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第1章 绪论 1

1.1电能变换技术与开关变换器 1

1.2开关变换器的基本组成和原理 2

1.3开关变换器的调制技术及其特点 2

1.3.1 PWM技术 3

1.3.2 PFM技术与混合控制 3

1.3.3 SPWM技术 3

1.4开关变换器系统的性能指标和功能要求 5

1.4.1电气性能指标 5

1.4.2电磁兼容性能指标 7

1.4.3保护功能要求 8

第2章 功率半导体器件及其驱动电路 9

2.1引言 9

2.1.1功率半导体器件的发展历程 9

2.1.2功率半导体器件的分类 11

2.2功率二极管 12

2.2.1二极管的结构和工作原理 12

2.2.2二极管的开关特性 15

2.2.3二极管的主要参数 18

2.2.4功率二极管的主要类型、特点和应用场合 19

2.3 GTR 20

2.3.1 GTR的结构、工作原理和分类 20

2.3.2 GTR的输出特性与击穿特性 21

2.3.3 GTR的饱和特性与开关特性 22

2.3.4 GTR的大电流特性与二次击穿 25

2.3.5 GTR的最大工作电流与安全工作区 26

2.3.6 GTR的温度特性与并联应用 27

2.3.7 GTR的应用注意事项及保护措施 27

2.4功率MOSFET 28

2.4.1 MOSFET的基本结构和工作原理 28

2.4.2功率MOSFET的结构和分类 30

2.4.3功率MOSFET的静态特性与动态特性 31

2.4.4功率MOSFET的导通电阻及体内二极管 33

2.4.5功率MOSFET的主要参数 36

2.4.6功率MOSFET的优缺点、应用注意事项及保护措施 37

2.5 IGBT 38

2.5.1 IGBT的结构和工作原理 39

2.5.2 IGBT的静态特性 40

2.5.3 IGBT的动态特性 40

2.5.4 IGBT的闩锁效应 41

2.5.5 IGBT的串联和并联 41

2.5.6 IGBT的应用注意事项及保护措施 43

2.6功率开关器件的驱动电路 44

2.6.1概述 44

2.6.2功率开关器件对驱动电路的要求 44

2.6.3非隔离（直接）驱动电路 46

2.6.4集成驱动电路 47

2.6.5隔离驱动电路 50

2.7其他功率开关器件 51

2.7.1 GTO及其驱动和应用 51

2.7.2 IGCT 53

2.7.3 MCT 53

2.7.4 SIT与SITH的应用 54

2.7.5功率模块与功率集成电路 54

2.7.6宽禁带半导体电力电子器件 55

第3章 磁性材料和磁性元件 57

3.1引言 57

3.1.1高频开关变换器中的磁性元件 57

3.1.2磁性材料与磁性元件的发展趋势 57

3.1.3磁学中的常用单位及其换算 59

3.2磁性材料的特性和参数 59

3.2.1磁性材料的磁滞回线及主要参数 59

3.2.2磁性材料的磁化曲线及基本特性 61

3.2.3磁心损耗 63

3.3开关变换器中常用的磁性材料及磁心结构 64

3.3.1开关变换器中常用磁性材料的分类及主要特点 64

3.3.2磁心结构（外形）及其应用 66

3.4开关变换器的常用磁性元件 68

3.4.1电感元件 68

3.4.2变压器 72

3.4.3脉冲电流互感器 76

3.4.4线圈的集肤效应和穿透深度 77

第4章 非隔离开关变换器的分析与设计 79

4.1引言 79

4.1.1非隔离开关变换器的分类 79

4.1.2开关变换器中的电感和电容 79

4.1.3几点假设 80

4.2 Buck变换器 81

4.2.1 Buck变换器的组成和工作原理 81

4.2.2 Buck变换器的工作模式与等效电路 81

4.2.3 Buck变换器的基本关系式 82

4.2.4 Buck变换器的输出纹波电压分析 86

4.2.5 Buck变换器的动态范围与最大输出纹波电压 88

4.2.6 Buck变换器的最大电感电流分析 89

4.2.7 Buck变换器的特点及应用注意事项 92

4.3 Boost变换器 93

4.3.1 Boost变换器的组成和工作原理 93

4.3.2 Boost变换器工作于CCM和DCM时的主要关系式及其临界电感 93

4.3.3 Boost变换器的能量传输过程与工作模式 96

4.3.4 Boost变换器的动态范围及最大与最小临界电感 100

4.3.5 Boost变换器三种工作模式的输出纹波电压分析 102

4.3.6开关变换器的最大输出纹波电压分析 105

4.3.7 Boost变换器的电感电流分析 107

4.3.8 Boost变换器的主要特点和应用场合 109

4.4 Buck-Boost变换器及三种常用非隔离开关变换器特性对比 110

4.4.1 Buck-Boost变换器简介 110

4.4.2三种开关变换器的能量传输过程与工作模式比较 110

4.4.3三种开关变换器的最小与最大临界电感 111

4.4.4三种开关变换器的输出纹波电压与最小电感比较 111

4.4.5三种开关变换器的电感电流比较 113

第5章 隔离开关变换器的分析与设计 115

5.1正激变换器 115

5.1.1单管正激变换器的组成和工作原理 115

5.1.2 CCM单管正激变换器的工作过程和基本关系式 115

5.1.3 DCM单管正激变换器的工作特性和基本关系式 116

5.1.4单管正激变换器的磁复位技术 117

5.1.5单管正激变换器的极限参数及设计考虑 121

5.1.6双管正激变换器的组成、工作原理和设计考虑 123

5.1.7交错正激变换器的组成、工作原理和设计考虑 125

5.1.8各类正激变换器的特点及应用注意事项 128

5.2反激变换器 129

5.2.1单管反激变换器的组成和工作原理 129

5.2.2完全能量转换模式（DCM）时的工作过程和基本关系式 130

5.2.3不完全能量转换模式（CCM）时的工作过程和基本关系式 131

5.2.4单管反激变换器的工作模式及输出纹波电压分析 131

5.2.5单管反激变换器的设计考虑 133

5.2.6单管反激变换器的主要特点及应用注意事项 136

5.2.7双管反激变换器的组成、工作原理和设计考虑 137

5.2.8交错反激变换器的组成、工作原理和设计考虑 139

5.2.9各类反激变换器的主要优缺点及应用注意事项 142

5.3推挽变换器 142

5.3.1推挽变换器的组成和工作原理 143

5.3.2推挽变换器的工作过程和基本关系式 143

5.3.3推挽变换器电感、电容的设计考虑 145

5.3.4推挽变换器功率开关器件的电流、电压最大承受值及设计考虑 146

5.3.5推挽变换器的主要优缺点及应用注意事项 146

5.4桥式变换器 147

5.4.1半桥变换器的组成和工作原理 148

5.4.2半桥变换器的工作特性和基本关系式 148

5.4.3半桥变换器的常见问题及应对策略 150

5.4.4半桥变换器的极限参数及设计考虑 153

5.4.5半桥变换器的主要优缺点及其应用注意事项 155

5.4.6全桥变换器的组成原理及其应用 155

第6章 开关变换器的缓冲钳位电路 159

6.1引言 159

6.1.1引入缓冲电路的必要性和作用 159

6.1.2缓冲电路的类型 159

6.2 RCD缓冲电路的组成原理与设计 160

6.2.1 RCD缓冲电路的组成和分类 160

6.2.2 RCD缓冲电路的设计 160

6.3 LCD缓冲电路的组成原理与设计 163

6.3.1 Boost变换器的LCD钳位电路的组成原理与设计 164

6.3.2双管正激变换器的LCD钳位电路的组成原理与设计 166

6.4有源钳位缓冲电路的组成原理与设计 170

6.4.1有源钳位缓冲电路的组成和工作原理 170

6.4.2有源钳位电路主要元器件参数的设计考虑 173

第7章 电压控制型开关变换器的稳定性分析及补偿网络设计 175

7.1引言 175

7.2电压控制型开关变换器的组成原理及应用 175

7.2.1电压控制型开关变换器的组成和工作原理 175

7.2.2电压控制型开关变换器的优缺点 176

7.2.3电压控制模式常用芯片及其应用 176

7.3电压控制型开关变换器闭环控制系统的组成和稳定性判据 179

7.3.1闭环控制系统的组成及要求 179

7.3.2闭环控制系统的稳定性及其判据 180

7.4电压控制型开关变换器系统的分析 182

7.4.1概述 182

7.4.2状态空间平均法及其分析步骤 182

7.4.3电压控制型Boost变换器系统的开环传递函数 184

7.4.4电压控制型Boost变换器的Bode图和稳定性分析 188

7.5电压控制型开关变换器系统闭环补偿网络的设计 192

7.5.1开关变换器闭环补偿网络的作用和一般设计步骤 192

7.5.2开关变换器闭环控制系统补偿网络的设计实例 193

第8章 电流控制型开关变换器及其斜坡补偿技术 197

8.1引言 197

8.2峰值电流控制型开关变换器的组成及应用 198

8.2.1峰值电流控制型开关变换器的组成和工作原理 198

8.2.2常用电流控制型芯片 199

8.2.3电流控制型芯片应用实例 201

8.3峰值电流控制型开关变换器的稳定性 201

8.3.1峰值电流控制CCM开关变换器的稳定性 201

8.3.2峰值电流控制DCM开关变换器的稳定性 202

8.4峰值电流控制型开关变换器的优缺点 202

8.4.1峰值电流控制型开关变换器的特点 203

8.4.2峰值电流控制型开关变换器存在的问题 204

8.5峰值电流控制型开关变换器的斜坡补偿技术 204

8.5.1斜坡补偿方式及原理 204

8.5.2常用斜坡补偿电路及工作原理 206

8.5.3斜坡补偿电路参数的优化设计 209

8.5.4阻容斜坡补偿电路的设计实例 211

第9章 开关变换器的发展问题与新技术 213

9.1电能质量问题与功率因数校正技术 213

9.1.1概述 213

9.1.2功率因数校正及其分类 214

9.1.3 DCM功率因数校正电路的组成和工作原理 216

9.1.4临界导电模式功率因数校正电路的组成和工作原理 221

9.1.5平均电流控制功率因数校正电路的组成和工作原理 224

9.1.6单级（隔离）功率因数校正电路的组成和工作原理 229

9.2开关变换器的高频损耗问题与软开关技术 232

9.2.1开关变换器的高频损耗问题及应对策略 232

9.2.2软开关变换器的类型及其组成原理和特点 234

9.2.3移相全桥型零电压开关PWM变换器 238

9.3开关变换器的并联问题和均流技术 246

9.3.1概述 246

9.3.2开关变换器模块并联供电系统 247

9.3.3无源均流法——串接均流电阻法 248

9.3.4有源均流法之一——主从均流法 249

9.3.5有源均流法之二——平均电流自动均流法 250

9.3.6有源均流法之三——最大电流自动均流法 252

9.3.7 UC3907最大电流自动均流控制芯片的原理及应用 252

9.4开关变换器低压大电流问题与同步整流技术 255

9.4.1低压大电流开关变换器的需求及二极管整流面临的问题 255

9.4.2同步整流技术及其原理 256

9.4.3同步整流管及其主要参数 257

9.4.4同步整流管的驱动方式 258

9.4.5同步整流技术的损耗 264

参考文献 267