switching power supply design 读书笔记

继续。。。线性调整器的最小交流纹波要求即为运放的输入最小压差要求，通常介于7-10mV，所以如果输入电压的交流纹波小于10mV，那么线性调整器就可以无法工作了。这种电源的效率很低，于是开关电源应运而生。

开关电源基本拓扑：Buck, Boost, Buck-Boost, Push-Pull, Forword, Flyback, Half-Bridge, Full-Bridge。

先谈Buck，这个拓扑跟线性调整器外观上十分接近，但工作模式已经完全改变。

开关电源，顾名思义就是工作在开通和关断状态的电压调整器。开通时，输入向后级传输能量并给储能器件充能；关断时，电路中的储能器件放能，继续向后级传输能量。

对Buck电路而言，在给定频率和限制最大输入电流条件下，占空比越大向后传递的能量越多；在给定频率和限制最大占空比条件下，输入电流越大向后传递的能量越多；同理在给定的占空比和限制最大输入电流条件下，频率越高向后传递的能量越多。因为CCM工作状态已经被分析得很透了，在此分析一下电路工作在DCM状态。上图：

由能量公式可以很容易的看出，能量-压差（电流）-占空比-频率-电感量之间的关系，理论上压差越大能提供的能量越大，这跟水库的原理是相通的，水库大多建在比较高的地方。不过由于压差过大对于PWM的控制不利，极小的占空比变化都会引起输出能量的大幅摆动，所以只有提高开关频率来减小单周期占空比的变化量来保证控制精度。如果能处理好各种细节的话，增大输入输出压差，提高频率将可以获得巨大的功率密度提升。

占空比公式显示出在DCM模式下，D随输出功率Pout增大而增大，和CCM模式下的D=Vo/Vin保持不变是不同的。

接下来是Boost。

还是DCM工作状态：

继续啊

支持，狂顶！

同样，在DCM工作方式下，占空比D随输出功率增加而增加。

喜欢这样的笔记，楼主的功底非一般啊。

  
随后作者论证了磁性材料激磁和放磁的过程，并指出若设计的误差放大器只支持DCM工作模式的电源一旦进入CCM模式将会有低频震荡甚至电感饱和的风险。

其实从严格意义上讲，这个推导过程并不严谨，法拉第电磁感应定律描述的是磁生电的过程，也就是说因为有磁感应强度B才有电动势E，而B是由电流i产生的，所以B的改变只和i的改变直接相关。如果涉及到磁性材料B值的计算或验算，最好从电流i入手分析，这样不容易出错，伏秒积只是在一个完整周期内才是平衡的，对于某些瞬态是不确定的。

这是书上的推导过程，没有区分DCM或CCM，只是设定Ton+Tr=kT，0

将半导体视为理想器件并忽略其压降，有

发现高数玩不转了，总之就是一堆很复杂又没太大实际意义的东西，最后得到输出电压不可能高到离谱的地步，根据其他书籍的推算输出电压最高不能大于输入电压的4.7倍。

Buck-Boost实际上也是Flyback的不隔离形式，其输出电压为负压。

这个电路是Buck和Boost电路的接合，开关管开通电路工作方式和Boost相同，而当开关管关断时其工作方式和Buck相同。虽然在电路上没有实现初次级绝缘，但在能量传递的方式上是“隔离”传递的。Buck电路在开关管开通的部分时间内，输入对输出直接放能；Boost电路在开关管关断期间，输入向输出持续放能；而Buck-Boost电路在开关管导通时，输入仅对电感激磁；在开关管关断时，电感去磁向输出放能。 因此Buck-Boost电路的输入电压扰动不能直接耦合到输出，对于高频（接近或高于开关频率）干扰有很好的抑制效果；同样Buck-Boost也具有Flyback同样的问题：右半平面零点（物理意义我清楚，但如何对应到复平面上没弄明白啊），即输出所需能量增加，于是开通时间增加（关断时间减少），但是关断时间才向输出放能，如果放能速度加快也能很快达到新的平衡；不过当开通时间到达某种程度后，放能速度不能再大幅提升，几个开关周期（一个反馈周期）后输出能量依然不足，于是开通时间进一步增加。此时有两种可能：1、几个反馈周期后，输出能量过高又将开通时间调小产生低频震荡（有电流反馈）；2、若干反馈周期后，输出能量仍然无法满足负载需求，开通时间持续增加，电感饱和，然后。。。（无电流反馈）

书上的公式：

这本书所有的公式推导都是根据能量守恒定律来的，很符合我的胃口。当年我师傅经常说，电源和通信最根本的区别就在于一个传递能量另一个传递信息，某些局部电路是可以通用的。电源最核心的功能就是传递能量和调整电压，虽然反馈过程中也需要传递信息；通信最核心的功能是传递信息，虽然携带信息必须有能量，编解码过程也有电平转换。

选择拓扑第一考虑的就是能量传递方式，至于电压变换，很多不同拓扑都可以得到同样的效果，确定能量传递方式后再根据成本，体积，可靠性等多个方面进行最后筛选。

楼主的学习态度非常不错啊！

仔细看到第六贴这里，有两个问题想请教下楼主!

1.Pout表达式为什么有个1/2?

我理解这里1/2应该是没有的！

2.i2你这么写出的表达式意义是什么？

我理解的i2就是你所写的表达式的后半部分。不知为什么你要用前面开通电流减关断电流？其实就的MOS开通的功率P1与MOS关断时功率P2的之和！其实最终的表达式Pin=Ui*Io

来晚了！支持！

１、错了。。。改正

２、为了将i2带入功率表达式积分，我是写出的从Ton到Tr之间电流瞬时值的表达式

 晕，你改了 我也得改了。

继续DCM模式的公式推导，书上的公式都是通过状态分析得到的，没有进行瞬态分析，上图：

PWM的核心就是脉宽调制，这也是起调节输出能量的唯一方式，所谓CCM工作模式下的Buck电路D不变仅仅是因为在一段时间内D保持开关频率（有电流前馈）或反馈频率（仅有电压反馈或电流反馈）的增大或减小，其平均值保持不变，如果D出现了低频周期性变化，就是所谓的低频震荡了。

第一章，开关电源的起源和非隔离的典型拓扑就已经介绍完了，但是基于安全的考虑，除了安全的直流供电之外，这些非隔离拓扑只能作为一个完整系统的部件存在，对于交流市电输入用户可接触输出的电源，我们必须使用电隔离措施。电隔离的基本拓扑包括PUSH-PULL、FORWORD、HALF-BRIDGE、FULL-BRIDGE、FLYBACK。首先是PUSH-PULL：

DCM工作方式下的电感电流波形及能量公式：

对比Push-Pull和Buck-Boost的能量公式不难发现，Push-Pull相当于让Buck-Boost磁芯工作在双向励磁状态，所以Push-Pull拓扑一旦进入CCM工作模式后，其占空比也仅于输入输出电压比和匝比有关而和负载无关。

同时这里解释了伏/匝的物理意义，其表征的是磁通变化率

所以，如果忽略变压器损耗的话，其一次侧伏/匝必须等于二次侧伏/匝。这里就牵扯到多绕组输出的问题了，如果电路工作在DCM状态，输出负载的变化将直接导致占空比发生改变，那么多组输出时无反馈的输出电压将会随主输出负载的增加而增加。