开关电源仿真与设计:基于SPICE(第2版)

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《开关电源仿真与设计:基于SPICE(第2版)》全面介绍了开关电源变换器的理论和仿真方法,内容主要有:电源变换器介绍、小信号建模、反馈和控制环、基本功能电路和通用模型、非隔离变换器前端整流和功率因数校正电路的仿真与设计、反激式变换器的仿真和设计、正激式变换器的仿真和设计等。本书创建了多种市场上流行变换器的理论方程,给出了相应的SPICE模型,提供了大量电路和仿真曲线插图,为读者描述了完整的开关电源变换器理论和仿真设计方法。本书特色是对开关电源理论不进行过于学术化的讨论,只给出必需的理论方程推导,同时通过大量实例介绍了仿真方法,并提供了应用常用仿真软件对这些开关电源变换器电路进行仿真的完整模型,架起了理论分析和市场应用之间的桥梁。

 

 

吕章德,浙江绍兴文理学院物理系教授,长期从事电源设计及电路设计工作,发表论文多篇,专利2项,有着丰富的教学经验与文字功底。

 

第1章 电源变换器介绍 1
1.1 电路真的需要仿真吗 1
1.2 本书讨论的内容 2
1.3 本书不讨论的内容 3
1.4 用电阻变换电源 3
1.5 用开关变换功率 12
1.6 占空比因子 18
1.7 降压变换器 20
1.8 升压变换器 32
1.9 降压升压变换器 46
1.10 输入滤波 57
1.11 小结 70
附录1A RLC传输函数 71
附录1B 电容等效模型 74
附录1C 电源按拓扑的分类 76
附录1D CCM和DCM开关波形的均
方根值 77
第2章 小信号建模 81
2.1 态空间平均(SSA) 83
2.2 PWM开关模式――电压模式 92
2.3 PWM开关模型――电流模式 116
2.4 PWM开关模型――寄生元件效应 142
2.5 在边界导通模式下的PWM模型 150
2.6 PWM开关模型――电路集 160
2.7 其他平均模型 167
2.8 小结 175
附录2A 变换器基本传输函数 176
附录2B 极点、零点和复平面简介 182
附录2C 电压模式DCM升压变换器
小信号分析 185
第3章 反馈和控制环 192
3.1 观察点 193
3.2 稳定判据 195
3.3 相位裕度和瞬态响应 197
3.4 交叉频率选择 197
3.5 补偿网络构建 198
3.6 简易稳定性工具――k因子 207
3.7 用TL431实现反馈 224
3.8 光耦合器 238
3.9 运算跨导放大器 244
3.10 分流调节器 248
3.11 应用PSIM和SIMPLIS实现
小信号响应 251
3.12 小结 255
附录3A 自动放置极-零点 256
附录3B TL431 SPICE模型 259
附录3C 放大器类型2手动放
置极-零点 264
附录3D 理解闭环系统中的虚地 266
第4章 基本功能块和通用开关模型 270
4.1 用于快速仿真的通用模型 270
4.2 运算放大器 271
4.3 具有给定扇出数的电源 275
4.4 可调源元件产生的电压 276
4.5 磁滞开关 279
4.6 欠压锁定(UVLO)功能块 281
4.7 前沿消隐 283
4.8 具有磁滞作用的比较器 284
4.9 逻辑门 285
4.10 变压器 287
4.11 非稳态发生器 293
4.12 通用控制器 296
4.13 死区时间的产生 302
4.14 短脉冲发生器 304
4.15 通用模型列表 305
4.16 收敛选项 305
4.17 小结 306
附录4A 磁件设计中所用术语的简要
回顾 306
附录4B 为变压器模型提供物理值 311
第5章 非隔离变换器的仿真和设计实践 316
5.1 降压变换器 316
5.2 升压变换器 340
5.3 降压-升压变换器 358
附录5A 工作于非连续工作模式的升压
变换器设计公式 374
第6章 离线变换器前端的仿真和设计
实践――前端电路 378
6.1 整流桥 378
6.2 功率因数校正 392
6.3 BCM升压PFC设计 429
6.4 小结 441
附录 6A 二极管和输出电容电流约束:
从不同视角观察 443
附录6B 工作于电压或电流模式控制的
边界导通模式(BCM)变换器
功率校正电路小信号模型 448
第7章 反激式变换器仿真和设计实践 457
7.1 隔离降压-升压变换器 457
7.2 寄生元件条件下的反激式变换器
波形 459
7.3 含寄生元件的反激式变换器波形 461
7.4 准谐振反激变换器 463
7.5 钳位作用时观察漏极信号 466
7.6 漏极电压偏移钳位 468
7.7 求DCM工作条件下的谷点 472
7.8 钳位网络的设计 474
7.9 双开关反激式变换器 486
7.10 有源钳位 488
7.11 反激式拓扑的小信号响应 495
7.12 反激式变换器的实际考虑 506
7.13 过功率补偿 519
7.14 变换器的待机功率 534
7.15 20 W单输出电源 538
7.16 90 W单输出电源 550
7.17 35 W多输出端电源 564
7.18 反激式变换器元件约束 578
7.19 小结 578
附录7A 通过波形求变压器参数 579
附录7B 应力 581
附录7C 90 W适配器的变压器设计 583
附录7D 工作于准谐振的反激变换器
小信号模型 587
附录7E 含非线性变化寄生电容的
开关损耗 594
附录7F 变压器磁心饱和度测试 596
第8章 正激变换器的仿真和实用设计 598
8.1 隔离降压变换器 598
8.2 复位方案1:第3绕组 602
8.3 复位方案2:双开关结构 609
8.4 复位方案3:谐振退磁 613
8.5 复位方案4:RCD钳位 617
8.6 复位方案5:有源钳位 625
8.7 同步整流 641
8.8 多输出正激式变换器 643
8.9 正激变换器的小信号响应 656
8.10 单输出12 V/250 W正激式变换器
设计 666
8.11 正激变换器的元件约束 680
8.12 小结 680
附录8A 应用自举技术的半桥驱动器 681
附录8B 阻抗折算 684
附录8C 250 W适配器的变压器和电感
设计 687
附录8D 工作于电压模式控制的有源钳位
正向变换器小信号模型 694
附录8E 网页内容 713
结语 714

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