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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(yùn)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(dòng)

12控制的必要性——閉環(huán)系統(tǒng)

13時(shí)間常數(shù)的概念

131時(shí)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(hào)

143正弦信號(hào)

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(lì)和響應(yīng)信號(hào)

153一個(gè)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(diǎn)

22根的求解

221觀察法找極點(diǎn)和零點(diǎn)

222極點(diǎn)、零點(diǎn)和時(shí)間常數(shù)

23動(dòng)態(tài)響應(yīng)和根

231根的變化

24s平面和動(dòng)態(tài)響應(yīng)

241復(fù)平面上的根軌跡

25右半平面的零點(diǎn)

251一個(gè)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(diǎn)效應(yīng)

254Boost變換器的右半平面零點(diǎn)

26結(jié)論

參考文獻(xiàn)

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(diǎn)

第3章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)

31建立一個(gè)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(dòng)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(shí)

337拉普拉斯域中的延時(shí)

338延時(shí)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(jìn)一步提高穿越頻率

35總結(jié)

參考文獻(xiàn)

第4章補(bǔ)償

41PID 補(bǔ)償

411拉普拉斯域的PID表達(dá)式

412PID補(bǔ)償器的實(shí)際實(shí)現(xiàn)

413PI補(bǔ)償器的實(shí)際實(shí)現(xiàn)

414PID在Buck變換器中的應(yīng)用

415具有PID補(bǔ)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(diǎn)配置補(bǔ)償變換器

421簡易參數(shù)設(shè)計(jì)步驟

422被控對(duì)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(bǔ)償器

425穿越頻率處相位補(bǔ)償

426配置極點(diǎn)和零點(diǎn)進(jìn)行相位補(bǔ)償

427用一對(duì)零/極點(diǎn)實(shí)現(xiàn)90°相位提升

428用一對(duì)零/極點(diǎn)調(diào)整中頻段增益：2型補(bǔ)償器

4292型補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)實(shí)例

4210使用雙重零/極點(diǎn)對(duì)實(shí)現(xiàn)180°的相位提升

4211使用雙重零/極點(diǎn)調(diào)整中頻段增益：3型補(bǔ)償器

42123型補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)實(shí)例

4213選擇合適的補(bǔ)償器類型

4214用于Buck變換器的3型補(bǔ)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(xiàn)

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(shí)計(jì)算品質(zhì)因數(shù)

附錄4C利用仿真或者數(shù)學(xué)求解器來獲得相位

附錄4D開環(huán)增益和原點(diǎn)處極點(diǎn)對(duì)基于運(yùn)算放大器的傳遞函數(shù)的影響

附錄4E補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)小結(jié)

第5章基于運(yùn)算放大器的補(bǔ)償器

511型補(bǔ)償器（原點(diǎn)極點(diǎn)補(bǔ)償）

511設(shè)計(jì)實(shí)例

522型補(bǔ)償器：一個(gè)原點(diǎn)處極點(diǎn)，以及一個(gè)零極點(diǎn)對(duì)

521設(shè)計(jì)實(shí)例

532a型補(bǔ)償器：原點(diǎn)處極點(diǎn)和一個(gè)零點(diǎn)

531設(shè)計(jì)實(shí)例

542b型補(bǔ)償器：靜態(tài)增益和一個(gè)極點(diǎn)

541設(shè)計(jì)實(shí)例

552型補(bǔ)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(yùn)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(jì)實(shí)例

553光電耦合器與運(yùn)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(yùn)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(yùn)算放大器采用有快速通道的下拉接法

556設(shè)計(jì)實(shí)例

557光電耦合器與運(yùn)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(yùn)算放大器采用無快速通道的下拉接法

559設(shè)計(jì)實(shí)例

5510光電耦合器與運(yùn)算放大器在CCCV雙環(huán)控制中的應(yīng)用

5511設(shè)計(jì)實(shí)例

562型補(bǔ)償器：極點(diǎn)和零點(diǎn)重合，簡化成隔離型1型補(bǔ)償器

561設(shè)計(jì)實(shí)例

572型補(bǔ)償器：略有不同的結(jié)構(gòu)形式

583型補(bǔ)償器：原點(diǎn)處極點(diǎn)和兩個(gè)零/極點(diǎn)對(duì)

581設(shè)計(jì)實(shí)例

593型補(bǔ)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(yùn)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(jì)實(shí)例

593光電耦合器與運(yùn)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(yùn)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(yùn)算放大器采用有快速通道的下拉接法

596設(shè)計(jì)實(shí)例

597光電耦合器與運(yùn)算放大器采用無快速通道的下拉接法

598設(shè)計(jì)實(shí)例

510結(jié)論

參考文獻(xiàn)

附錄5A圖片匯總

附錄5B使用k因子自動(dòng)計(jì)算元件參數(shù)

附錄5C光電耦合器

第6章基于跨導(dǎo)型運(yùn)算放大器的補(bǔ)償器

611型補(bǔ)償器：原點(diǎn)處極點(diǎn)

611設(shè)計(jì)實(shí)例

622型補(bǔ)償器：原點(diǎn)處極點(diǎn)與一個(gè)零極點(diǎn)對(duì)

621設(shè)計(jì)實(shí)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(jì)實(shí)例

643型補(bǔ)償器：原點(diǎn)處極點(diǎn)與兩個(gè)零極點(diǎn)對(duì)

641設(shè)計(jì)實(shí)例

65結(jié)論

附錄6A圖片匯總

第7章基于TL431的補(bǔ)償器

71集成內(nèi)部基準(zhǔn)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(duì)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(bǔ)償：一個(gè)原點(diǎn)處極點(diǎn)，共發(fā)射極連接

771設(shè)計(jì)實(shí)例

781型補(bǔ)償：共集電極配置

792型補(bǔ)償：一個(gè)原點(diǎn)處的極點(diǎn)以及一個(gè)零/極點(diǎn)對(duì)

791設(shè)計(jì)實(shí)例

7102型補(bǔ)償器：共發(fā)射極結(jié)構(gòu)與UC384X配合

7112型補(bǔ)償器：共集電極結(jié)構(gòu)與UC384X配合

7122型補(bǔ)償器：禁用快速通道

7121設(shè)計(jì)實(shí)例

7133型補(bǔ)償器：原點(diǎn)處極點(diǎn)和兩個(gè)零/極點(diǎn)對(duì)

7131設(shè)計(jì)實(shí)例

7143型補(bǔ)償器：原點(diǎn)處極點(diǎn)和兩個(gè)零/極點(diǎn)對(duì)，無快速通道

7141設(shè)計(jì)實(shí)例

715交流小信號(hào)響應(yīng)的測試

716基于穩(wěn)壓管的隔離型補(bǔ)償器

7161設(shè)計(jì)實(shí)例

717基于穩(wěn)壓管的非隔離型補(bǔ)償器

718基于穩(wěn)壓管的非隔離型補(bǔ)償器：低成本實(shí)現(xiàn)方法

719總結(jié)

參考文獻(xiàn)

附錄7A圖片匯總

附錄7B第二級(jí)LC濾波器

第8章基于分流調(diào)節(jié)器的補(bǔ)償器

812型補(bǔ)償：一個(gè)原點(diǎn)處極點(diǎn)加一個(gè)零/極點(diǎn)對(duì)

811設(shè)計(jì)實(shí)例

823型補(bǔ)償：一個(gè)原點(diǎn)處極點(diǎn)加兩個(gè)零/極點(diǎn)對(duì)

821設(shè)計(jì)實(shí)例

833型補(bǔ)償：一個(gè)原點(diǎn)處極點(diǎn)加兩個(gè)零點(diǎn)/極點(diǎn)對(duì)——無快速通道

831設(shè)計(jì)實(shí)例

84基于穩(wěn)壓管的隔離型補(bǔ)償器

841設(shè)計(jì)實(shí)例

85結(jié)論

參考文獻(xiàn)

附錄8A圖片匯總

第9章系統(tǒng)測量與設(shè)計(jì)實(shí)例

91測量控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

911有偏置點(diǎn)損耗的開環(huán)方法

912無偏置點(diǎn)損耗的功率級(jí)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(diǎn)處的電壓變化

915注入點(diǎn)處的阻抗

916緩沖

92設(shè)計(jì)實(shí)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(bǔ)償器設(shè)計(jì)

93設(shè)計(jì)實(shí)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(bǔ)償器的設(shè)計(jì)

933瞬態(tài)響應(yīng)測量

94設(shè)計(jì)實(shí)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(bǔ)償器設(shè)計(jì)

943繪制環(huán)路增益的伯德圖

95設(shè)計(jì)實(shí)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(dǎo)

952驗(yàn)證等式

953穩(wěn)定變換器

96設(shè)計(jì)實(shí)例5：輸入濾波器補(bǔ)償

961負(fù)增量阻抗（負(fù)輸入阻抗）

962建立振蕩器

963振蕩抑制

97結(jié)論

參考文獻(xiàn)

后記

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前言/序言

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(fèi)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式，其性能與拓?fù)浼翱刂泼芮邢嚓P(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(dòng)態(tài)指標(biāo)，如變換效率、功率密度、輸入調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、輸出精度、瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間等。這些性能不僅與拓?fù)涞倪x擇和設(shè)計(jì)相關(guān)，也與控制環(huán)路的設(shè)計(jì)相關(guān)，拓?fù)浜涂刂迫缤嚨淖?、右輪，兩者同等重要。相同的拓?fù)湓诓煌目刂品绞较?，其性能也?huì)有較大差異。

相對(duì)拓?fù)涞倪x擇和設(shè)計(jì)，控制環(huán)路的設(shè)計(jì)對(duì)電源工程師或者初學(xué)者而言，顯得更為復(fù)雜。它不僅涉及電路方面的知識(shí)，也包括數(shù)學(xué)建模、控制理論、數(shù)字信號(hào)處理等多個(gè)學(xué)科知識(shí)的綜合，特別是如何將理論知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)踐中。在很多場合，控制環(huán)路設(shè)計(jì)主要依靠工程師的經(jīng)驗(yàn)，很難實(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化。因此，十分有必要結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)控制環(huán)路的設(shè)計(jì)和分析方法進(jìn)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(jì)的著作，涵蓋了控制環(huán)路設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)知識(shí)，將很多分散的知識(shí)進(jìn)行了有機(jī)的梳理和總結(jié)，同時(shí)也包括了很多的工程實(shí)踐設(shè)計(jì)實(shí)例，實(shí)用性和實(shí)踐性非常強(qiáng)，很好地建立了控制理論與功率變換器設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)和分析知識(shí)的參考書，也可作為電力電子相關(guān)學(xué)科研究生的教學(xué)參考用書。

原書序

在他的上一本書《開關(guān)電源：SPICE仿真與實(shí)用設(shè)計(jì)》中，Christophe Basso通過實(shí)際電路設(shè)計(jì)對(duì)變換器拓?fù)浜蚉FC電路進(jìn)行了眾多有價(jià)值且詳細(xì)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(diǎn)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(xì)分析了不同控制器下變換器的性能，如動(dòng)態(tài)負(fù)載響應(yīng)、輸入抑制的穩(wěn)定性等，包括用于教學(xué)目的的非常規(guī)變換器以強(qiáng)調(diào)反饋控制方法的一些微妙方面。他推導(dǎo)了許多分析結(jié)果可用來設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)特定性能目標(biāo)或滿足穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)償器。

在這本書中，除了嚴(yán)謹(jǐn)?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(jìn)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(jì)與分析相反，Middlebrook會(huì)說，那么唯一值得做的分析是面向設(shè)計(jì)的分析，它產(chǎn)生低熵表達(dá)式。Christophe很好地貫徹了這一思想。

功率變換器設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)是分散的，而且很難統(tǒng)一。雖然也有很好的資源可以針對(duì)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(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)。在我看來，本書很好地填補(bǔ)了控制理論與功率變換器設(shè)計(jì)之間的空白。另外，從我有限的經(jīng)驗(yàn)來看，除了設(shè)計(jì)電源變換器之外我有時(shí)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(duì)于穩(wěn)定平臺(tái)或調(diào)節(jié)激光器的溫度而言過于復(fù)雜且沒有必要。如果設(shè)計(jì)人員能首先理解執(zhí)行機(jī)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(jì)一個(gè)簡單得多的反饋控制電路而大大提高。Christophe在揭示建模和嚴(yán)格補(bǔ)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(shí)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(jìn)實(shí)驗(yàn)室

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