目　录

第 1章 绪论　1
1.1 电力电子技术简介　1
1.2 开关电源　6
1.2.1 开关电源的分类　6
1.2.2 开关电源的发展　7
1.3 电力电子与相关学科的关系　10

第 2章 稳态开关电路的分析与建模方法　11
2.1 变换器稳态分析法　11
2.1.1 稳态分析法简介　11
2.1.2 电感伏秒平衡、电容电荷平衡原则和小波纹近似法　13
2.1.3 Boost变换器　18
2.1.4 Buck-Boost变换器　21
2.2 Cuk、Sepic和Zeta变换器　23
2.2.1 Cuk变换器　23
2.2.2 Sepic变换器　26
2.2.3 Zeta变换器　29
2.3 6种DC-DC开关变换器基本电路比较　31
2.4 稳态等效电路模型　32
2.4.1 直流变压器模型　32
2.4.2 电感铜损耗　34
2.4.3 构建等效电路模型　36
2.5 如何对脉冲输入端建模　39

第3章 非连续导电模式的稳态分析　43
3.1 Buck变换器非连续导电模式的临界条件　43
3.2 Boost变换器非连续导电模式的临界条件　50
3.3 Buck-Boost变换器　55
3.4 Cuk变换器　58
3.5 Zeta变换器　60
3.6 Sepic变换器　62

第4章 电力电子器件　67
4.1 电力电子器件概述　67
4.1.1 简介　67
4.1.2 电力电子器件的发展　68
4.1.3 电力电子器件的分类　69
4.2 功率二极管　69
4.2.1 PN结　69
4.2.2 PN结的电容效应　70
4.2.3 PN结的反向击穿　71
4.3 功率二极管的结构及特性　71
4.3.1 功率二极管稳态伏安特性　72
4.3.2 功率二极管开关特性　73
4.3.3 功率二极管性能参数　74
4.3.4 功率二极管的分类　75
4.4 晶闸管　76
4.4.1 晶闸管的结构　76
4.4.2 晶闸管的工作原理　77
4.4.3 晶闸管的基本特性　78
4.4.4 晶闸管的主要参数　80
4.5 晶闸管的派生器件　81
4.6 功率场效应管　84
4.6.1 基本结构与工作原理　84
4.6.2 多元集成结构　86
4.6.3 MOSFET的静态特性　86
4.6.4 MDSFET的动态特性　88
4.6.5 安全工作区　89
4.7 功率MOSFET新进展　91
4.7.1 CoolMOS　91
4.7.2 低压低通态电阻MOSFET　93
4.8 大功率晶体管　94
4.8.1 结构　94
4.8.2 工作特性　95
4.8.3 GTR的主要参数　96
4.8.4 GTR的二次击穿现象与安全工作区　97
4.9 绝缘栅双极型晶体管　98
4.9.1 IGBT基本结构　98
4.9.2 IGBT与功率MOSFET的比较　99
4.9.3 IGBT的工作原理　99
4.9.4 IGBT的特性　101
4.9.5 IGBT的开关特性　102
4.9.6 IGBT的安全工作区　103
4.10 几种新型IGBT介绍　104
4.10.1 IGBT制造技术的发展历史　104
4.10.2 穿通型IGBT　105
4.10.3 非穿通型IGBT特性　105
4.10.4 逆阻型IGBT　106
4.10.5 沟槽终止型与场终止型IGBT　106
4.11 其他新型电力电子器件概述　107

第5章 开关电路　109
5.1 开关电路变换　109
5.1.1 交换源与负载　109
5.1.2 开关电路的级联　110
5.1.3 三端单元的旋转　112
5.2 开关电路简单列举　114
5.3 具有变压器隔离的变换电路　117
5.3.1 全桥与半桥隔离式Buck电路　118
5.3.2 正激式变换器　123
5.3.3 Buck衍生的推挽式开关电路　127
5.3.4 反激式开关电路　128
5.3.5 Boost电路衍生的隔离式开关电路　130
5.3.6 隔离式Sepic和Cuk电路　132

第6章 开关电源占空比控制芯片原理　137
6.1 开关电源系统的隔离技术　137
6.2 开关电源控制芯片　138
6.3 电压模式控制芯片　138
6.4 电流模式控制电路　140
6.5 软开关电源集成控制器　145
6.6 单片开关电源　151
6.6.1 TOPSwitch-II系列单片开关电源的性能特点　152
6.6.2 TOPSwitch-II系列单片开关电源的工作原理　153
6.6.3 TOPSwitch-FX系列单片开关电源　158
6.6.4 Topswitch-GX第四代单片开关电源　163

第7章 小信号开关电路的建模方法　164
7.1 简介　164
7.2 基本的交流建模方法　166
7.2.1 对电感的波形求均值　167
7.2.2 近似均值的讨论　167
7.2.3 对电容电流参数的波形求均值　168
7.2.4 对输入电流求均值　169
7.2.5 微扰和线性化　169
7.2.6 小信号等效电路模型的构成　171
7.2.7 关于微扰和线性化过程的讨论　173
7.2.8 基本变换器的小信号等效模型　174
7.2.9 非理想反激式的小信号等效模型　175
7.3　状态空间平均　179
7.3.1 网络的状态方程　179
7.3.2 基本的状态空间平均模型　180
7.3.3 状态空间平均结果的讨论　182
7.4 电路平均和平均开关建模　187
7.4.1 获得时不变电路　189
7.4.2 电路平均　189
7.4.3 微扰和线性化　190
7.4.4 三端开关网络　193
7.5 开关电路统一的电路模型　196
7.6 脉宽调制器的小信号模型　198

第8章 开关电路的传输函数及控制部分设计　201
8.1 波特图回顾　201
8.1.1 单实极点响应　201
8.1.2 单实零点响应　203
8.1.3 较复杂的传输函数　205
8.2 双极点二次函数　206
8.3 二型误差放大器　208
8.4 三型误差放大器　210
8.5 变换器的传输函数分析　212
8.6 开关电源控制的设计　218
8.6.1 引言　218
8.6.2 反馈对传输函数的影响　219
8.7 稳定性　221
8.7.1 相位判据　222
8.7.2 相位裕量与品质因数的关系　223
8.8 补偿器的设计　223
8.8.1 简介　223
8.8.2 利用二型三型误差放大器做补偿放大器　224
8.8.3 超前补偿器　225
8.8.4 滞后补偿器　226
8.8.5 滞后超前补偿器　227
8.9 设计实例　228

第9章 磁性元件　237
9.1 磁性材料的基本特性　237
9.1.1 磁场的基本物理量　237
9.1.2 磁路的欧姆定律　238
9.1.3 磁性材料的磁特性及其功率损耗　239
9.1.4 线圈中的涡流　241
9.2 几种常用磁性器件　243
9.2.1 直流输出滤波电感　243
9.2.2 交流电感　243
9.2.3 耦合电感　244
9.2.4 变压器　244
9.2.5 反激式变压器　245
9.3 滤波电感设计　245
9.3.1 滤波电感设计的基本约束条件　245
9.3.2 滤波电感铁芯的几何常数　247
9.3.3 滤波电感的设计流程　247
9.3.4 多绕组电感的设计　248
9.3.5 滤波电感设计举例　249
9.4 变压器设计　251
9.4.1 变压器设计的基本约束条件　251
9.4.2 变压器的设计流程　253
9.4.3 变压器设计举例　254

第 10章 软开关变换器简介　258
10.1 硬开关损耗　258
10.2 高频化与软开关　259
10.3 谐振开关的类型　259
10.3.1 准谐振开关电路　259
10.3.2 零开关PWM电路　262
10.3.3 零转换PWM电路　265
附录 常用符号及缩略语　270

参考文献　272