◆圖書簡介◆

本書共分九章，系統(tǒng)闡述了開關(guān)電源的控制環(huán)路設(shè)計和穩(wěn)定性分析。第1～3章介紹了環(huán)路控制的基礎(chǔ)知識，包括傳遞函數(shù)、零極點、穩(wěn)定性判據(jù)、穿越頻率、相位裕度、增益裕度以及動態(tài)性能等；第4章介紹了多種補償環(huán)節(jié)的設(shè)計方法；第5～7章分別介紹了基于運放、跨導型運放以及TL431的補償電路設(shè)計方法，將理論知識與實際應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)；第8章介紹了基于分流調(diào)節(jié)器的補償器設(shè)計；第9章介紹了傳遞函數(shù)、補償環(huán)節(jié)與控制環(huán)路伯德圖的測試原理和方法。本書將電源環(huán)路控制的知識點進行了系統(tǒng)的匯總和歸納，實用性強，是一本非常的電源控制環(huán)路設(shè)計的著作。

本書適合電源工程師、初步具備電力電子技術(shù)或者開關(guān)電源基礎(chǔ)的讀者，可以較為系統(tǒng)地了解開關(guān)電源控制環(huán)路設(shè)計的理論知識、分析方法、工程實踐設(shè)計以及測試分析等，在工程實踐的基礎(chǔ)上，大大提高理論分析水平和設(shè)計能力。本書也可作為電力電子與電力傳動相關(guān)學科研究生的教學參考用書。

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目錄
譯者序
原書序
前言
致謝
本書所用的變量和縮略語
本書運算中的數(shù)字和前綴
第1章環(huán)路控制基礎(chǔ)
11開環(huán)系統(tǒng)
111擾動
12控制的必要性——閉環(huán)系統(tǒng)
13時間常數(shù)的概念
131時間常數(shù)的應(yīng)用
132比例環(huán)節(jié)
133微分環(huán)節(jié)
134積分環(huán)節(jié)
135比例積分微分環(huán)節(jié)
14反饋控制系統(tǒng)的性能
141暫態(tài)或穩(wěn)態(tài)
142階躍信號
143正弦信號
144伯德圖
15傳遞函數(shù)

151拉普拉斯變換
152激勵和響應(yīng)信號
153一個簡單的范例
154組合傳遞函數(shù)的伯德圖
16總結(jié)
精選參考書目
第2章傳遞函數(shù)
21傳遞函數(shù)的表示
211正確書寫傳遞函數(shù)
2120dB穿越極點
22根的求解
221觀察法找極點和零點
222極點、零點和時間常數(shù)
23動態(tài)響應(yīng)和根
231根的變化
24s平面和動態(tài)響應(yīng)
241復平面上的根軌跡
25右半平面的零點
251一個兩步轉(zhuǎn)換過程
252電感電流斜率的限制
253使用平均模型來顯示RHP零點效應(yīng)
254Boost變換器的右半平面零點
26結(jié)論
參考文獻
附錄2A確定橋式輸入阻抗
附錄2B使用Mathcad繪制埃文斯軌跡
附錄2C亥維賽展開公式
附錄2D使用SPICE畫出右半平面零點
第3章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)
31建立一個振蕩器
311工作原理
32穩(wěn)定性判據(jù)
321增益裕度和條件穩(wěn)定
322最小和非最小相位系統(tǒng)
323奈奎斯特圖
324從奈奎斯特圖中提取基本信息
325模值裕度
33動態(tài)（暫態(tài)）響應(yīng)、品質(zhì)因數(shù)和相位裕度
331二階RLC電路
332二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)
333相位裕度和品質(zhì)因數(shù)
334開環(huán)系統(tǒng)相位裕度測量
335開關(guān)變換器的相位裕度
336變換器的控制延時

337拉普拉斯域中的延時
338延時裕度與相位裕度
34選取穿越頻率
341簡化的Buck電路
342閉環(huán)下的輸出阻抗
343穿越頻率處的閉環(huán)輸出阻抗
344縮放參考值以獲得所需要的輸出
345進一步提高穿越頻率
35總結(jié)
參考文獻
第4章補償
41PID 補償
411拉普拉斯域的PID表達式
412PID補償器的實際實現(xiàn)
413PI補償器的實際實現(xiàn)
414PID在Buck變換器中的應(yīng)用
415具有PID補償?shù)腂uck變換器瞬態(tài)響應(yīng)
416設(shè)定值固定：調(diào)節(jié)器
417具有諧振峰的輸出阻抗響應(yīng)曲線
42基于零極點配置補償變換器
421簡易參數(shù)設(shè)計步驟
422被控對象傳遞函數(shù)
423積分環(huán)節(jié)消除靜態(tài)誤差
424積分調(diào)節(jié)器：1型補償器
425穿越頻率處相位補償
426配置極點和零點進行相位補償
427用一對零/極點實現(xiàn)90°相位提升
428用一對零/極點調(diào)整中頻段增益：2型補償器
4292型補償器的設(shè)計實例
4210使用雙重零/極點對實現(xiàn)180°的相位提升
4211使用雙重零/極點調(diào)整中頻段增益：3型補償器
42123型補償器的設(shè)計實例
4213選擇合適的補償器類型
4214用于Buck變換器的3型補償器
43輸出阻抗整形
431使輸出阻抗呈阻性
44結(jié)論
參考文獻
附錄4A利用快速分析技術(shù)得到Buck變換器的輸出阻抗
附錄4B根據(jù)伯德圖的群延時計算品質(zhì)因數(shù)
附錄4C利用仿真或者數(shù)學求解器來獲得相位
附錄4D開環(huán)增益和原點處極點對基于運算放大器的傳遞函數(shù)的影響
附錄4E補償器結(jié)構(gòu)小結(jié)
第5章基于運算放大器的補償器

511型補償器（原點極點補償）
511設(shè)計實例
522型補償器：一個原點處極點，以及一個零極點對
521設(shè)計實例
532a型補償器：原點處極點和一個零點
531設(shè)計實例
542b型補償器：靜態(tài)增益和一個極點
541設(shè)計實例
552型補償器：基于光電耦合器隔離的結(jié)構(gòu)形式
551光電耦合器與運算放大器直接連接，光電耦合器采用共發(fā)射極接法
552設(shè)計實例
553光電耦合器與運算放大器直接連接，光電耦合器采用共集電極接法
554光電耦合器與運算放大器直接連接，共發(fā)射極接法和UC384X連接
555光電耦合器與運算放大器采用有快速通道的下拉接法
556設(shè)計實例
557光電耦合器與運算放大器采用有快速通道的下拉接法，共發(fā)射極接法
和UC384X
558光電耦合器與運算放大器采用無快速通道的下拉接法
559設(shè)計實例
5510光電耦合器與運算放大器在CCCV雙環(huán)控制中的應(yīng)用
5511設(shè)計實例
562型補償器：極點和零點重合，簡化成隔離型1型補償器
561設(shè)計實例
572型補償器：略有不同的結(jié)構(gòu)形式
583型補償器：原點處極點和兩個零/極點對
581設(shè)計實例
593型補償器：基于光電耦合器隔離的結(jié)構(gòu)形式
591光電耦合器與運算放大器直接連接，光電耦合器采用共集電極接法
592設(shè)計實例
593光電耦合器與運算直接連接，光電耦合器采用共發(fā)射極接法
594光電耦合器與運算放大器直接連接，共發(fā)射極接法和UC384X連接
595光電耦合器與運算放大器采用有快速通道的下拉接法
596設(shè)計實例
597光電耦合器與運算放大器采用無快速通道的下拉接法
598設(shè)計實例
510結(jié)論
參考文獻
附錄5A圖片匯總
附錄5B使用k因子自動計算元件參數(shù)
附錄5C光電耦合器
第6章基于跨導型運算放大器的補償器
611型補償器：原點處極點
611設(shè)計實例
622型補償器：原點處極點與一個零極點對

621設(shè)計實例
63光電耦合器與OTA：一種緩沖的連接方式
631設(shè)計實例
643型補償器：原點處極點與兩個零極點對
641設(shè)計實例
65結(jié)論
附錄6A圖片匯總
第7章基于TL431的補償器
71集成內(nèi)部基準的TL431工作原理
711參考電壓
712偏置電流
72TL431的偏置對增益的影響
73另一種TL431的偏置方式
74TL431的偏置：取值限制
75快速通道
76禁用快速通道
771型補償：一個原點處極點，共發(fā)射極連接
771設(shè)計實例
781型補償：共集電極配置
792型補償：一個原點處的極點以及一個零/極點對
791設(shè)計實例
7102型補償器：共發(fā)射極結(jié)構(gòu)與UC384X配合
7112型補償器：共集電極結(jié)構(gòu)與UC384X配合
7122型補償器：禁用快速通道
7121設(shè)計實例
7133型補償器：原點處極點和兩個零/極點對
7131設(shè)計實例
7143型補償器：原點處極點和兩個零/極點對，無快速通道
7141設(shè)計實例
715交流小信號響應(yīng)的測試
716基于穩(wěn)壓管的隔離型補償器
7161設(shè)計實例
717基于穩(wěn)壓管的非隔離型補償器
718基于穩(wěn)壓管的非隔離型補償器：低成本實現(xiàn)方法
719總結(jié)
參考文獻
附錄7A圖片匯總
附錄7B第二級LC濾波器
第8章基于分流調(diào)節(jié)器的補償器
812型補償：一個原點處極點加一個零/極點對
811設(shè)計實例
823型補償：一個原點處極點加兩個零/極點對
821設(shè)計實例
833型補償：一個原點處極點加兩個零點/極點對——無快速通道

831設(shè)計實例
84基于穩(wěn)壓管的隔離型補償器
841設(shè)計實例
85結(jié)論
參考文獻
附錄8A圖片匯總
第9章系統(tǒng)測量與設(shè)計實例
91測量控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
911有偏置點損耗的開環(huán)方法
912無偏置點損耗的功率級傳遞函數(shù)
913系統(tǒng)僅在交流輸入下處于開環(huán)狀態(tài)
914注入點處的電壓變化
915注入點處的阻抗
916緩沖
92設(shè)計實例1：正激直流直流變換器
921參數(shù)變遷
922電氣原理圖
923提取功率電路傳遞函數(shù)的交流響應(yīng)
924變換器的補償器設(shè)計
93設(shè)計實例2：線性穩(wěn)壓器
931獲取功率電路的傳遞函數(shù)
932穿越頻率的選擇和補償器的設(shè)計
933瞬態(tài)響應(yīng)測量
94設(shè)計實例3：CCM電壓模式升壓變換器
941功率電路傳遞函數(shù)
942變換器的補償器設(shè)計
943繪制環(huán)路增益的伯德圖
95設(shè)計實例4：原邊調(diào)節(jié)的反激式變換器
951傳遞函數(shù)推導
952驗證等式
953穩(wěn)定變換器
96設(shè)計實例5：輸入濾波器補償
961負增量阻抗（負輸入阻抗）
962建立振蕩器
963振蕩抑制
97結(jié)論
參考文

前言：

譯者序
隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代電源已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，包括電力系統(tǒng)、新能源、電氣化交通、消費電子等，并且隨著技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用面還在持續(xù)拓展。

電力電子變換器的種類很多，其中直流變換器是最基本、也是應(yīng)用最為廣泛的一種變換器，在所有需要用到直流供電的設(shè)備中，都有它的應(yīng)用。直流變換器有很多種拓撲結(jié)構(gòu)和控制方式，其性能與拓撲及控制密切相關(guān)，兩者不可分割。直流變換器的性能包括一系列的靜態(tài)和動態(tài)指標，如變換效率、功率密度、輸入調(diào)整率、負載調(diào)整率、輸出精度、瞬態(tài)響應(yīng)時間等。這些性能不僅與拓撲的選擇和設(shè)計相關(guān)，也與控制環(huán)路的設(shè)計相關(guān)，拓撲和控制如同汽車的左、右輪，兩者同等重要。相同的拓撲在不同的控制方式下，其性能也會有較大差異。

相對拓撲的選擇和設(shè)計，控制環(huán)路的設(shè)計對電源工程師或者初學者而言，顯得更為復雜。它不僅涉及電路方面的知識，也包括數(shù)學建模、控制理論、數(shù)字信號處理等多個學科知識的綜合，特別是如何將理論知識應(yīng)用到工程實踐中。在很多場合，控制環(huán)路設(shè)計主要依靠工程師的經(jīng)驗，很難實現(xiàn)性能的優(yōu)化。因此，十分有必要結(jié)合工程實踐，對控制環(huán)路的設(shè)計和分析方法進行推廣和普及。

Christophe Basso 先生撰寫的這本關(guān)于直流變換器控制環(huán)路設(shè)計的著作，涵蓋了控制環(huán)路設(shè)計和穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)知識，將很多分散的知識進行了有機的梳理和總結(jié)，同時也包括了很多的工程實踐設(shè)計實例，實用性和實踐性非常強，很好地建立了控制理論與功率變換器設(shè)計之間的聯(lián)系，是一本非常優(yōu)秀的電源控制環(huán)路設(shè)計的著作。

本書比較適合已經(jīng)具備電力電子技術(shù)和開關(guān)電源技術(shù)基礎(chǔ)的讀者，可用作提升控制環(huán)路設(shè)計和分析知識的參考書，也可作為電力電子相關(guān)學科研究生的教學參考用書。

原書序

在他的上一本書《開關(guān)電源：SPICE仿真與實用設(shè)計》中，ChristopheBasso通過實際電路設(shè)計對變換器拓撲和PFC電路進行了眾多有價值且詳細的解釋。雖然那本書中也很好地解釋和使用了建模和反饋控制，但是著重點在SPICE仿真方面。

在本書中，Christophe深入研究并分析了用于功率變換器的特定控制電路。他詳細分析了不同控制器下變換器的性能，如動態(tài)負載響應(yīng)、輸入抑制的穩(wěn)定性等，包括用于教學目的的非常規(guī)變換器以強調(diào)反饋控制方法的一些微妙方面。他推導了許多分析結(jié)果可用來設(shè)計一種能夠?qū)崿F(xiàn)特定性能目標或滿足穩(wěn)定性標準的補償器。

在這本書中，除了嚴謹?shù)目刂评碚摲矫?，我很高興地看到變換器電路的分析是基于快速分析電路技術(shù)進行的，答案為低熵形式，非常符合RDMiddlebrook博士的思想。如果設(shè)計與分析相反，Middlebrook會說，那么唯一值得做的分析是面向設(shè)計的分析，它產(chǎn)生低熵表達式。Christophe很好地貫徹了這一思想。

功率變換器設(shè)計中的模擬電子部分的關(guān)注度正在不斷下降和消失?？刂评碚摰臅缺冉允牵M電子教科書越來越少并且越來越像烹飪書。對于想要在電力電子領(lǐng)域工作的電氣工程專業(yè)的新畢業(yè)生來說，入門所必備的知識是分散的，而且很難統(tǒng)一。雖然也有很好的資源可以針對工程師提供為期一周的課程，但是這些資源需要具備電源變換器相關(guān)的知識和工作經(jīng)驗。在我看來，本書很好地填補了控制理論與功率變換器設(shè)計之間的空白。另外，從我有限的經(jīng)驗來看，除了設(shè)計電源變換器之外我有時也需要解決一些控制問題，這樣一本書是非常必要的。我也看到控制系統(tǒng)，或者說控制方案，對于穩(wěn)定平臺或調(diào)節(jié)激光器的溫度而言過于復雜且沒有必要。如果設(shè)計人員能首先理解執(zhí)行機構(gòu)的等效電路模型，那么其性能（通常是微不足道的）就可以通過設(shè)計一個簡單得多的反饋控制電路而大大提高。Christophe在揭示建模和嚴格補償變換器電路的概念方面做得非常出色。所有電力電子工程師每隔一段時間就可能需要解決非電源變換器設(shè)備的控制問題，故我向他們推薦這本書。

Vatché Vorpérian
美國國家航空航天局噴氣推進實驗室

作者序：

前言

當我在2009年1月開始寫這本書時，我本打算寫一本專門介紹補償器結(jié)構(gòu)的快速手冊。因為我意識到大多數(shù)文獻都涉及了用運算放大器實現(xiàn)補償器的示例，而這是我在20世紀80年代上大學時學到的如何穩(wěn)定環(huán)路的方式。后來，作為一名工程師，我想把我的知識應(yīng)用于基于TL431或跨導型運算放大耦合光電耦合器的電路，因為我所學的知識和我正在研究的實際電路之間缺乏關(guān)聯(lián)。

關(guān)于補償器結(jié)構(gòu)的文獻不多，所以我只能選擇解析分析方法，還是通過試錯來調(diào)整電路。顯然，第二種方法是錯誤的，但是當時間壓力變得難以忍受時，我明白工程師對于他們正在進行的設(shè)計別無選擇。我覺得技術(shù)文獻中有一處需要填補的空白，來展示補償理論如何應(yīng)用于不基于運算放大器的電子電路。在這個過程中，我寫了第5～8章。然后我決定寫一些關(guān)于環(huán)路控制的理論，這可以更新部分工程師對這個方面的認知。在我寫第1章時，我發(fā)現(xiàn)我在這個問題上知道的大部分理論都不是我在學校所學到的，事實上，當我從法國蒙彼利埃大學畢業(yè)并試圖將這些新知識應(yīng)用到一個項目時，我失敗了：我無法將我所知曉的知識和我被要求去做的事情聯(lián)系起來。當我的老師談及PID系數(shù)時，我就不得不放置零極點。

我希望當你需要穩(wěn)定一個功率變換器時，你會想要這本書作為你的伴侶。為此，我試圖平衡有用的理論以及讓它在實際項目中發(fā)揮作用的必要性——要成為一名優(yōu)秀的工程師，你不需要了解環(huán)路控制領(lǐng)域的所有知識。在我寫的9章中，第1章從這個主題的概括性開始，如果你是初學者，你一定要讀它。第2章介紹傳遞函數(shù)及其正確書寫的形式?？焖俜治黾夹g(shù)貫穿于本章，我鼓勵你深入研究這個主題。第3章是本書的一個重要部分，因為它詳細描述了建立穩(wěn)固控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性標準?；氐轿掖髮W的時候，我被告知要保持相位裕度至少45°，就是這樣，沒有進一步地解釋這個數(shù)字的起源。這里沒有什么新東西，但是我已經(jīng)推導了這些方程，這樣你就可以把相位裕度數(shù)和預期的閉環(huán)瞬態(tài)性能聯(lián)系起來。這同樣適用于你不需要再去隨便選擇穿越頻率。第4章解釋了補償?shù)幕A(chǔ)，從PID塊開始，擴展到你將處理的內(nèi)容：零極點的位置。然后我介紹了幾種補償方法，包括高頻DCDC變換器的輸出阻抗整形。

接下來的第5～8章將介紹如何使用運算放大器、TL431、跨阻抗放大器或分流調(diào)節(jié)器來補償變換器。這就是這本書的優(yōu)勢：無論是否使用光電耦合器，無論有無補償元件。你甚至可以找到TL431的內(nèi)部細節(jié)，這些細節(jié)通常不會在數(shù)據(jù)手冊或應(yīng)用說明中公開。最后，第9章以測量方法和設(shè)計實例作為結(jié)尾。
在文中，我們將始終關(guān)注研究的重要的事項上，但是會突然轉(zhuǎn)到理解它們所需要的數(shù)學工具。這是我的寫作風格，許多書只是假設(shè)你知道相關(guān)的技巧并繼續(xù)解釋，留給讀者一些支離破碎的知識。我試圖避免這種情況，這也是一些章節(jié)結(jié)尾處附錄的存在價值。

在本書中，我在3年時間內(nèi)推導了超過1150個方程。盡管審稿專家會很仔細，但是他們不可能找到所有我未曾注意的錯別字、遺漏的標記或錯誤的數(shù)值結(jié)果。我提前真誠地道歉：作為讀者，當你發(fā)現(xiàn)想要信任的書中的錯誤時，我可以理解這種沮喪感。為了幫助改進內(nèi)容，我希望您在閱讀時報告發(fā)現(xiàn)的錯誤，我將在我的網(wǎng)頁中保留一個勘誤表，并將之歸功于發(fā)現(xiàn)者。這個做法對上一本書非常有效，并有助于保持分析的完整性。提前感謝你們的幫助，請將意見發(fā)送至cbasso@wanadoofr。

最后我想說的是，我花了3年的時間寫這本書。在解決一些問題的同時，我也學到了很多。其中有幾個是很棘手的，我承認有高潮也有低谷，但是最終的內(nèi)容證實我是在正確的道路上。我希望通過你們的評論也可以證實這一點。最重要的是，我希望你們在完成工程任務(wù)的同時也可以經(jīng)常閱讀這本書。祝大家閱讀愉快！