开关电源仿真与设计——基于SPICE（第2版） 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

　　本书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。

第1章 电源变换器介绍

　1.1 电路真的需要仿真吗

　1.2 本书讨论的内容

　1.3 本书不讨论的内容

　1.4 用电阻变换电源

　1.5 用开关变换功率

　1.6 占空比因子

　1.7 降压变换器

　1.8 升压变换器

　1.9 降压升压变换器

　1.10 输入滤波

　1.11 小结

　附录1A RLC传输函数

　附录1B 电容等效模型

　附录1C 电源按拓扑的分类

　附录1D CCM和DCM开关波形的均方根值

第2章 小信号建模

　2.1 态空间平均（SSA）

　2.2 PWM开关模式――电压模式

　2.3 PWM开关模型――电流模式

　2.4 PWM开关模型――寄生元件效应

　2.5 在边界导通模式下的PWM模型

　2.6 PWM开关模型――电路集

　2.7 其他平均模型

　2.8 小结

　附录2A 变换器基本传输函数

　附录2B 极点、零点和复平面简介

　附录2C 电压模式DCM升压变换器小信号分析

第3章 反馈和控制环

　3.1 观察点

　3.2 稳定判据

　3.3 相位裕度和瞬态响应

　3.4 交叉频率选择

　3.5 补偿网络构建

　3.6 简易稳定性工具――k因子

　3.7 用TL431实现反馈

　3.8 光耦合器

　3.9 运算跨导放大器

　3.10 分流调节器

　3.11 应用PSIM和SIMPLIS实现小信号响应

　3.12 小结

　附录3A 自动放置极-零点

　附录3B TL431 SPICE模型

　附录3C 放大器类型2手动放置极-零点

　附录3D 理解闭环系统中的虚地

第4章 基本功能块和通用开关模型

　4.1 用于快速仿真的通用模型

　4.2 运算放大器

　4.3 具有给定扇出数的电源

　4.4 可调源元件产生的电压

　4.5 磁滞开关

　4.6 欠压锁定（UVLO）功能块

　4.7 前沿消隐

　4.8 具有磁滞作用的比较器

　4.9 逻辑门

　4.10 变压器

　4.11 非稳态发生器

　4.12 通用控制器

　4.13 死区时间的产生

　4.14 短脉冲发生器

　4.15 通用模型列表

　4.16 收敛选项

　4.17 小结

　附录4A 磁件设计中所用术语的简要回顾

　附录4B 为变压器模型提供物理值

第5章 非隔离变换器的仿真和设计实践

　5.1 降压变换器

　5.2 升压变换器

　5.3 降压-升压变换器

　附录5A 工作于非连续工作模式的升压变换器设计公式

第6章 离线变换器前端的仿真和设计实践――前端电路

　6.1 整流桥

　6.2 功率因数校正

　6.3 BCM升压PFC设计

　6.4 小结

　附录6A 二极管和输出电容电流约束：从不同视角观察

　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

第7章 反激式变换器仿真和设计实践

　7.1 隔离降压-升压变换器

　7.2 寄生元件条件下的反激式变换器波形

　7.3 含寄生元件的反激式变换器波形

　7.4 准谐振反激变换器

　7.5 钳位作用时观察漏极信号

　7.6 漏极电压偏移钳位

　7.7 求DCM工作条件下的谷点

　7.8 钳位网络的设计

　7.9 双开关反激式变换器

　7.10 有源钳位

　7.11 反激式拓扑的小信号响应

　7.12 反激式变换器的实际考虑

　7.13 过功率补偿

　7.14 变换器的待机功率

　7.15 20 W单输出电源

　7.16 90 W单输出电源

　7.17 35 W多输出端电源

　7.18 反激式变换器元件约束

　7.19 小结

　附录7A 通过波形求变压器参数

　附录7B 应力

　附录7C 90 W适配器的变压器设计

　附录7D 工作于准谐振的反激变换器小信号模型

　附录7E 含非线性变化寄生电容的开关损耗

　附录7F 变压器磁心饱和度测试

第8章 正激变换器的仿真和实用设计

　8.1 隔离降压变换器

　8.2 复位方案1：第3绕组

　8.3 复位方案2：双开关结构

　8.4 复位方案3：谐振退磁

　8.5 复位方案4：RCD钳位

　8.6 复位方案5：有源钳位

　8.7 同步整流

　8.8 多输出正激式变换器

　8.9 正激变换器的小信号响应

　8.10 单输出12 V/250 W正激式变换器设计

　8.11 正激变换器的元件约束

　8.12 小结

　附录8A 应用自举技术的半桥驱动器

　附录8B 阻抗折算

　附录8C 250 W适配器的变压器和电感设计

　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

　附录8E 网页内容

结语

　　Christophe P. Basso，1985年获法国蒙彼利埃大学学士学位，2004年获法国图卢兹国家理工大学功率电子方向电气工程学硕士学位，IEEE资深会员。现任安森美公司法国工程主管，开发了大量受欢迎的开关电源控制器。在功率电子方向著有多本专著，并持有29项专利。

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前言

　　译者序

　　作者Basso先生是安森美公司法国图卢兹分公司的工程部经理，他在ac-dc和dc-dc开关电源设计领域有独到的研究，是许多PWM控制器的研制者。他研制的NCP120X系列控制器已经成为离线电源的待机功率标准。本书版涉及两方面的内容——开关电源和电路仿真。就开关电源而言，它作为一种电子设备专用电源，极受当今工程技术人员关注。开关电源以其轻、薄、小和高效率的特点为人们所熟悉，是各种电子设备小型化和低成本化不可缺少的一种电源方式，已成为当今电源的主流。与此相应，国内出版了许多介绍开关电源工作原理和设计的好书，大大方便了从事开关电源研究和设计的工程技术人员。但美中不足的是，这类书籍的内容往往过于学术化，使初涉开关电源设计领域的工作者望而却步。另外，这类书籍缺乏比较直观的、可供读者直接进行训练的手段。本书的另一内容是SPICE仿真。近十多年来，电力电子技术在国内外蓬勃发展，相应的仿真方法和软件也大量出现，并得到了广泛应用。书中对开关电源的理论做了十分清晰但不复杂的分析推导，并给出了目前市场上流行的开关电源拓扑的SPICE模型及仿真结果，提供了大量插图，很好地搭起了理论和实际之间的桥梁，使初学者能很快通过书中实例，应用仿真方法来体会电路的奥秘。同时熟练的设计者能从书中找到许多设计和仿真过程中碰到的疑难问题的解决方法。

　　第二版相对版做了许多更新，在理论上新增了基本方程及详尽的公式推导, 新增了均方根电流分析、QR变换器、跨导放大器补偿电路、晶体管级TL431模型等内容; 在仿真技术上应用了SPICE的新特点和功能，详细地解释了如何进行开关电源仿真、测试及改进设计的步骤。提供了用SPICE工具短周期内设计制造更小型、更高效散热的电源方法。本书是从事开关电源电路开发、设计和应用的工程技术人员，LED灯具驱动设计人员，电力电子类专业高年级学生和研究生的优秀参考书。

　　由于译者水平有限，错误之处在所难免，敬请读者指正。

　　吕章德

　　译于绍兴文理学院

　　前言

　　很高兴向读者介绍本书的第2版。我想感谢所有为本书第1版的成功做出过贡献的读者。我收到了来自世界各地的大量温暖和支持性的信息，这些信息对我而言都是非常有益的。没有你们，这本新书将不会存在。有些读者友好地指出了第1版中发现的排印错误和内容误差。几年来我把这些信息列表汇总，并用该列表来简洁方程和图形。

　　修订一本书并不简单，因为有些读者会反对新书中更新的内容过少，而有些读者会抱怨新版本与他们所购买的第1版呈现过多不同的内容！毋庸置疑，要让两部分人都高兴是很困难的事情。忠实于原有的方法，我增加了一些做了详尽数学处理的主题，便于读者理解和学习本书。第1章增加了基本开关单元电路的均方根描述。在大多数现有著作中，作者只给出公式而没有公式推导，经常会把读者的分析限制在单向模式中。本书探讨了双向模式并做了详细探讨，章末以表格形式做了清晰的总结。提供了大量的Mathcad文档，以便于读者评估自己的电路。第2章扩展了工作于非连续导通模式升压变换器PWM开关和前馈补偿增益的内容。第3章现在包含了基于OTA的补偿电路并提供了晶体管级TL431模型。第4章对D触发器和前沿消隐定时器模块做了一些修改。第6章现在增加了工作于电压或电流模式的边界导通升压PFC电路的完整小信号分析。第7章详细讨论了所有固定频率非连续和连续反激变换器的过功率现象，包括准谐振的情况，其中一个附录中论述了准谐振反激变换器小信号模型。第8章包含了工作于电压模式控制的有源钳位正向变换器新的小信号模型。

　　希望读者能对第2版感兴趣，特别是对新增加的内容。尽管尽了努力，但少许拼写或内容错误总会逃过我的眼睛，若读者能把对本书的校正或评论信息发送至邮箱，我会非常高兴。通常，我会将这些信息保留并把它们汇总在网页上，便于读者们阅读交流。我先向你表示感谢并祝你在设计中好运。

　　Christophe P. Basso

　　致谢

　　首先要真诚地感谢我的家庭成员，我的妻子Anne及两个可爱的孩子Lucile和Paul。修订近千页的书稿不可能一夜完成，我很庆幸可以花无休止的时间来修改和书写新的段落而未影响家庭生活。现在，书稿已经完成，我很高兴又可以和家人一起徒步旅行、骑车、阅读，一起度过休闲时光。

　　本书的修订出版得到了许多人的帮助。我想感谢安森美公司的朋友和同事Jo＆euml;l Turchi，感谢他与我做了许多次长时间的技术主题讨论并为我审阅了书稿；我也很幸运地能经常与一起工作的团队成员进行讨论，他们是Thierry Sutto、Stéphanie Cannenterre、Yann Vaquetté和Jose Capilla博士。他们友好地审阅了第2版的书稿。特别感谢安森美公司的Alain Laprade，他友好地审阅了本书第2版的其中几章。

　　感谢我的父母Michele和Paul Basso。在我14岁时，是他们给我买了个电源，培养了我对电子电路的兴趣，尽管付出了多次跳闸的代价。还要感谢我少年时期的老师Rene Vinci和Bernard Métral，他们给我这样好动的学生慢慢地灌输了热情和知识。那时，我在Radio-Plans（1982）杂志上发表了篇文章。感谢我的朋友Claude Ducros和Christian Duchemin，他们是该杂志的后一任主编，现在这一杂志已经停刊。后，感谢蒙彼利埃大学的Claudé Duchémin指引我走上了开关电源之路。

　　本书第1版和第2版吸收了许多知名专家的意见和建议，我为能与他们一起工作而深感荣幸。真诚感谢他们为审阅第1版书稿并指出不准确的内容：Vatche Vorperian博士（喷气推进实验室）， Richard Redl博士（Elfi），Ed Bloom（e/j BLOOM联合公司），Raymond Ridley博士（Ridley工程公司），Ivo Barbi博士（圣卡塔琳娜州联合大学电力电子技术研究所），Jeff Hall（安森美公司），Dhaval Dalal（Acptek公司）和为磁设计部分友好贡献了两个附录的Monsieur Mullett（安森美公司以前的同事）；Christian Zardini（已从ENSEIRB工程学校退休），Franki Poon和S. C. Tan博士（保和电力电子实验室和香港理工大学），Dylan Lu博士（悉尼大学），Arnaud Obin（Lord工程公司前职员），V. Ramanarayanan博士（印度班加罗尔科技研究所电气工程部），Jean-Paul Ferrieux博士（格勒诺布尔电子技术实验室），Steve Sandler（AEi系统公司），Didier Balocco博士（安全电力系统公司前职员），Pierre Aloisi（摩托罗拉公司前职员）。

　　感谢Intusoft软件公司员工Larry和Lise Meares及其整个支持团队（George、Farhad、Everett和Tim），他们在本书大量例证电路的测试过程中为我提供了很大的帮助。还要感谢仿真软件的编辑，他们友好地贡献了仿真例子。

　　后，感谢McGraw-Hill出版公司的Mike McCabe为我提供了出版新版的机会。