開關電源設計

前言

　　那些在作者去世之后，仍被讀者持續(xù)保持高需求的技術書籍并不多見。Abraham Press-man著述的關于開關電源設計的書，自1977年第一次出版，直到作者以86歲高齡逝世之后的許多年里，仍然十分暢銷，這種現(xiàn)象恰好是對作者出色工作的最好肯定。他留給了我們一件珍貴的遺產(chǎn)，并很好地經(jīng)過了時間的檢驗?！　braham活躍于電子工業(yè)領域的時間將近60年。在83歲之前15年里，他一直講授關于開關電源設計的培訓課程。在他晚年的時候，我有幸結(jié)識他，并且和他在許多項目上有合作。Abraham告訴他的學生我的書（指《開關電源手冊》，譯者注）是關于開關電源設計的第二本最好的書籍（不一定客觀，但確實是來自老專家的難得的和寶貴的贊譽）?！　≡谖议_始設計開關電源的19世紀60年代，關于這方面的信息非常少。那時開關電源是一項新技術，并且數(shù)量有限的專攻此領域的公司和工程師們也很少告訴圈外人他們的工作內(nèi)容。當我看到，Abraham的書時，開關電源設計的神秘面紗才被揭開，他的書像一束陽光照亮了這項新技術。學習了Abraham的著作，我的設計能力提高得很快?！　?000年，當Abraham覺得他已不再能夠繼續(xù)他的開關電源設計培訓課程時，他希望我去接手課程教案，繼續(xù)培訓課程，我為此深感自豪。但我發(fā)現(xiàn)課程的信息量極大，我不可能在4天內(nèi)介紹這么多的內(nèi)容，盡管很多年來他一直都是這樣做的。另外，我感到他的筆記和投影片由于多年使用造成損蝕，已不太清楚?！　∥液喕私贪覆阉D(zhuǎn)換成PowerPoint，存在我的筆記本電腦里，并且于2001年11月在波士頓，我第一次介紹了我改寫的為期3天的培訓課程。雖然只到了兩個學生（大多數(shù)公司已經(jīng)削減了他們的培訓預算），但這個可憐的到場率已遠遠被Abraham和他的妻子安妮的到場而彌補。Abraham那時已很虛弱，我真的很高興他活著看到他的遺產(chǎn)繼續(xù)發(fā)揮作用，盡管是以一個很不同的形式展現(xiàn)。我認為他對動態(tài)多媒體演示有一點困惑，因為我能通過我的筆記本電腦悠閑地控制它。我不知道他對我這樣演示有何想法，但安妮揮舞著手說：“若是Abraham的話，他會站在黑板前用教鞭來講解課程！”　　當Mcgraw-Hill公司邀請我合著Abraham的第三版書時，我欣然應諾，因為我相信如果他現(xiàn)在在世也會希望我這樣做。在本書第二版出版后的8年里，技術有了很大發(fā)展，基本元器件性能有了很大改善，這已改變了許多Abraham的書中所提到的限制，所以這是一個進行調(diào)整并添加一些新內(nèi)容的好時機?！　‘斘覍徍吮緯诙鏁r，腦海里浮現(xiàn)出一位英國園丁做評論的情景：這位園丁站在百年未變的鄉(xiāng)村小屋外面，面對一個新來的城市少壯派，作為對這個年輕人想來此推行現(xiàn)代化的做法的回應，他說：“小伙子，看看你周圍，并沒有什么錯誤，是不是？”這個評論也很適用于Abraham的第二版書。　　因此，除現(xiàn)有技術超越Abraham的工作的方面之外，我決定不修改Abraham久經(jīng)考驗的專著。他把各種拓撲電路當作獨立個體分析的務實的做法，可能與當今專家教學方式不盡一致，但對于想理解各種各樣可能的拓撲的入門工程師，以及那些富有經(jīng)驗的工程師，這是一個行之有效的方法。

內(nèi)容概要

　　 本書為二十幾年來世界公認最權(quán)威的電源的設計指導著作《開關電源設計》的再版（第三版）。    書中系統(tǒng)地論述了開關電源最常用拓撲的基本原理、磁性元件的設計原則及閉環(huán)反饋穩(wěn)定性和驅(qū)動保護等。本書在講述的過程中應用教學式、How&Why方法，討論時結(jié)合了大量設計實例、設計方程和圖表。本書同時涵蓋了開關電源技術、材料和器件的最新發(fā)展等內(nèi)容。    本書的主要特色內(nèi)容包括：各種最常用開關電源拓撲設計、解決日常設計難題所需的基礎知識、變壓器及磁設計原理的深入分析，以及在第二版基礎上補充的電抗器設計和現(xiàn)代高速IGBT的最佳驅(qū)動條件等。    本書可作為學習、研究高頻開關電源的高校師生的教材，并可作為從事開關電源設計、開發(fā)的工程師的設計參考資料。

作者簡介

　　普利斯曼（Abraham I. Pressman），是美國知名的電源顧問和專家，曾經(jīng)做過軍事雷達軍官和四十多年的模數(shù)設計工程師。在過去的半個多世紀里，他為電子領域里的數(shù)個“第一”作出了重要貢獻：第一個用粒子加速器獲得10億伏特電壓的能量、第一臺用于計算機工業(yè)的快速打印機、第一個在宇宙飛船上拍攝月球表面照片的技術，最早介紹用晶體管設計計算機邏輯電路的教科書，以及開關電源的教科書?！　ressman先生是《開關電源設計》前兩版的作者?！　”鹊盟梗↘eith. Billings），是一名注冊電子工程師，電源領域的專家，《Switchmode Power Supply Hand-book》（由McGraw-Hill出版）的作者。他早期當過機械儀器制造商，為皇家空軍的自動駕駛和電子指南設備等導航儀器做過技術支持；在政府的軍事部門工作過，并專門從事包括UK3衛(wèi)星的軍用特殊儀器的設計。在過去的44年時間里，他專門從事開關電源設計和制造業(yè)。75歲時，仍然活躍于電源工業(yè)界，并在加拿大圭爾夫市成立了自己的咨詢公司——DKB電源有限公司。在此書中，Keith獻出了Abe Pressman關于電源設計的培訓課程，以及自己關于磁學的培訓課程——變壓器和電感的設計?！　eith曾是一名狂熱的帆船愛好者，但現(xiàn)在的愛好是玩滑翔機，在1993年時已建造了一艘高性能的滑翔機，1994年時曾在內(nèi)華達明登滑翔至22，000英尺的海拔高度?！　∧穑═aylor Morey），是加拿大安大略省基臣納爾市的康耐斯托加學院電子學科的教授，與人合著過電子器件教科書，曾在滑鐵盧市的威爾福德勞瑞爾大學任教，在拉巴斯天主教大學教電子工程專業(yè)課。他作為自由電源工程師和顧問，以及在喬治敦的加拿大Varian的開關電源開發(fā)部、圭爾夫市的Hammond制造業(yè)和GFC電源工作時，多次與Keith Billings合作。在其職業(yè)生涯早期，曾在加拿大IBM大型計算機研究部和多倫多全球電視工作室工作。

書籍目錄

第1章　基本拓撲　1.1　引言——線性調(diào)整器和Buck、Boost及反相開關型調(diào)整器　1.2　線性調(diào)整器——耗能型調(diào)整器　　1.2.1　基本工作原理　　1.2.2　線性調(diào)整器的缺點　　1.2.3　串接晶體管的功率損耗　　1.2.4　線性調(diào)整器的效率與輸出電壓的關系　　1.2.5　串接PNP型晶體管的低功耗線性調(diào)整器　1.3　開關型調(diào)整器拓撲　　1.3.1　Buck開關型調(diào)整器　　1.3.2　Buck調(diào)整器的主要電流波形　　1.3.3　Buck調(diào)整器的效率　　1.3.4　Buck調(diào)整器的效率（考慮交流開關損耗）　　1.3.5　理想開關頻率的選擇　　1.3.6　設計例子　　1.3.7　輸出電容　　1.3.8　有直流隔離調(diào)整輸出的Buck調(diào)整器的電壓調(diào)節(jié)　1.4　Boost開關調(diào)整器拓撲　　1.4.1　基本原理　　1.4.2　Boost調(diào)整器的不連續(xù)工作模式　　1.4.3　Boost調(diào)整器的連續(xù)工作模式　　1.4.4　不連續(xù)工作模式的Boost調(diào)整器的設計　　1.4.5　Boost調(diào)整器與反激變換器的關系　1.5　反極性Boost調(diào)整器　　1.5.1　基本工作原理　　1.5.2　反極性調(diào)整器設計關系　參考文獻第2章　推挽和正激變換器拓撲　2.1　引言　2.2　推挽拓撲　　2.2.1　基本原理（主/輔輸出結(jié)構(gòu)）　　2.2.2　輔輸出的輸入—負載調(diào)整率　　2.2.3　輔輸出電壓偏差　　2.2.4　主輸出電感的最小電流限制　　2.2.5　推挽拓撲中的磁通不平衡（偏磁飽和現(xiàn)象）　　2.2.6　磁通不平衡的表現(xiàn)　　2.2.7　磁通不平衡的測試　　2.2.8　磁通不平衡的解決方法　　2.2.9　功率變壓器設計　　2.2.10　初/次級繞組的峰值電流及有效值電流　　2.2.11　開關管的電壓應力及漏感尖峰　　2.2.12　功率開關管損耗　　2.2.13　推挽拓撲輸出功率及輸入電壓的限制　　2.2.14　輸出濾波器的設計　2.3　正激變換器拓撲　　2.3.1　基本工作原理　　2.3.2　輸出/輸入電壓與導通時間和匝數(shù)比的設計關系　　2.3.3　輔輸出電壓　　2.3.4　次級負載、續(xù)流二極管及電感的電流　　2.3.5　初級電流、輸出功率及輸入電壓之間的關系　　2.3.6　功率開關管最大關斷電壓應力　　2.3.7　實際輸入電壓和輸出功率限制　　2.3.8　功率和復位繞組匝數(shù)不相等的正激變換器　　2.3.9　正激變換器電磁理論　　2.3.10　功率變壓器的設計　　2.3.11　輸出濾波器的設計　2.4　雙端正激變換器拓撲　　2.4.1　基本原理　　2.4.2　設計原則及變壓器的設計　2.5　交錯正激變換器拓撲　　2.5.1　基本工作原理、優(yōu)缺點和輸出功率限制　　2.5.2　變壓器的設計　　2.5.3　輸出濾波器的設計　參考文獻第3章　半橋和全橋變換器拓撲　3.1　引言　3.2　半橋變換器拓撲　　3.2.1　工作原理　　3.2.2　半橋變換器磁設計　　3.2.3　輸出濾波器的設計　　3.2.4　防止磁通不平衡的隔直電容的選擇　　3.2.5　半橋變換器的漏感問題　　3.2.6　半橋變換器與雙端正激變換器的比較　　3.2.7　半橋變換器實際輸出功率的限制　3.3　全橋變換器拓撲　　3.3.1　基本工作原理　　3.3.2　全橋變換器磁設計　　3.3.3　輸出濾波器的計算　　3.3.4　變壓器初級隔直電容的選擇第4章　反激變換器第5章　電流模式和電流饋電拓撲第6章　其他拓撲第7章　變壓器及磁性元件設計第8章　雙極型大功率晶體管的基極驅(qū)動電路第9章　MOSFET和IGBT及其驅(qū)動電路第10章　磁放大器后級調(diào)節(jié)器第11章　開關損耗分析與負載線整形緩沖電路設計第12章　反饋環(huán)路的穩(wěn)定第13章　諧振變換器第14章　開關電源的典型波形第15章　功率因數(shù)及功率因數(shù)校正第16章　電子鎮(zhèn)流器——應用于熒光燈的高頻電源第17章　用于筆記本電腦和便攜式電子設備的低輸入電壓變換器參考文獻

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