振变换器离线控制器149

5.5.2 L6598的工作原理149

5.6 习题160

第6章 开关变换器的连续时域模型161

6.1 简介161

6.2 经典控制技术分析开关变换器161

6.2.1 开关变换器的基本开环线性模型162

6.2.2 PWM调制器模型162

6.2.3 平均开关变换器模型166

6.2.4 输出滤波器模型168

6.3 开关变换器小信号模型概述176

6.4 有外部扰动的电压调整器线性模型179

6.4.1 输出阻抗和稳定性180

6.5 开关变换器的状态空间表示181

6.5.1 线性系统分析概述181

6.5.2 状态空间平均183

6.6 开关变换器传递函数194

6.6.1 源至状态变量的传递函数195

6.7 输入EMI滤波器197

6.7.1 稳定性分析197

6.8 习题203

第7章 开关变换器的模拟控制204

7.1 简介204

7.2 经典控制技术中的负反馈204

7.2.1 闭环增益204

7.2.2 稳定性分析205

7.2.3 相对稳定性205

7.3 开关变换器的闭环线性模型206

7.3.1 反馈网络206

7.3.2 误差放大器补偿网络206

7.3.3 PI补偿网络207

7.3.4 比例积分微分（PID）补偿网络209

7.3.5 比例控制212

7.4 考虑输出电容ESR的Buck变换器的反馈补偿212

7.5 无输出电容ESR的Buck变换器的反馈补偿215

7.6 全状态反馈216

7.6.1 全状态反馈控制系统设计216

7.6.2 极点选择217

7.6.3 反馈增益217

7.7 习题221

第8章 开关变换器的离散时域建模222

8.1 简介222

8.2 连续时域系统222

8.3 直接离散时域模型222

8.4 直接离散模型的线性化223

8.5 连续时域状态空间平均模型224

8.6 开关变换器的离散时域平均模型226

8.7 习题227

第9章 开关变换器的数字控制228

9.1 简介228

9.2 比例控制器228

9.3 PID控制器的连续化设计方法229

9.4 全状态反馈的离散控制系统设计230

9.4.1 极点配置231

9.4.2 反馈增益231

9.4.3 电压控制模式231

9.4.4 电流控制模式233

9.5 习题236

第10章 交错并联变换器237

10.1 简介237

10.2 交错并联Buck变换器237

10.2.1 状态空间平均模式239

10.3 交错并联Boost变换器240

10.3.1 状态空间平均模式240

10.4 基于电流模式工作的交错并联变换器244

10.4.1 纹波的计算245

10.4.2 变换器的数量247

10.5 功率因数校正247

10.6 习题249

第11章 开关电容变换器251

11.1 简介251

11.2 单向功率传输SCC251

11.2.1 基本升压变换器251

11.2.2 基本降压变换器253

11.2.3 基本电压极性反向变换器255

11.3 其他开关电容变换器拓扑256

11.3.1 降压变换器256

11.3.2 升压变换器259

11.3.3 n阶降压SCC261

11.3.4 n阶升压SCC261

11.4 双向功率传输SCC263

11.4.1 升降压变换器263

11.4.2 罗氏变换器265

11.5 谐振变换器270

11.5.1 零电流开关（ZCS）270

11.6 开关电容功率变换器的损耗273

11.7 习题274

第12章 开关变换器的仿真275

12.1 简介275

12.2 Spice电路描述275

12.2.1 采用“.CIR”文本输入文件的PSpice仿真276

12.2.2 采用电路图输入的PSpice仿真285

12.2.3 开关变换器的小信号分析299

12.2.4 创建可用于PSpice仿真的Capture符号314

12.2.5 解决收敛问题314

12.3 使用MATLAB对开关变换器进行仿真318

12.3.1 使用传递函数318

12.3.2 使用矩阵320

12.4 使用Simulink仿真开关变换器323

12.4.1 用Simulink仿真传递函数的例子323

12.4.2 用Simulink仿真状态空间矩阵的例子324

12.5 习题325

第13章 开关变换器的应用327

13.1 功率因数校正327

13.1.1 简介327

13.1.2 基本概念回顾327

13.1.3 功率因数校正原理328

13.1.4 开关变换器的功率因数自校正特性329

13.1.5 功率因数校正器的控制技术334

13.1.6 功率因数校正电路338

13.2 低噪声DC-DC变换器341

13.2.1 简介341

13.2.2 降低EMI的技术342

13.3 用于太阳电池的开关变换器345

13.3.1 简介345

13.3.2 太阳电池模型345

13.3.3 最大功率点跟踪347

13.3.4 用于太阳电池的开关变换器347

13.4 用于燃料电池的开关变换器348

13.5 LED驱动器用开关变换器351

13.5.1 Buck型LED驱动器351

13.5.2 Boost型LED驱动器352

13.5.3 C？k型LED驱动器352

13.5.4 SEPIC型LED驱动器353

13.5.5 交流输入型LED驱动器353

第14章 开关变换器设计：案例学习354

14.1 简介354

14.2 电压型断续工作模式的Buck变换器设计355

14.2.1 控制器设计356

14.2.2 小信号模型359

14.2.3 设计补偿网络和误差放大器359

14.2.4 闭环Buck变换器363

14.2.5 仿真结果364

14.2.6 实验结果366

14.3 电压型同步Buck变换器的数字控制370

14.3.1 电路参数371

14.3.2 闭环极点选择371

14.3.3 离散时间模型372

14.3.4 反馈增益373

14.3.5 控制策略374

14.3.6 用于PSpice仿真的模拟模型375

14.3.7 仿真结果376

14.3.8 与负载变化相关的闭环极点灵敏度378

14.3.9 实验结果378

14.4 电流型同步Buck变换器的数字控制380

14.4.1 连续时间状态模型380

14.4.2 推导离散时间模型380

14.4.3 电流型控制不稳定的问题381

14.4.4 跟踪调整器的扩展状态模型381

14.4.5 反馈增益382

14.4.6 控制策略384

14.4.7 仿真结果384

14.4.8 闭环极点对负载变化的敏感度384

14.4.9 实验结果386

14.4.10 DSP编程387

14.5 基于UC3842的反激变换器设计393

14.5.1 设计规格394

14.5.2 断续导通模式394

14.5.3 初步计算395

14.5.4 开环仿真396

14.5.5 电流环397

14.5.6 电压环397

14.5.7 小信号模型400

14.5.8 频率补偿401

14.5.9 电磁干扰（EMI）滤波器的设计403

14.5.10 印制电路板（PCB）设计404

14.5.11 实验结果406

14.6 基于TopSwitch的反激变换器设计407

14.6.1 设计规格408

14.6.2 初步计算408

14.6.3 实验结果409

14.7 基于TinySwitch的反激变换器设计410

14.7.1 实验结果411

14.8 开关音频放大器412

14.8.1 案例学习415

参考文献422