開關電源模擬與設計 — 基於 SPICE, 2/e (修訂版) Switch-Mode Power Supplies: SPICE Simulations and Practical Designs, 2/e

本書全面介紹了開關電源變換器的理論和模擬方法，內容主要有：電源變換器介紹、小信號建模、反饋和控制環、基本功能電路和通用模型、非隔離變換器前端整流和功率因數校正電路的模擬與設計、反激式變換器的模擬和設計、正激式變換器的模擬和設計等。本書創建了多種市場上流行的變換器的理論方程，給出了相應的SPICE模型，提供了大量電路和模擬曲線插圖，為讀者描述了完整的開關電源變換器理論和模擬設計方法。

目 錄

第1章 電源變換器簡介 1
1.1 電路真的需要模擬嗎 1
1.2 本書討論的內容 2
1.3 本書不討論的內容 3
1.4 用電阻變換電源 3
1.5 用開關變換功率 12
1.6 占空比因子 18
1.7 降壓變換器 20
1.8 升壓變換器 32
1.9 降壓?升壓變換器 46
1.10 輸入濾波 57
1.11 小結 70
附錄1A RLC傳輸函數 71
附錄1B 電容等效模型 74
附錄1C 電源按拓撲的分類 76
附錄1D CCM和DCM開關波形的均方根值 77
第2章 小信號建模 81
2.1 態空間平均（SSA） 83
2.2 PWM開關模式——電壓模式 92
2.3 PWM開關模型——電流模式 116
2.4 PWM開關模型——寄生元件效應 142
2.5 在邊界導通模式下的PWM模型 150
2.6 PWM開關模型——電路集 160
2.7 其他平均模型 167
2.8 小結 175
附錄2A 變換器基本傳輸函數 176
附錄2B 極點、零點和復平面簡介 182
附錄2C 電壓模式DCM升壓變換器小信號分析 185
第3章 反饋和控制環 192
3.1 觀察點 193
3.2 穩定判據 195
3.3 相位裕度和瞬態響應 197
3.4 交叉頻率選擇 197
3.5 補償網絡構建 198
3.6 簡易穩定性工具——k因子 207
3.7 用TL431實現反饋 224
3.8 光耦合器 238
3.9 運算跨導放大器 244
3.10 分流調節器 248
3.11 應用PSIM和SIMPLIS實現
小信號響應 251
3.12 小結 255
附錄3A 自動放置極-零點 256
附錄3B TL431 SPICE模型 259
附錄3C 放大器類型2手動放置極-零點 264
附錄3D 理解閉環系統中的虛地 266
第4章 基本功能塊和通用開關模型 270
4.1 用於快速模擬的通用模型 270
4.2 運算放大器 271
4.3 具有給定扇出數的電源 275
4.4 可調無源元件產生的電壓 276
4.5 磁滯開關 279
4.6 欠壓鎖定（UVLO）功能塊 281
4.7 前沿消隱 283
4.8 具有磁滯作用的比較器 284
4.9 邏輯門 285
4.10 變壓器 287
4.11 非穩態發生器 293
4.12 通用控制器 296
4.13 死區時間的產生 302
4.14 短脈沖發生器 304
4.15 通用模型列表 305
4.16 收斂選項 305
4.17 小結 306
附錄4A 磁件設計中所用術語的簡要回顧 306
附錄4B 為變壓器模型提供物理值 311
第5章 非隔離變換器的模擬和設計實踐 316
5.1 降壓變換器 316
5.2 升壓變換器 340
5.3 降壓-升壓變換器 358
附錄5A 工作於非連續工作模式的升壓變換器設計公式 374
第6章 離線變換器前端的模擬和設計實踐——前端電路 378
6.1 整流橋 378
6.2 功率因數校正 392
6.3 BCM升壓PFC設計 429
6.4 小結 441
附錄 6A 二極管和輸出電容電流約束：從不同視角觀察 443
附錄6B 工作於電壓或電流模式控制的邊界導通模式（BCM）變換器功率校正電路小信號模型 448
第7章 反激式變換器模擬和設計實踐 457
7.1 隔離降壓-升壓變換器 457
7.2 無寄生元件條件下的反激式變換器波形 459
7.3 含寄生元件的反激式變換器波形 461
7.4 準諧振反激式變換器 463
7.5 無鉗位作用時觀察漏極信號 466
7.6 漏極電壓偏移鉗位 468
7.7 求DCM工作條件下的谷點值 472
7.8 鉗位網絡的設計 474
7.9 雙開關反激式變換器 486
7.10 有源鉗位 488
7.11 反激式拓撲的小信號響應 495
7.12 反激式變換器的實際考慮 506
7.13 過功率補償 519
7.14 變換器的待機功率 534
7.15 20 W單輸出電源 538
7.16 90 W單輸出電源 550
7.17 35 W多輸出電源 564
7.18 反激式變換器的元件約束 578
7.19 小結 578
附錄7A 通過波形求變壓器參數 579
附錄7B 應力 581
附錄7C 90 W適配器的變壓器設計 583
附錄7D 工作於準諧振的反激式變換器小信號模型 587
附錄7E 含非線性變化寄生電容的開關損耗 594
附錄7F 變壓器磁心飽和度測試 596
第8章 正激式變換器的模擬和實用設計 598
8.1 隔離降壓變換器 598
8.2 復位方案1：第3繞組 602
8.3 復位方案2：雙開關結構 609
8.4 復位方案3：諧振退磁 613
8.5 復位方案4：RCD鉗位 617
8.6 復位方案5：有源鉗位 625
8.7 同步整流 641
8.8 多輸出正激式變換器 643
8.9 正激式變換器的小信號響應 656
8.10 單輸出12 V/250 W正激式變換器設計 666
8.11 正激式變換器的元件約束 680
8.12 小結 680
附錄8A 應用自舉技術的半橋驅動器 681
附錄8B 阻抗折算 684
附錄8C 250 W適配器的變壓器和電感設計 687
附錄8D 工作於電壓模式控制的有源鉗位正激式變換器的小信號模型 694
附錄8E 配套資源 713
結語 714