开关电源工程化设计与实战:从样机到量产

这是一本真正意义上从工程实践出发的书籍，通过实例计算、仿真分析和样机验证等方法，架起了一座开关电源研发从样机到量产的桥梁，是一本的设计类参考书籍

本书针对中小功率范围的开关电源，对*为热门的LED驱动电源、适配器电源中主流拓扑进行了分析及实际设计，逐步给出了完整的工程化产品研发过程。并从项目管理角度对电源类产品研发生产的整个产品生命周期给出了一般性指导方法，以期给读者提供满足实际设计调试的经验补充。作为一本实践为导向的书籍，本书作者对当前电源的能效标准、安全标准、性能要求做了深刻解读，给读者提供了开关电源产品全流程的设计指导，同时给出了电源设计过程中的一些小技巧。

作者简介文天祥，中国电源学会照明电源专业委员会委员，中国电源学会青年工作委员会委员，IEEE 会员。电力电子专业研究生毕业后，十年来一直从事电力电子研发设计工作，历任研发工程师、工程师、研发经理、平台架构师等，期间主导研发了多款行业及至全球领先的产品，销售数量累计达千万级，为所在公司带来了巨大的经济效益。在技术积淀上，在开关电源拓扑、半导体元器件应用、LED 照明电子及系统应用、消费性电子产品可靠性设计等方面有丰富的经验和独到的见解，并在电源设计及应用领域获得多项国际专利。熟悉电子产品项目管理，以及消费性电子产品完整生命流程管控。作为电源学会委员，积极参与行业标准的制定和起草，并多次负责联系国际知名电源专家来中国举办电源类培训事宜，翻译出版电源相关书籍多部，代表性著作如下：1. 译著( 译者) ：Robert A.Mammano 写作的《Fundamentals of Power Supply Design》，中文版书名：《电源设计基础》，2018 年10 月出版，辽宁科学技术出版社。2. 译著( 译者) ：Sanjaya Maniktala 写作的《Intuitive Analog to Digital Control Loops in Switchers》，中文版书名：《开关变换器环路设计指南—从模拟到数字控制》，2017 年5 月出版，机械工业出版社。3. 译著( 译者) ：Morgan Jones 写作的《Building Valve Amplifier》（2nd edition），中文版书名：《电子管放大器搭建手册》（第2 版）2016 年9 月出版，人民邮电出版社。符致华，IEEE 会员，电子专业本科毕业八年来一直从事开关电源研发设计工作，在开关电源拓扑、半导体元器件应用及消费性电子产品可靠性设计等方面有丰富的经验和独到的见解。主要研发各类开关电源和LED 照明电子及应用，曾任高级研发工程师、研发经理等职位，负责产品从研发端到量产的整个流程，包括准确的元器件选型、系统失效异常分析和EMC 的评估，为公司节省的研发成本达几千万元。曾就职于松下电子、欧普照明研发中心等公司。

序作者简介第1 章  单级功率因数校正（PFC）电路工程化设计…………… 11.1  功率因数（PF）的历史渊源 …………………………………………… 11.1.1  有功功率、无功功率及其他概念 ……………………………… 51.1.2  相移因数和THD 的各自影响 …………………………………… 71.2  现行标准IEC 61000—3—2 及其他 ……………………………………101.3  PF 与THD ………………………………………………………………121.4  信息技术类和LED 照明产品现行标准关于PF 的要求 ………………141.5  产品真地需要这么严格的PF 要求吗 ……………………………………181.6  PF 与THD 优化的工程化方法 …………………………………………201.6.1  填谷式PFC 电路 …………………………………………………211.6.2  电荷泵PFC 电路 …………………………………………………231.6.3  电荷泵填谷PFC 电路 ……………………………………………251.6.4  升压有源功率因数校正（APFC）电路 …………………………251.6.5  单级反激式APFC 电路和双级APFC 电路 ……………………271.7  单级PFC LED 驱动电源工程研发实例 …………………………………301.7.1  LED 驱动电源一般性能指标要求 ………………………………301.7.2  元器件工程化设计指南 …………………………………………301.7.3  Mathcad 理论计算 ………………………………………………651.7.4  实物验证分析 ……………………………………………………681.8  频闪以及去纹波方案 ……………………………………………………871.8.1  频闪的背景 ………………………………………………………871.8.2  晶体管消除纹波方案 ……………………………………………901.8.3  MOSFET 消除纹波方案 …………………………………………931.8.4  ASIC 方案 …………………………………………………………931.9  主流芯片概览 ……………………………………………………………94目  录VI 开关电源工程化设计与实战—从样机到量产1.10  参考文献 ………………………………………………………………96第2 章  PFC 和反激准谐振（R）组合电源的工程化设计………… 972.1  准谐振的起源 ……………………………………………………………972.1.1  永恒的话题—能效 ……………………………………………972.1.2  现行主流能效标准一览 …………………………………………982.1.3  如何提升效率并满足能效等级要求 ………………………… 1042.2  R 的工作原理深入解析 ……………………………………………… 1112.2.1  波形振荡的定性和定量分析 ………………………………… 1112.2.2  定性以及定量分析两个振荡的频率 ………………………… 1132.3  R 的工作原理和实现方式 …………………………………………… 1132.3.1  谷底的意义 …………………………………………………… 1132.3.2  第一个谷底 …………………………………………………… 1152.3.3  R 操作的优点和缺点 ………………………………………… 1202.3.4  R 具体转换过程中的4 个时序区间 ………………………… 1252.3.5   多个谷底，从满载到轻载时频率控制方式—不同芯片的设计方式 ………………………………………………………………… 1312.3.6  RCC 与R 的关系 ……………………………………………… 1342.4  R 反激变换器中变压器的工程化设计实例 ………………………… 1352.4.1  一次绕组和二次绕组的匝比 ………………………………… 1352.4.2  反射电压的选择 ……………………………………………… 1372.4.3  一次电流峰值计算 …………………………………………… 1382.4.4  一次侧电感量计算 …………………………………………… 1392.4.5  一次、二次电流有效值计算 ………………………………… 1392.5  Boost APFC +R 反激变换器拓扑的研发工程实例 ………………… 1402.5.1  本项目主要指标 ……………………………………………… 1422.5.2  器件参数计算和选型 ………………………………………… 1422.5.3  Mathcad 理论计算 …………………………………………… 1482.5.4  电压环和电流环分析 ………………………………………… 1522.5.5  实测波形 ……………………………………………………… 1562.6  主流芯片概览 ………………………………………………………… 1762.7  其他双级式电源 ……………………………………………………… 1772.8  参考文献 ……………………………………………………………… 178第3 章  LLC 谐振变换器工程化设计…………………………… 1793.1  LLC 的起源 …………………………………………………………… 179目    录VII3.1.1  LLC 的起源和重新得到重视 ………………………………… 1793.1.2  零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS） ………………… 1793.1.3  基本谐振拓扑比较 …………………………………………… 18