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第1章 概论1

1.1 能源变换电子电路的应用领域1

1.1.1 信息和电信产业的应用1

1.1.2 可再生能源变换的应用3

1.1.3 未来的能源变换——燃料电池4

1.1.4 电动车辆5

1.1.5 电子显示装置的应用6

1.1.6 音频放大器7

1.1.7 便携式电子设备7

1.1.8 高电压物理实验和粒子加速器的应用8

1.1.9 照明技术8

1.1.10 AC-AC变频器9

1.1.11 电力系统调节9

1.1.12 制造业的能源回收9

1.1.13 航空航天的应用10

1.1.14 国防应用11

1.1.15 传动和大功率工业的应用12

1.1.16 电力电子电路的分类13

1.2 电力电子电路工作的基本原理14

1.3 功率电路的基本组成：功率半导体开关和无源电抗元件20

1.3.1 不可控开关——功率二极管21

1.3.2 半可控开关（晶闸管）24

1.3.3 可控开关25

1.3.4 氮化镓（GaN）开关技术35

1.3.5 功率开关的能耗38

1.3.6 无源电抗元件46

1.3.7 超级电容器60

1.4 占空比控制的恒定开关频率变换器的基本稳态分析61

1.4.1 基本DC-DC变换器的输入／输出电压比61

1.4.2 连续和断续导通工作模式64

1.4.3 基本变换器的元件设计65

1.4.4 占空比控制（PWM）的控制器66

1.4.5 变换效率，硬开关和软开关68

1.5 开关电容（SC）变换器简介71

1.6 频率控制的变换器76

1.6.1 谐振变换器76

1.6.2 准谐振变换器（QRC）81

1.7 AC-DC整流器和DC-AC逆变器概述87

1.7.1 整流器87

1.7.2 逆变器94

1.8 范例分析100

1.8.1 范例1100

1.8.2 范例2105

1.8.3 范例3107

1.9 本章小结110

习题110

参考文献112

第2章 DC-DC变换器建模115

2.1 功率级建模的目的115

2.2 平均状态空间方程和低纹波近似（时间线性化）117

2.3 针对CCM工作的变换器，基于平均状态空间方程的直流电压增益和交流小信号开环传递函数121

2.3.1 直流电压增益和交流开环干线-负载电压的传递函数121

2.3.2 小信号近似的占空比-输出电压的交流传递函数122

2.3.3 CCM工作的Boost、Buck以及Buck-Boost变换器的直流增益和交流小信号开环传递函数124

2.3.4 CCM工作的Boost、Buck以及Buck-Boost变换器的图解平均模型138

2.3.5 CCM工作的DC-DC变换器正则图解的平均模型152

2.4 针对DCM工作的变换器，基于平均状态空间方程的直流电压增益和交流小信号开环传递函数157

2.4.1 降阶的平均模型157

2.4.2 全阶平均模型171

2.5 平均PWM开关模型184

2.5.1 连续导通模式（CCM）工作的变换器的平均PWM开关模型184

2.5.2 断续导通模式（DCM）工作的变换器的平均PWM开关模型191

2.6 开关电阻和二极管正向电压的平均模型，PWM平均模型210

2.6.1 开关直流电阻和二极管正向电压的平均模型210

2.6.2 PWM平均模型213

2.7 准谐振变换器的直流和小信号分析用平均谐振开关模型214

2.7.1 零电流（ZC）谐振开关的平均模型214

2.7.2 零电压（ZV）谐振开关的平均模型220

2.7.3 ZCS准谐振变换器的直流分析和开环小信号传递函数223

2.7.4 ZVS准谐振变换器的直流分析和开环小信号传递函数238

2.8 电力电子电路仿真和计算机辅助设计249

2.9 范例分析260

2.10 本章小结263

习题268

参考文献270

第3章 传统DC-DC PWM硬开关变换272

3.1 Buck DC-DC PWM硬开关变换器272

3.1.1 电感器直流阻抗的影响272

3.1.2 边界控制276

3.1.3 考虑电感电流纹波以及电容ESR时，CCM工作的Buck变换器的损耗计算277

3.1.4 CCM工作的Buck变换器设计281

3.1.5 带输入滤波器的Buck变换器284

3.1.6 DCM工作的Buck变换器的稳态分析综述287

3.1.7 DCM工作的Buck变换器设计291

3.1.8 Buck变换器动态响应的特点293

3.2 Boost DC-DC PWM硬开关变换器296

3.2.1 稳态CCM工作的Boost变换器296

3.2.2 稳态DCM工作的Boost变换器301

3.2.3 Boost变换器动态响应的特点307

3.3 Buck-Boost DC-DC PWM硬开关变换器309

3.3.1 稳态CCM工作的Buck-Boost变换器309

3.3.2 稳态DCM工作的Buck-Boost变换器316

3.3.3 Buck-Boost变换器动态响应的特点321

3.4 ？uk升-降压型（Boost-Buck）DC-DC PWM硬开关变换器321

3.4.1 ？uk变换器的推导和开关工作321

3.4.2 CCM工作的？uk变换器的稳态分析及设计323

3.4.3 存在寄生电阻的？uk变换器直流电压增益和交流小信号特性328

3.4.4 设计实例和市售？uk变换器333

3.4.5 ？uk变换器的DCM工作335

3.4.6 带耦合电感的？uk变换器344

3.5 SEPIC PWM硬开关变换器345

3.5.1 CCM工作的SEPIC变换器346

3.5.2 CCM工作的SEPIC变换器的稳态分析347

3.5.3 CCM工作的SEPIC变换器的小信号分析352

3.5.4 市售SEPIC变换器：实例研究355

3.5.5 DCM工作的SEPIC变换器360

3.5.6 DICM工作的SEPIC变换器的交流分析368

3.5.7 隔离型SEPIC变换器370

3.6 Zeta（反向SEPIC）PWM硬开关变换器370

3.6.1 CCM工作的Zeta变换器371

3.6.2 CCM工作的Zeta变换器的稳态分析371

3.6.3 CCM工作的SEPIC变换器的小信号分析377

3.6.4 设计案例和范例分析378

3.6.5 DCM工作的Zeta变换器382

3.6.6 隔离型Zeta变换器388

3.7 正激变换器（正向变换器）388

3.7.1 DC-DC变换器结构中高频变压器的作用388

3.7.2 正激变换器的推导390

3.7.3 CCM工作的正激变换器391

3.7.4 DCM工作的正激变换器和CCM与DCM的设计考虑398

3.7.5 多路输出正激变换器401

3.7.6 其他的磁芯复位策略402

3.7.7 实用设计案例：范例分析409

3.8 隔离型？uk变换器412

3.9 反激变换器416

3.9.1 反激变换器推导416

3.9.2 反激变换器的CCM和DCM工作417

3.9.3 耦合电感器漏感的影响424

3.9.4 反激变换器的小信号模型431

3.9.5 反激变换器的设计：范例分析——实际考虑432

3.10 推挽变换器438

3.10.1 降压型的推挽变换器（电压驱动）438

3.10.2 CCM下的推挽变换器438

3.10.3 推挽变换器中的非理想因素443

3.10.4 DCM工作445

3.10.5 升压型的推挽变换器（电流驱动）450

3.10.6 设计实例454

3.11 半桥变换器457

3.11.1 Buck半桥变换器拓扑457

3.11.2 CCM工作457

3.11.3 输入到输出电压变换比和CCM工作的半桥变换器设计464

3.11.4 实际问题464

3.11.5 DCM工作466

3.11.6 电流驱动半桥变换器469

3.12 全桥变换器472

3.12.1 全桥拓扑472

3.12.2 Buck全桥变换器的CCM工作474

3.12.3 输入／输出电压变换比和CCM工作的Buck全桥变换器的设计482

3.12.4 实际问题483

3.12.5 其他晶体管控制方式：移相控制484

3.12.6 电流驱动型全桥变换器486

3.13 本章小结490

习题498

参考文献502

第4章 DC-DC变换器的衍生结构506

4.1 推挽、半桥和全桥变换器的倍流整流器（Current Doubler Rectifier，CDR）506

4.1.1 倍流整流器的周期运行507

4.1.2 具有倍流整流器（CDR）的变换器的电压变换比510

4.1.3 电流纹波率511

4.1.4 其他结构的倍流整流器（CDR）512

4.1.5 倍流整流器的缺点515

4.1.6 三倍流或多倍流整流器516

4.2 倍压和多倍压整流器517

4.2.1 全波桥式倍压整流器517

4.2.2 Greinacher倍压整流器518

4.2.3 三倍压器及常规的Cockcroft-Walton多倍压器521

4.2.4 单电容倍压器522

4.2.5 斐波那契开关电容多倍压器523

4.2.6 分压器526

4.2.7 “经济”电源和4×8电源526

4.3 二次变换器530

4.3.1 二次Buck变压器530

4.3.2 Buck-Boost二次变换器（占空比＜0.5）532

4.4 双开关Buck-Boost变换器534

4.4.1 升降压交错式双开关Buck-Boost变换器534

4.4.2 正输出电压的Z源Buck-Boost变换器537

4.5 开关电容／开关电感集成的基本变换器540

4.5.1 基于开关电容／开关电感结构的变换器系列540

4.5.2 KY变换器552

4.5.3 Watkin-Johnson变换器556

4.6 Sheppard-Taylor变换器557

4.6.1 连续导通模式（CCM）工作557

4.6.2 断续导通模式（DCM）工作558

4.6.3 隔离型Sheppard-Taylor变换器562

4.7 有源开关电压应力低的变换器564

4.7.1 具有Vin/2初级开关电压应力的四开关全桥型变换器564

4.7.2 初级侧开关应力为三分之一输入电压的变换器566

4.7.3 三电平Boost变换器568

4.8 电感带抽头的变换器572

4.8.1 电感带抽头的Buck变换器和VRM（电压调节模块）573

4.8.2 电感带抽头的Boost变换器577

4.9 有中心抽头电感的电流驱动双桥变换器579

4.10 本章小结584

习题589

参考文献589

术语表591