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 可调无源元件产生的电压 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 无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 无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

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。

本书完整地论述了开关电源变换器的理论和仿真方法，主要内容有:电源变换器介绍、小信号模型、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和设计、反激式变换器的仿真和设计、正激式变换器的仿真和设计。本书创建了多种市场上流行变换器的理论方程，并给出了相应的SPICE模型，提供了600多幅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。

本书的特色是对开关电源理论不进行过术学术化的讨论，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，如OrCAD，ICAP/4，μCap，TINA等，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。

本书可供从事开关电源仿真与设计的工程技术人员和电气信息类、自动化控制等相关专业高校师生参考。

第1章 绪论

1.1 为何仿真

1.2 本书中采用的SPICE语法

1.3 PSpice、SPICE 3及其他SPICE扩展

1.4 非线性非独立源(B、E、G元件)

1.5 数字逻辑函数

1.6 开关元件(S/W元件)

1.7 本书附带资源

1.8 本书使用的基于SPICE的分析类型

第2章 磁性器件的SPICE建模

2.1 简介

2.2 SPICE中的理想元件

2.3 PSpice耦合电感器模型

2.4 磁阻模型与物理模型

2.5 饱和磁芯建模

2.6 兼容SPICE 2的磁芯模型

2.7 磁芯模型的工作原理

2.8 计算磁芯参数

2.9 饱和磁芯模型的使用和验证

2.10 兼容SPICE 3的磁芯模型

2.11 铁氧体磁芯

2.12 构建变压器模型

2.13 高频线圈效应

第3章 EMI滤波器设计

3.1 基本要求

3.2 确定负电阻

3.3 确定谐波含量

3.4 衰减元件

3.5 四阶滤波器

3.6 浪涌电流

3.7 MPP电感器

3.8 浪涌电流的限制

第4章 Buck拓扑变换器

4.1 滞后开关调压器

4.2 平均(状态空间)模型与开关层次瞬态模型的对比

4.3 平均法建模实例

4.4 采用SG1524A的Buck调压器

4.5 非连续导通模态的仿真

4.6 改进的Buck子电路

4.7 加入斜率补偿

4.8 电压模式控制

4.9 改进的SG1524A Buck调压器

4.10 瞬态模型

第5章 反激变换器

5.1 反激变换器的子电路

5.2 音频敏感性

5.3 前馈改进

5.4 反激变换器的瞬态响应

5.5 电压调整率的仿真

5.6 时域模型

5.7 加入斜率补偿

5.8 电压模式控制

第6章 低压降线性调压器

6.1 瞬态响应

6.2 纹波抑制

6.3 控制环的稳定性

第7章 DC?AC转换

7.1 使用SPICE生成正弦波ROM位码

7.2 XSPICE中的状态机建模

7.3 使用正弦参考信号驱动功率级

7.4 非线性负载的供电

7.5 三相正弦参考信号

7.6 谐波中和的全桥逆变器

7.7 谐波中和的半桥逆变器

7.8 PWM逆变器

第8章 功率因数校正

8.1 单相变压器整流器

8.2 三相变压器整流器

8.3 非连续导通反激式功率因数校正器

8.4 临界导通功率因数校正器

8.5 Boost模式功率因数校正器

第9章 仿真性能的改进

9.1 建立电路模型

9.2 简化模型

9.3 输出级的复杂度

9.4 .OPTIONS

9.5 状态机模型

9.6 硬件考虑

第10章 求解的收敛性及其他仿真问题

10.1 快速解决仿真收敛性问题

10.2 反复仿真或开关仿真

10.3 仿真收敛性

10.4 总体讨论

10.5 DC收敛性的解决措施

10.6 瞬态收敛性的解决措施

10.7 建模技巧

推荐书目

索引

书名:开关电源仿真PSPICE和SPICE3应用

ISBN:711516449

作者:(美)桑德勒

版次: 1