开关电源是近年来应用非常广泛的一种新式电源，它具有体积小、重量轻、耗能低、使用方便等优点，在多个领域应用效果显著。目前随着技术的发展，新型多功能开关电源集成控制芯片不断推向市场，大量的超小型、多功能、模块化开关电源不断涌现。工程技术人员在设计、开发、生产、调试这些新产品的过程中会遇到各种技术问题，会遇到一些异常现象和非人为的故障，无形中延长了开发周期和成品出厂时间。笔者在多年的开关电源开发生产实践中积累了一些经验，在元器件和材料的选用上有很多体会，在设计、绕制高频变压器的过程中掌握了一定的工艺方法，在电路板的绘制方面有许多经验教训……在此一并呈现给读者，以期对工程技术人员的设计开发工作有一定的促进作用和指导意义。

本书全面系统、深入浅出地介绍了开关电源的基础知识、电路结构形式、元器件的选用、新型控制器的原理、应用以及PCB的布局布线等内容，尤其对开关电源高频变压器的设计和开关电源出现的故障及维修方法作了示范性的分析。另外，书中还提供大量的具体应用实例，附录中给出了一些典型的开关电源电路图，对广大设计开发人员有很好的指导作用。

本书内容丰富、语言通俗，具有较强的实用性和可操作性，可供从事开关电源设计、开发、生产、调试工作的工程技术人员阅读，也可供大中专院校相关专业的师生参考。

第1章 绪论

1．1   开关电源的分类和结构形式

1．1．1 什么是开关电源

]．1．2 开关电源的分类

1．1．3 开关电源的结构形式

1．2   开关电源设计中存在的问题与未来发展

]．2．1 开关电源设计中存在的问题

1．2．2 开关电源的发展趋势

1．3   开关电源的技术标准

1．4   开关电源的控制方式

1．4．1 脉宽调制的基本原理

1．4．2 脉冲频率调制的基本原理

1．5   开关电源反馈的基本类型

第2章 开关电源元器件的选用

2．1   开关晶体管

2．1．1 功率开关MOSFET

2．1．2 绝缘栅双极型晶体管

2．2   软磁铁氧体磁芯

2．2．1 磁性材料的基本特性

2．2．2 磁芯的结构与选用

2．3   光电耦合器

2．4   二极管

2．4．1 开关二极管

2．4．2 稳压二极管

2．4．3 快速恢复及超快速恢复二极管

2．4．4 肖特基二极管

2．4．5 瞬态电压抑制器

2．5   自动恢复开关

2．6   热敏电阻

2．7   TL43 1精密稳压源

2．8   压敏电阻

2．9   电容器

第3章 开关电源变换电路设计与应用

3．1   正激式脉宽调制变换电路

3．1．1 UC3842的工作原理

3．1．2 UC3842的电路特点

3．1．3 UC3842高频变压器设计

3．1．4 光电耦合器在UC3842中的应用

3．1．5 正激式{JC3842开关电源故障分析

3．2   正激式双晶体管变换电路

3．2．1 UC3842的电路特点

3．2．2 UC3842的工作原理

3．2．3 正激式双晶体管变换电路脉冲变压器设计

3．2．4 高频变压器设计

3．2．5 双管正激式开关电源可能出现的问题

3．3   反激式变换电路

3．3．1 SG6848D及其应用

3．3．2 MD-1619的电路特点及其应用

3．3．3 TEA-2261及其应用

3．4   RCC变换器

3．4．1 RCC变换器的工作原理

3．4．2 RCC变换器变压器设计

3．5   半桥式变换器

3．5．1 概述

3．5．2 TL494的电路特点

3．5．3 TI494的工作原理

3．5．4 TL494的保护电路

3．5．5 TL494高频变压器设计

3．6   桥式变换器

3．6．1 桥式变换器的工作原理

3．6．2 桥式变换器变压器的设计

3．7   推挽式变换器

3．7．1 概述

3．7．2 L1C3825的电路特点

3．7．3 L1C3825的工作原理

3．7．4 CW3524的电路特点

3．7．5 CW3524的工作原理

3．7．6 CW3524高频变压器设计

第4章 新型开关电源集成控制器及其应用

4．1   绿色开关电源

4．1．1 ML484l的电路特点

4．1．2 ML484l的工作原理

4．1．3 ML484l脉冲变压器设计

4．1．4 ML484l高频变压器设计

4．1．5 ML484l开关电源故障修理

4．2   变频开关电源

4．2．1 UCl864的电路特点

4．2．2 UCl864的工作原理

4．2．3 UCl864的参数设计与计算

4．2．4 UCl864高频变压器设计

4．2．5 UCl864开关电源故障修理

4．3   准谐振开关电源

4．3．1 MC34067的电路特点

4．3．2 MC34067的工作原理

4．3．3 MC34067变压器设计

4．4   单片开关电源

4．4．1 单片三端开关电源

4．4．2 单片五端开关电源

4．4．3 单片六端开关电源

4．5   高效能开关电源

4．5．1 FA5321开关电源

4．5．2 KAII~0380开关电源

4．5．3 MC34060开关电源

4．5．4 SPH4692开关电源

4．6   恒功率开关电源

4．6．1 SG6858开关电源

4．6．2 SG6858的工作原理

4．6．3 SG6858电路的参数计算

4．6．4 TOP204Y开关电路

4．6．5 正反馈式恒功率开关电源

第5章 开关电源各回路设计

5．1   开关电源输入回路的设计

5．1．1 低通滤波回路的设计

5．1．2 整流滤波回路的设计

5．2   功率驱动电路的设计

5．2．1 功率驱动的方式

5．2．2 功率驱动电路的驱动方法

5．2．3 开关功率管的选用

5．2．4 吸收回路的设计

5．3   开关电源保护电路

5．3．1 过流保护电路

5．3．2 过压保护电路

5．3．3 欠压保护电路

5．3．4 过热保护电路

5．4   软启动电路的设计

5．4．1 软启动电路的作用

5．4．2 软启动电路的设计

5．5   多路输出反馈电路的设计

5．5．1 多路输出反馈电阻的计算

5．5．2 多路对称型输出的实现

5．5．3 多路输出变压器的设计

5．5．4 设计多路输出高频变压器的注意事项

5．6   怎样提高高频变压器的性能

第6章 有源功率因数校正

6．1   电流谐波

6．1．1 电流谐波的危害

6．1．2 功率因数

6．1．3 功率因数与THD关系

6．1．4 功率因数校正的基本原理

6．2   有源功率因数校正

6．2．1 有源功率因数校正的主要优缺点

6．2．2 有源功率因数校正的控制方法

6．2．3 峰值电流控制法

6．2．4 滞环电流法

6．2．5 平均电流控制法

6．2．6 峰值电流控制法APFC调整电路的设计

6．2．7 UC3854在平均电流法．APFC中的应用

6．2．8 ML4813反激式APFC控制电路

第7章 开关电源设计制作中出现的问题

7．1   干扰与绝缘问题

7．1．1 开关电源中的主要干扰源

7．1．2 电磁干扰的传播方式

7．1．3 辐射干扰的产生、传播和测量

7．1．4 电磁干扰抑制方法

7．1．5 隔离与绝缘

7．2   效率与功率因数问题

7．2．1 高效率与产品质量

7．2．2 高功率因数与效益

7．2．3 如何提高开关电源的效率

第8章 软开关技术

8．1   软开关功率变换技术

8．1．1 硬开关功率损耗

8．1．2 准谐振变换开关电源

8．2   零开关PWM变换器

8．2．1 ZCS—PWM变换器

8．2．2 ZVS—PWM变换器

8．3   零开关PwM转换变换器

8．3．1 ZCT—PWM转换变换器

8．3．2 ZVT—PWM转换变换器

8．4   DC/DC ZVS—PWM变换器

8．4．1 DC/DC有源钳位正激式变换器

8．4．2 DC/DC有源钳位反激式变换器

8．4．3 DC/DC有源钳位正反激组合式变换器

第9章 PCB设计技术。

9．1   PCB技术简介

9．1．1 PCB的类型

9．1．2 PCB的布局、布线要求

9．1．3 PCB设计过程

9．1．4 PCB总体设计原则

9．1．5 PCB设计布线技巧

9．1．6 元器件放置要求及注意事项

9．2   PCB抑制电磁干扰的新技术

9．2．1 什么是表面积层技术

9．2．2 微孔技术

附录l 充电器电路

附录2 开关电源电路

参考文献

9．1 PCB技术简介

PCB的英文全称是Printed Circuie Board，中文含义为印制电路板。根据电气原理图预定设计，制成印制线路，并与固定元器件结合为一体，称为印制电路。把印制电路印制在特殊’材料的成品板上，称为印制电路板。

开关电源的产品越来越向高密集度、宽带、高频化、小型化方向发展，这就导致了开关电源电磁传导干扰的严重性越来越大。现阶段PCB的电磁兼容性(EMC)问题是设计开关电源时最难解决的技术问题。射频干扰、传导噪声干扰已成为PCB设计的重要问题。

9．1．1 PCB的类型

PCB到处都是，只要是电子设备都少不了PCB。小到电子手表、计算器、家用电器、计算机，大到邮电通信系统、军用武器系统，只要有电子元器件集成电路就有PCB。PCB不但给各个电子元器件提供了连接的线路和绝缘性能，还为每个元器件提供机械支撑，实现各种电子元器件所要求的电气特性(包括电流、电压)，在运行中有条不紊地、不失真地传递各种电子信息。同时，为自动或手动焊接提供组焊图形、提供焊接空间，为元器件插装、焊接、检修提供识别图形和各种字符，帮助人们识别电路的工作原理。

PCB有挠性绝缘板和刚性绝缘板两种。挠性绝缘板是指PCB上印有银白色的元器件图形与键位图形。这种图形是采用丝网漏印的方法生成的，一般称这种印制线路板为挠性银色印制线路板。刚性绝缘板是树脂玻璃布刚性绝缘材料板，是在环氧树脂表面粘上复铜箔后进行层压、固化而成的，即刚性覆铜薄板。它有单面、双面、四层、六层多面层。在单面印制线路图形的叫单面板；在双面印制电路图形，再通过导孔的金属化将两面连接起来组成一副完整的电气原理图，称为双面板。在开关电源电路中使用最多的是单面板和双面板，三层或多层PCB很少使用。现在已有超过10层的实用印制线路板，如各种电脑主机、显示卡、网卡、声卡、调制解调器及数码照相机的印制电路板都是多层PCB。

一般的PCB元器件安装有3种方式。一种是传统的插入式安装工艺，是将电子元器件一个一个地插进PCB的导通孔里，然后用波峰焊、烫焊把元器件与电路板固定在一起。这就很容易看到双面印制电路板的导通孔有这样几种：一是单纯的组件插装孔；二是元器件插装孔与双面板互连接的导通孔；三是单纯的双面导通孔；四是电路安装定位孔。另两种安装方式就是表面安装与芯片直接安装，而芯片直接安装技术可以认为是表面安装的一部分。它是将芯片直接安装在电路板上，用线焊封装技术相互连接在印制电路上。它的焊接面就是组装面。表面安装技术有如下优点：

①表面安装比插装式安装速度快，工效高，容易实现自动化作业，利于大规模生产。

②表面安装对整机的重量有所减轻，采用胶状焊料，对焊接质量有很大提高。

⑧布线密度提高，使元器件的引线缩短，这样减少了线间寄生电容和寄生电感，有利于电路板抑制电磁干扰，工作稳定、可靠。

④大量减少了印制电路板上的导通孔，提高了电路板布线的密度，使电路板的有效使用面积增大，有利于降低成本，提高可靠性。

表面安装技术的提高，将使芯片的封装技术、绘制电路板的技术紧随提高。现代的电脑板卡的表面可粘结、组装的元器件数量在不断上升。实际上这种电路板是传统的网印电路图所无法比拟的，它走线的精确度是非常高的。它采用了感光技术与感光绝缘油制作工艺。现代的激光技术、感光树脂材料等很多新技术、新材料、新工艺都运用在PCB的制作上，使：PCB向高密度、高精确度的方向发展得越来越快，质量越来越好。

9．1．2 PCB的布局、布线要求

串音是很多电子设备发生的一种干扰信号，它常常发生在．PCB中布线及电线、电缆间的导线互容互感里面，是印制电路板中存在的最难克服的问题。在解决EMI问题时，首先应知道是传导干扰、辐射干扰还是串音干扰。若PCB中的一条带状线载有控制和逻辑电子，另一条带状线载有低电平信号，在平行布线长度超过10cm时，将会产生串音干扰。如果长长的电缆载有串行或并行的高速运行数字信号或遥控信号，就会出现串音干扰，这是因为电线和电缆之间存在电场(互容)、磁场(互感)的作用。

带状线是什么?带状线就是出现干扰、发生串音的频率，是由电场、磁场耦合产生的。PCB的带状线、电缆线中的导体靠近平行电线时，串音就会发生。首先确定电场耦合(互容)和磁场(互感)中哪种耦合是主要的，应该由线路阻抗、工作频率和磁场强度来决定．这个方法很简单：当电源和接收器的阻抗(Q)的乘积大于10002时，主要是电场耦合；电源和接收器的阻抗(Q)的乘积在3002—10002之间时，磁场耦合或电场耦合都有可能是主要耦合，这时取决于线路间的配置和频率。

然而，这个方法并不适用于所有的情况，如在地板上PCB带状线之间的串音，因为这时PCB带状线的特性阻抗、负载阻抗及电源阻抗可能为正常标准状态，串音很可能是以电场耦合(互容)为主。如果这时接收器采用屏蔽电缆并在屏蔽层的两端接地，则磁场耦合是主要的。低频时，呈现较低的电路阻抗，电场耦合是主要的。只有找出耦合的对象，抑制产生耦合的通道，才能使耦合的能量衰减或耗散。

PCB的电磁辐射跟其他电气设备一样，也有差模辐射和共模辐射两种基本类型。差模辐射的特点取决于闭合回路的电流特性；共模辐射是由对地干扰噪声电压引起的。PCB并不是单根线而是多根线，它们的电流不相等，所以不能简单地考虑只是差模辐射的作用，必须考虑所有电流的作用。由于差模电流是相减的，共模辐射电流是相加的，所以分析辐射时，即使共模电流比差模电流小很多，也会产生一定程度的电场辐射。

按电磁理论，电磁辐射主要对周围电子设备构成窄带与宽带干扰。另外，还有元器件泄漏问题，它也是产生辐射源的一个散点。不过，PCB的结构形式是激励电磁辐射的主要因素。PCB的结构不同，辐射程度也不一样，像地线走向、回路面积大小、传送带长度、元器件的布局、电路板的走线等都将影响辐射程度。其次，还有激励因素的影响，如脉冲宽度、幅值大小、周期长短、频率高低等也是影响辐射程度的重要因素。弄清楚PCB的布局设计直接关系到整机电磁辐射的强弱。抑制或降低电磁辐射的水平，必须从PCB的设计布局优化着手，重点注意走线的方式。

PCB的辐射不可能简单地用计算的方法和测试的方法来解决。由于PCB的结构形式和激励参数的不同，用一种模型分析并得到解决是不可能的。对一块PCB来说，众多的走线和回路是产生辐射的发源地。整体来说，辐射量的大小是各个回路元器件辐射量的叠加，它由频率、激励强度、辐射面积等因素决定。PCB的辐射强度与布线结构的合理性有决定性的作用，是关键所在。

目前消除辐射干扰最有效的方法是屏蔽，屏蔽噪声源以及与噪声源相关的元器件能收到立竿见影的效果。此外，通过电路设计来改变、提高抗干扰的能力也是重要的一环。

9.1.3 PCB设计过程

1.PCB布局、布线设计条件

随着高密度单芯片、高密度连接器、微孔内建技术及3D板在PCB设计中的应用，PCB的布局、布线已经越来越一体化了，并在设计过程中应用得越来越广泛。现在自动布局、自动布线的软件技术已高度一体化。利用这类软件能在较短时间内设计出品质优良的具有抗电磁辐射、抑制射频干扰的PCB。采用自由布线的方式，可在有效的面积和很小的空间内“吞并”所有的高密度器件和连线。  PCB的组件布局和接线连接方法的正确与否，是决定电子设备性能质量的首要问题。一个电子设备的原理图、一种类型的电子器件，在不同的PCB设计中，其结果相差甚远，严重的甚至不能运行。因此应把PCB的组件布局、走线方式和工艺结构这三大要素综合起来考虑，使生产安装、调试检修、产品质量都得到最佳效果。

获得最佳效果没有统一模式，只有设计PCB的一般原则，必须在一般原则指导下精心设计。设计出良好的电路设备，设计出可靠的PCB地总线，具有很强的抗干扰能力，具有相当高的绝缘强度和耐高压冲击能力，这是设计PCB的总体要求。各种电路有各种不同的要求。在设计模拟电路时，由于有放大电路存在，PCB布线不允许产生噪声信号而引起输出信号失真；在设计数字电路时，由于TTL噪声容阻的制约，要求PCB具有较强的抗干扰能力。总之，电路不一样，对PCB的要求也不一样。目前，许多生产厂商和研发机构都是采用人工手动布线，极为耗时，又不合时宜。现在要求自动布线的人越来越多，以快速响应市场对产品的新要求。

2.PCB设计的可行性

所有的电子设备对电磁兼容性(EMC)、电磁干扰(EMI)、串扰、信号延迟的要求越来越严格.几年前，一般要求电路板有60个差分对布线就不错了，而现在则要求有600对差分布线。在比较短的时间内依赖手动布线实现600对差分布线是不可能完成的，因此，自动布线软件对于高密度器件在极小空间内布局极细的连线是非要不可了。

(1)自由角度布线的可行性

随着单片集成控制芯片的功能越来越多，芯片引脚的数目也不断增加，但芯片的尺寸并未增加，这样引脚间的距离越来越小了，由此使绝缘阻抗受到了限制，布线的线宽更细了。电子器件的体积越来越小，这意味着布线的空间面积也要缩小。

当代电子工业飞速发展，电子元器件集成化程度越来越高，引脚交错繁多，即使采用45布线工具也无法进行自动布线，这是因为不能最大程度地提高布线密度。运用Pull Tight绘图软件，可使焊盘在布线后自动缩小，降低在电路板上所占用的面积，缩小线径，以适应空间大小的需要，有助于避免串音干扰的产生。

(2)高密度器件布线的可行性

最新的高密度系统芯片采用BGA或COB封装，引脚距离曰益减小，使得封装器件信号线不可能采用传统工具软件来进行布线。对于这种高密度器件，可通过球下面的孔将信号线从下层引出；对细小的导线线条进行自由角度转换，自由角度布线在球栅阵列中找出一条引线通道。对于这种高密度器件，只有采用宽度和极小空间相适配的布线方式，才是一种可行的方法，只有这样才能绘制出较高质量的PCB。

自由转换的布线方法可以减少布线层数，这就是说可以增加一些接地层和电源层来提高产品的EMC和信号输入、输出的能力。一台性能优良的电子设备，除了选用质量高的元器件外，PCB的组件布局和线路走向以及正确的结构设计也是决定电子设备可靠性的关键性因素。对于同一个电子线路和相同的电路参数，由于元器件的布局设计和走线方式的不同，就会产生不同的结果，差异是很大的。因此，要把正确设计PCB器件布局结构和正确选取布线方法以及整体电子设备的制造工艺结构3个方面联合起来进行设计。合理的工艺结构可消除因布线不当而产生的噪声干扰，同时也便于生产、安装、调试与检修。

在进行PCB设计时，必须遵守PCB设计的一般原则，并符合抗干扰的要求。要使电子电路获得最佳的电气技术性能，元器件的布局及线路的布设是非常重要的。每一种电子设备的结构必须根据具体要求、技术指标、电气性能、结构特点、面板布局等，采取相应的设计方案，并对几种可行方案进行比较、选择、反复修改。

例如，模拟电路和数字电路的元器件的布局和布线方法有所不同，尤其是印制电路的电源线、地线的布线有许多不同的形式。在设计模拟电路时，由于存在有模拟信号放大环节，如果布线不当，会产生线间振荡，出现噪声信号；在数字电路板设计中，由于TTL的噪声容限的存在，PCB应具有较强的抗干扰能力，对信号线的屏蔽方式可以适当放松、少加考虑。设计良好的电源线和地线，合理地选择电子器件，是所有电子设备可靠工作的保证，是扰干扰、抑制噪声的有效手段。P244-247

开关电源是近年来应用非常广泛的一种新式电源，它具有体积小、重量轻、耗能低、使用方便等优点，在邮电通信、航空航天、仪器仪表、工业设备、医疗器械、家用电器等领域应用效果显著。

目前随着技术的发展，新型多功能开关电源集成控制芯片不断推向市场，大量的超小型、多功能、模块化开关电源不断涌现。工程技术人员在设计、开发、生产、调试这些新产品的过程中会遇到各种技术问题，会遇到一些异常现象和非人为的故障，无形中延长了开发周期和成品出厂时间。笔者在多年的开关电源开发生产实践中积累了一些经验，在元器件和材料的选用上有很多体会，在设计、绕制高频变压器的过程中掌握了一定的工艺方法，在电路板的绘制方面有许多经验教训……在此一并呈现给读者，以期对工程技术人员的设计开发工作有一定的促进作用和指导意义。

本书共分为9章，从开关电源的基础知识到电路结构形式，从开关电源元器件的选用到变换器的设计，从新型控制器的原理应用到PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)的，全面系统、深入浅出地介绍了开关电源的有关知识和实际应用，尤其对开关电源高频变压器的设计和开关电源出现的故障及维修方法作了示范性的分析。另外，还列举了许多具体的应用实例。附录中给出了一些典型的开关电源电路图，对广大设计开发人员有一定的指导作用。书中没有过多深奥的理论知识和烦琐的公式推导过程，而是以简洁通俗的语言将笔者多年来积累的开关电源开发设计经验和心得体会娓娓道来，具有较强的实用性和可操作性。

本书由赵同贺主编，刘军担任副主编，王福元、赵舰、阮宏树对书稿内容进行了审核，余爱华、刘春娥、卢姊华负责资料收集工作。

本书可供从事开关电源设计、开发、生产、调试工作的工程技术人员阅读，也可供大中专院校相关专业的师生参考。

由于时间仓促，书中难免存在疏漏和不妥之处，敬请读者批评指正。