前言 17
本书使用的单位、符号和缩词 22
非隔离降压型开关电源的知识图谱 25
第1章 概述 27
1.1 开关电源中常见的术语有哪些？ 27
1.2 开关电源的基本拓扑是哪三种？为什么只有三种？ 30
1.3 什么是开关电源控制器和开关电源转换器？ 32
1.4 什么是隔离开关电源和非隔离开关电源？ 33
1.8 什么是负载点（POL, Point-Of-Load）电源？ 33
1.5 开关电源的类型总结 34
1.6 什么是尺度平移方法？ 36
1.6.1 小尺度与大尺度 36
1.6.2 尺度平移方法 37
1.6.3 动能公式、电能公式和磁能公式 38
1.7 温故知新之电感和电容的基础知识 40
1.7.1 理解开关电源中的储能电容和功率电感？ 40
1.7.2 储能电容 40
1.7.2.1 电容？电容器？电容量？ 41
1.7.2.2 电容元件的伏安关系 41
1.7.2.x 温度特性 42
1.7.2.x 直流偏压特性 43
1.7.2.x 什么是等效串联电阻（Equivalent Series Resistance, ESR）？ 43
1.7.2.x 什么是等效串联电感（Equivalent Series Inductance, ESL）？ 43
1.7.3 功率电感 44
1.7.3.1 什么是电感？ 44
1.7.3.2 电感元件的伏安关系 45
1.7.3.2 电感的铁芯材料有哪些？铁芯形状有哪些？封装结构有哪些？ 45
1.7.3.3 什么是电感磁饱和？ 48
1.7.3.4 什么是温升电流、RMS电流、饱和电流、额定电流？ 50
1.7.3.5 什么是直流电阻（DC Resistance, DCR）？ 53
1.7.3.6 什么是交流电阻（AC Resistance, ACR）？ 53
1.7.3.7 什么是自谐振频率（Self-Resonant Frequency, SRF）？ 53
1.7.3.8 功率电感有耐压值这个参数？ 55
1.7.3.9 功率电感的损耗 55
1.7.3.10 功率电感的选型 55
1.7.3.11 功率电感元件示例 55
第2章 降压电路的工作原理 59
2.1 降压电路的工作原理 59
2.1.1 为什么需要降压拓扑？ 59
2.1.1.1 在降压电路被发明应用之前，将较高电压转换为较低电压用什么方法？ 59
2.1.1.2 为什么需要BUCK降压电路？或者说，降压电路被发明是要解决什么问题？ 61
2.1.2 工作原理简述 69
2.2 什么是非同步（异步）整流和同步整流？ 72
2.2.1 非同步降压控制器 73
2.2.1.1 高边开关使用P-MOSFET的非同步降压控制器 73
2.2.1.2 高边开关使用N-MOSFET的非同步降压控制器 75
2.2.1 同步降压控制器 76
2.2.1.1 高边开关使用P-MOSFET的同步降压控制器 76
2.2.1.2 高边开关使用N-MOSFET的同步降压控制器 77
2.2.3 非同步降压转换器 78
2.2.3.1 高边开关使用三极管的非同步降压转换器 78
2.2.3.2 高边开关使用P-MOSFET 的非同步降压转换器 80
2.2.3.3 高边开关使用N-MOSFET 的非同步降压转换器 82
2.2.4 同步降压转换器 83
2.2.4.1 高边开关使用P-MOSFET 的同步降压转换器 83
2.2.4.2 高边开关使用N-MOSFET 的同步降压转换器 85
2.2.4.3 低边开关使用N-MOSFET 的同步降压转换器 86
2.3 降压电路的导通模式有哪些？ 87
2.3.1 连续导通模式 CCM 89
2.3.3 临界导通模式 BCM 90
2.3.4 断续导通模式 DCM 90
2.3.2 强迫连续模式 Forced Continuous Conduction Mode, FCCM 92
2.4 降压电路的工作模式有哪些？ 93
2.4.1 脉冲宽度调制 PWM, Pulse Width Modulation 93
2.4.2 脉冲频率调制 PFM, Pulse Frequency Modulation 94
2.4.3 脉冲跨周期调制 PSM, Pulse Skipping Mode 95
2.4.3 突发模式 Burst Mode 96
2.4.4 二极管模拟模式 DEM, Diode Emulation Mode 96
2.4.5 自动模式 Auto Mode 97
2.5 降压电路的控制模式有哪些？ 97
2.5.1 电压模式控制 Voltage-Mode Control(VMC) 97
2.5.2 电流模式控制 Current-Mode Control(CMC) 99
2.5.3 迟滞控制 Hysteretic Control 104
2.5.4 恒定导通时间控制 Constant On-Time Control 106
2.5.4.1 COT控制的基本原理 106
2.5.4.2 电压模式-恒定导通时间（VM-COT）控制 106
2.5.4.3 电流模式-恒定导通时间（CM-COT）控制 108
2.5.4.4 模拟纹波模式-恒定导通时间（ERM-COT）控制架构 108
2.5.4.5 改进型恒定导通时间控制 Advanced-COT Control 109
2.5.4.6 纹波注入电路（Ripple Injection Circuit） 109
2.5.5 自适应导通时间控制 Adaptive On-Time Control 110
2.5.7 无缝转换的直接控制 DCS-Control 111
2.6 开关电源的电流检测技术有哪些？ 112
2.6.1 精密电阻检流 113
2.6.1.1 精密电阻检流的原理？ 113
2.6.1.2 检流电阻该放置在哪里？ 114
2.6.2 功率电感的直流电阻（DCR）检流 116
2.6.2.1 功率电感DCR检流的原理？ 117
2.6.2.2 如何设置DCR检流电路的限流阈值？ 119
2.6.2.3 如何优化DCR检流电路的噪声抑制能力？ 121
2.6.2.4 如何提升DCR检流电路的一致性？ 121
2.6.2.5 为何需要DCR检流温度补偿网络？ 122
2.6.2.6 DCR检流电路应用实例 122
2.6.3 MOSFET RDS(ON)检流 124
2.6.4 检流电路应用实例 125
2.7 开关电源的开关管驱动技术有哪些？ 125
第3章 降压电路的参数解析 127
3.1 基本概念 128
3.1.1 什么是平均值和有效值？ 128
3.1.2 什么是对偶原理？ 130
3.1.3 降压电路拓扑中，最重要的两个元件是什么？ 130
3.1.4 什么是电感伏秒平衡？ 130
3.1.5 降压电路感值计算公式的推导 135
问题 3.1：电感取值计算公式中的输入电压为何要使用最大值VINmax？ 137
3.1.6 什么是电容安秒平衡或电荷平衡？ 138
3.1.7 降压电路的直流增益和直流传递函数 138
3.1.7.1 CCM模式的直流增益和直流传递函数 139
3.1.7.2 DCM模式的直流增益和直流传递函数 141
3.1.7.3 CCM模式与DCM模式的“关键条件”是什么？ 150
3.1.7.4 BUCK电路工作在CCM模式的条件是什么？ 154
3.1.7.5 轻载条件下，CCM与DCM的差异有哪些？ 155
3.1.8 降压电路的占空比 157
3.1.8.1 CCM模式下的占空比 158
3.1.8.2 DCM模式下的占空比 161
问题 3.2：占空比与输入电压或输出电压的正比或反比关系？ 161
问题 3.3：占空比与输入电压、负载电流的变化关系？ 161
问题 3.4：降压电路的占空比最小值和最大值的限制因素是什么？ 162
问题 3.5：降压电路的占空比是否可以等于100%？ 164
问题 3.6：占空比D与CCM、DCM模式的关系？ 164
3.1.9 降压电路的开关频率 165
3.1.9.1 开关周期 165
3.1.9.2 开关频率 166
问题 3.7：开关频率大小的限制因素是什么？ 167
3.1.10 什么是死区时间 Dead Time？ 170
3.2 降压电路中的电压参数 171
3.2.1 什么是纹波和噪声？ 172
3.2.2 降压电路中有哪些电压参数？ 173
问题 3.8：降压电路输出电压最小值和最大值的限制因素是什么？ 178
问题 3.9：非同步降压电路输出电压最小值和最大值精确的计算公式？ 179
问题 3.10：同步降压电路输出电压最小值和最大值精确的计算公式？ 180
问题 3.11：降压电路输入电压最小值和最大值的限制因素是什么？ 181
问题 3.12：非同步降压电路输入电压最小值和最大值精确的计算公式？ 182
问题 3.13：同步降压电路输入电压最小值和最大值精确的计算公式？ 183
问题 3.14：降压电路的最恶劣工况是什么？ 185
3.2.3 降压电路的输入纹波电压 185
3.2.3.1 输入纹波电压有哪些组成部分？ 185
3.2.3.2 输入电容ESL纹波电压 186
3.2.3.3 输入电容ESR纹波电压 188
问题 3.15：ΔI*ESR、Iout*ESR、(Iout+ΔI/2)*ESR、(1-D)*Iout*ESR和D*Iout*ESR，输入电容ESR纹波电压分量的这些表达式们，哪个才是正确的？ 188
3.2.3.4 输入电容CIN纹波电压 192
3.2.3.5 输入纹波电压 194
3.2.3.6 输入纹波电压的最大值是多少？ 195
3.2.3.7 如何降低输入纹波电压？ 196
3.2.4 降压电路的输出纹波电压 197
3.2.4.1 输出纹波电压有哪些组成部分？ 197
3.2.4.2 输出电容ESL纹波电压 199
3.2.4.3 输出电容ESR纹波电压 199
3.2.4.4 输出电容COUT纹波电压 199
问题 3.16：如何推导输出电容COUT纹波电压分量的表达式？——也谈数学之美 200
3.2.4.5 输出纹波电压 204
问题 3.17：如何推导DCM模式下输出纹波电压表达式？ 206
3.2.4.6 输出纹波电压的最大值是多少？ 208
3.2.4.7 如何降低输出纹波电压？ 208
3.2.4.8 为何需要降低输出纹波电压？ 209
3.2.5 降压电路的开关节点电压 210
3.2.5.1 什么是开关节点？ 210
3.2.5.1 如何减小开关节点的振铃？ 211
3.2.6 降压电路的电压应力总结 211
3.3 降压电路中的电流参数 212
3.3.1 开关电源有哪些电流参数？ 216
3.3.1.1 瞬时电流 217
3.3.1.8 纹波电流或峰峰值电流 218
3.3.1.2 交流电流 218
3.3.1.3 直流电流 218
3.3.1.4 平均电流 219
3.3.1.5 有效电流/均方根电流 219
3.3.1.6 峰值电流和谷值电流 219
3.3.1.7 谷值电流 220
3.3.1.9 什么是静态电流和关断电流？ 220
3.3.2 电流纹波系数 221
3.3.2.1 电流纹波系数的定义 221
3.3.2.2 电流纹波系数 r 与感值 L 的关系？ 221
3.3.2.3 电流纹波系数 r 在BUCK电路正常工作中是恒定的还是变化的？ 223
3.3.2.4 纹波电流 ΔIL 在BUCK电路正常工作中是恒定的还是变化的？ 225
3.3.2.5 电流纹波系数 r 需要在 [0, 2] 之间取值，为什么？ 226
3.3.2.6 电流纹波系数 r 在 [0, 2] 区间取值是否有最优值呢？ 227
3.3.2.7 电流纹波系数 r 该选择0.2、0.3还是0.4，为什么呢？ 229
3.3.2.3 电流纹波系数 r 与 CCM、BCM 和 DCM 三种模式的关系？ 230
3.3.2.4 电流纹波系数 r 在 0 < r < 2 之间取值是否有最优值？ 230
3.3.3 电感的纹波电流 232
3.3.3.1 纹波电流理论值 232
3.3.3.2 纹波电流实际值 233
问题 3.18：纹波电流∆IL与占空比D的关系？ 235
3.3.3.3 纹波电流瞬时值 236
3.3.4 电感的瞬时电流 237
3.3.5 电感的平均电流 238
3.3.6 电感的有效电流 241
问题 3.19：电感电流有效值计算公式(3.240)是如何推导来的？ 245
3.3.7 电感的峰值电流和谷值电流 247
3.3.8 高边开关管的瞬时电流、平均电流和有效电流 248
3.3.8.1 高边开关管上的瞬时电流 248
3.3.8.2 高边开关管上的平均电流 248
3.3.8.3 高边开关管上的有效电流 251
3.3.9 低边开关管或续流二极管的瞬时电流、平均电流和有效电流 252
3.3.9.1 低边开关管或续流二极管上的瞬时电流 252
3.3.9.2 低边开关管或续流二极管上的平均电流 252
3.3.9.3 低边开关管或续流二极管上的有效电流 253
3.3.10 输入电容的瞬时电流、平均电流和有效电流 254
3.3.10.1 输入电容的瞬时电流 255
3.3.10.2 输入电容的平均电流 257
3.3.10.3 输入电容的有效电流 259
问题 3.20：输入电容均方根电流的最大值是多少？该最大值的指导意义是什么？ 263
3.3.11 输出电容的瞬时电流、平均电流和有效电流 265
3.3.11.1 输出电容的瞬时电流 265
3.3.11.2 输出电容的平均电流 265
3.3.11.3 输出电容的有效电流 267
3.3.12 输入端和输出端的平均电流 269
问题 3.21：理论上输入电流的最小值是多少？ 270
3.3.13 降压电路的电流应力总结 270
3.4 降压电路的功率、损耗和效率 273
3.4.1 输入功率、输出功率、损耗功率和效率 273
3.4.2 电感上的功率损耗 275
3.4.2.1 直流电阻损耗（DC Resistance Loss） 275
3.4.2.2 交流电阻损耗（AC Resistance Loss） 276
3.4.3 开关管上的功率损耗 277
3.4.3.1 导通损耗（Conduction Loss） 278
3.4.3.2 截止损耗（Cut-off Loss） 288
3.4.3.3 开关损耗（Switching Loss） 289
3.4.3.4 死区时间损耗（Dead Time Loss） 299
3.4.3.5 体二极管反向恢复损耗（Reverse Recovery Loss） 301
3.4.3.6 输出电容损耗（Output Capacitance Loss in the MOSFET） 303
3.4.3.7 栅极驱动损耗（Gate Charge Loss） 303
3.4.4 续流二极管上的功率损耗 312
3.4.4.1 续流二极管正向导通功率损耗 312
3.4.4.2 续流二极管反向恢复功率损耗 313
3.4.5 输入电容上的功率损耗（Input Capacitor Loss due to ESR） 314
3.4.6 输出电容上的功率损耗（Output Capacitor Loss due to ESR） 315
3.4.7 器件工作损耗（IC Operation Loss） 315
3.4.8 非同步与同步降压电路的功率损耗计算案例 315
3.4.9 小结 319
问题 3.22：如何从元器件的角度提升BUCK电路的转换效率？ 319
第4章 动态响应与频率补偿 320
4.1 如何理解动态响应？ 320
4.2 为何需要控制环路？ 320
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