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◆图书简介◆
本书共分九章，系统阐述了开关电源的控制环路设计和稳定性分析。第1～3章介绍了环路控制的基础知识，包括传递函数、零极点、稳定性判据、穿越频率、相位裕度、增益裕度以及动态性能等；第4章介绍了多种补偿环节的设计方法；第5～7章分别介绍了基于运放、跨导型运放以及TL431的补偿电路设计方法，将理论知识与实际应用密切关联；第8章介绍了基于分流调节器的补偿器设计；第9章介绍了传递函数、补偿环节与控制环路伯德图的测试原理和方法。本书将电源环路控制的知识点进行了系统的汇总和归纳，实用性强，是一本非常的电源控制环路设计的著作。
本书适合电源工程师、初步具备电力电子技术或者开关电源基础的读者，可以较为系统地了解开关电源控制环路设计的理论知识、分析方法、工程实践设计以及测试分析等，在工程实践的基础上，大大提高理论分析水平和设计能力。本书也可作为电力电子与电力传动相关学科研究生的教学参考用书。
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译者序
原书序
前言
致谢
本书所用的变量和缩略语
本书运算中的数字和前缀
第1章环路控制基础
11开环系统
111扰动
12控制的必要性——闭环系统
13时间常数的概念
131时间常数的应用
132比例环节
133微分环节
134积分环节
135比例积分微分环节
14反馈控制系统的性能
141暂态或稳态
142阶跃信号
143正弦信号
144伯德图
15传递函数 151拉普拉斯变换
152激励和响应信号
153一个简单的范例
154组合传递函数的伯德图
16总结
精选参考书目
第2章传递函数
21传递函数的表示
211正确书写传递函数
2120dB穿越极点
22根的求解
221观察法找极点和零点
222极点、零点和时间常数
23动态响应和根
231根的变化
24s平面和动态响应
241复平面上的根轨迹
25右半平面的零点
251一个两步转换过程
252电感电流斜率的限制
253使用平均模型来显示RHP零点效应
254Boost变换器的右半平面零点
26结论
参考文献
附录2A确定桥式输入阻抗
附录2B使用Mathcad绘制埃文斯轨迹
附录2C亥维赛展开公式
附录2D使用SPICE画出右半平面零点
第3章控制系统的稳定性判据
31建立一个振荡器
311工作原理
32稳定性判据
321增益裕度和条件稳定
322最小和非最小相位系统
323奈奎斯特图
324从奈奎斯特图中提取基本信息
325模值裕度
33动态（暂态）响应、品质因数和相位裕度
331二阶RLC电路
332二阶系统的瞬态响应
333相位裕度和品质因数
334开环系统相位裕度测量
335开关变换器的相位裕度
336变换器的控制延时 337拉普拉斯域中的延时
338延时裕度与相位裕度
34选取穿越频率
341简化的Buck电路
342闭环下的输出阻抗
343穿越频率处的闭环输出阻抗
344缩放参考值以获得所需要的输出
345进一步提高穿越频率
35总结
参考文献
第4章补偿
41PID 补偿
411拉普拉斯域的PID表达式
412PID补偿器的实际实现
413PI补偿器的实际实现
414PID在Buck变换器中的应用
415具有PID补偿的Buck变换器瞬态响应
416设定值固定：调节器
417具有谐振峰的输出阻抗响应曲线
42基于零极点配置补偿变换器
421简易参数设计步骤
422被控对象传递函数
423积分环节消除静态误差
424积分调节器：1型补偿器
425穿越频率处相位补偿
426配置极点和零点进行相位补偿
427用一对零/极点实现90°相位提升
428用一对零/极点调整中频段增益：2型补偿器
4292型补偿器的设计实例
4210使用双重零/极点对实现180°的相位提升
4211使用双重零/极点调整中频段增益：3型补偿器
42123型补偿器的设计实例
4213选择合适的补偿器类型
4214用于Buck变换器的3型补偿器
43输出阻抗整形
431使输出阻抗呈阻性
44结论
参考文献
附录4A利用快速分析技术得到Buck变换器的输出阻抗
附录4B根据伯德图的群延时计算品质因数
附录4C利用仿真或者数学求解器来获得相位
附录4D开环增益和原点处极点对基于运算放大器的传递函数的影响
附录4E补偿器结构小结
第5章基于运算放大器的补偿器 511型补偿器（原点极点补偿）
511设计实例
522型补偿器：一个原点处极点，以及一个零极点对
521设计实例
532a型补偿器：原点处极点和一个零点
531设计实例
542b型补偿器：静态增益和一个极点
541设计实例
552型补偿器：基于光电耦合器隔离的结构形式
551光电耦合器与运算放大器直接连接，光电耦合器采用共发射极接法
552设计实例
553光电耦合器与运算放大器直接连接，光电耦合器采用共集电极接法
554光电耦合器与运算放大器直接连接，共发射极接法和UC384X连接
555光电耦合器与运算放大器采用有快速通道的下拉接法
556设计实例
557光电耦合器与运算放大器采用有快速通道的下拉接法，共发射极接法
和UC384X
558光电耦合器与运算放大器采用无快速通道的下拉接法
559设计实例
5510光电耦合器与运算放大器在CCCV双环控制中的应用
5511设计实例
562型补偿器：极点和零点重合，简化成隔离型1型补偿器
561设计实例
572型补偿器：略有不同的结构形式
583型补偿器：原点处极点和两个零/极点对
581设计实例
593型补偿器：基于光电耦合器隔离的结构形式
591光电耦合器与运算放大器直接连接，光电耦合器采用共集电极接法
592设计实例
593光电耦合器与运算直接连接，光电耦合器采用共发射极接法
594光电耦合器与运算放大器直接连接，共发射极接法和UC384X连接
595光电耦合器与运算放大器采用有快速通道的下拉接法
596设计实例
597光电耦合器与运算放大器采用无快速通道的下拉接法
598设计实例
510结论
参考文献
附录5A图片汇总
附录5B使用k因子自动计算元件参数
附录5C光电耦合器
第6章基于跨导型运算放大器的补偿器
611型补偿器：原点处极点
611设计实例
622型补偿器：原点处极点与一个零极点对 621设计实例
63光电耦合器与OTA：一种缓冲的连接方式
631设计实例
643型补偿器：原点处极点与两个零极点对
641设计实例
65结论
附录6A图片汇总
第7章基于TL431的补偿器
71集成内部基准的TL431工作原理
711参考电压
712偏置电流
72TL431的偏置对增益的影响
73另一种TL431的偏置方式
74TL431的偏置：取值限制
75快速通道
76禁用快速通道
771型补偿：一个原点处极点，共发射极连接
771设计实例
781型补偿：共集电极配置
792型补偿：一个原点处的极点以及一个零/极点对
791设计实例
7102型补偿器：共发射极结构与UC384X配合
7112型补偿器：共集电极结构与UC384X配合
7122型补偿器：禁用快速通道
7121设计实例
7133型补偿器：原点处极点和两个零/极点对
7131设计实例
7143型补偿器：原点处极点和两个零/极点对，无快速通道
7141设计实例
715交流小信号响应的测试
716基于稳压管的隔离型补偿器
7161设计实例
717基于稳压管的非隔离型补偿器
718基于稳压管的非隔离型补偿器：低成本实现方法
719总结
参考文献
附录7A图片汇总
附录7B第二级LC滤波器
第8章基于分流调节器的补偿器
812型补偿：一个原点处极点加一个零/极点对
811设计实例
823型补偿：一个原点处极点加两个零/极点对
821设计实例
833型补偿：一个原点处极点加两个零点/极点对——无快速通道 831设计实例
84基于稳压管的隔离型补偿器
841设计实例
85结论
参考文献
附录8A图片汇总
第9章系统测量与设计实例
91测量控制系统的传递函数
911有偏置点损耗的开环方法
912无偏置点损耗的功率级传递函数
913系统仅在交流输入下处于开环状态
914注入点处的电压变化
915注入点处的阻抗
916缓冲
92设计实例1：正激直流直流变换器
921参数变迁
922电气原理图
923提取功率电路传递函数的交流响应
924变换器的补偿器设计
93设计实例2：线性稳压器
931获取功率电路的传递函数
932穿越频率的选择和补偿器的设计
933瞬态响应测量
94设计实例3：CCM电压模式升压变换器
941功率电路传递函数
942变换器的补偿器设计
943绘制环路增益的伯德图
95设计实例4：原边调节的反激式变换器
951传递函数推导
952验证等式
953稳定变换器
96设计实例5：输入滤波器补偿
961负增量阻抗（负输入阻抗）
962建立振荡器
963振荡抑制
97结论
参考文 前言： 译者序
随着电力电子技术的飞速发展，以电力电子技术为基础的现代电源已经在各行各业得到了广泛的应用，包括电力系统、新能源、电气化交通、消费电子等，并且随着技术的发展，其应用面还在持续拓展。 电力电子变换器的种类很多，其中直流变换器是最基本、也是应用最为广泛的一种变换器，在所有需要用到直流供电的设备中，都有它的应用。直流变换器有很多种拓扑结构和控制方式，其性能与拓扑及控制密切相关，两者不可分割。直流变换器的性能包括一系列的静态和动态指标，如变换效率、功率密度、输入调整率、负载调整率、输出精度、瞬态响应时间等。这些性能不仅与拓扑的选择和设计相关，也与控制环路的设计相关，拓扑和控制如同汽车的左、右轮，两者同等重要。相同的拓扑在不同的控制方式下，其性能也会有较大差异。
相对拓扑的选择和设计，控制环路的设计对电源工程师或者初学者而言，显得更为复杂。它不仅涉及电路方面的知识，也包括数学建模、控制理论、数字信号处理等多个学科知识的综合，特别是如何将理论知识应用到工程实践中。在很多场合，控制环路设计主要依靠工程师的经验，很难实现性能的优化。因此，十分有必要结合工程实践，对控制环路的设计和分析方法进行推广和普及。
Christophe Basso 先生撰写的这本关于直流变换器控制环路设计的著作，涵盖了控制环路设计和稳定性分析的基础知识，将很多分散的知识进行了有机的梳理和总结，同时也包括了很多的工程实践设计实例，实用性和实践性非常强，很好地建立了控制理论与功率变换器设计之间的联系，是一本非常优秀的电源控制环路设计的著作。
本书比较适合已经具备电力电子技术和开关电源技术基础的读者，可用作提升控制环路设计和分析知识的参考书，也可作为电力电子相关学科研究生的教学参考用书。
原书序
在他的上一本书《开关电源：SPICE仿真与实用设计》中，ChristopheBasso通过实际电路设计对变换器拓扑和PFC电路进行了众多有价值且详细的解释。虽然那本书中也很好地解释和使用了建模和反馈控制，但是着重点在SPICE仿真方面。
在本书中，Christophe深入研究并分析了用于功率变换器的特定控制电路。他详细分析了不同控制器下变换器的性能，如动态负载响应、输入抑制的稳定性等，包括用于教学目的的非常规变换器以强调反馈控制方法的一些微妙方面。他推导了许多分析结果可用来设计一种能够实现特定性能目标或满足稳定性标准的补偿器。
在这本书中，除了严谨的控制理论方面，我很高兴地看到变换器电路的分析是基于快速分析电路技术进行的，答案为低熵形式，非常符合RDMiddlebrook博士的思想。如果设计与分析相反，Middlebrook会说，那么唯一值得做的分析是面向设计的分析，它产生低熵表达式。Christophe很好地贯彻了这一思想。
功率变换器设计中的模拟电子部分的关注度正在不断下降和消失。控制理论的书籍比比皆是，而模拟电子教科书越来越少并且越来越像烹饪书。对于想要在电力电子领域工作的电气工程专业的新毕业生来说，入门所必备的知识是分散的，而且很难统一。虽然也有很好的资源可以针对工程师提供为期一周的课程，但是这些资源需要具备电源变换器相关的知识和工作经验。在我看来，本书很好地填补了控制理论与功率变换器设计之间的空白。另外，从我有限的经验来看，除了设计电源变换器之外我有时也需要解决一些控制问题，这样一本书是非常必要的。我也看到控制系统，或者说控制方案，对于稳定平台或调节激光器的温度而言过于复杂且没有必要。如果设计人员能首先理解执行机构的等效电路模型，那么其性能（通常是微不足道的）就可以通过设计一个简单得多的反馈控制电路而大大提高。Christophe在揭示建模和严格补偿变换器电路的概念方面做得非常出色。所有电力电子工程师每隔一段时间就可能需要解决非电源变换器设备的控制问题，故我向他们推荐这本书。
Vatché Vorpérian
美国国家航空航天局喷气推进实验室
作者序： 前言
当我在2009年1月开始写这本书时，我本打算写一本专门介绍补偿器结构的快速手册。因为我意识到大多数文献都涉及了用运算放大器实现补偿器的示例，而这是我在20世纪80年代上大学时学到的如何稳定环路的方式。后来，作为一名工程师，我想把我的知识应用于基于TL431或跨导型运算放大耦合光电耦合器的电路，因为我所学的知识和我正在研究的实际电路之间缺乏关联。
关于补偿器结构的文献不多，所以我只能选择解析分析方法，还是通过试错来调整电路。显然，第二种方法是错误的，但是当时间压力变得难以忍受时，我明白工程师对于他们正在进行的设计别无选择。我觉得技术文献中有一处需要填补的空白，来展示补偿理论如何应用于不基于运算放大器的电子电路。在这个过程中，我写了第5～8章。然后我决定写一些关于环路控制的理论，这可以更新部分工程师对这个方面的认知。在我写第1章时，我发现我在这个问题上知道的大部分理论都不是我在学校所学到的，事实上，当我从法国蒙彼利埃大学毕业并试图将这些新知识应用到一个项目时，我失败了：我无法将我所知晓的知识和我被要求去做的事情联系起来。当我的老师谈及PID系数时，我就不得不放置零极点。
我希望当你需要稳定一个功率变换器时，你会想要这本书作为你的伴侣。为此，我试图平衡有用的理论以及让它在实际项目中发挥作用的必要性——要成为一名优秀的工程师，你不需要了解环路控制领域的所有知识。在我写的9章中，第1章从这个主题的概括性开始，如果你是初学者，你一定要读它。第2章介绍传递函数及其正确书写的形式。快速分析技术贯穿于本章，我鼓励你深入研究这个主题。第3章是本书的一个重要部分，因为它详细描述了建立稳固控制系统的稳定性标准。回到我大学的时候，我被告知要保持相位裕度至少45°，就是这样，没有进一步地解释这个数字的起源。这里没有什么新东西，但是我已经推导了这些方程，这样你就可以把相位裕度数和预期的闭环瞬态性能联系起来。这同样适用于你不需要再去随便选择穿越频率。第4章解释了补偿的基础，从PID块开始，扩展到你将处理的内容：零极点的位置。然后我介绍了几种补偿方法，包括高频DCDC变换器的输出阻抗整形。
接下来的第5～8章将介绍如何使用运算放大器、TL431、跨阻抗放大器或分流调节器来补偿变换器。这就是这本书的优势：无论是否使用光电耦合器，无论有无补偿元件。你甚至可以找到TL431的内部细节，这些细节通常不会在数据手册或应用说明中公开。最后，第9章以测量方法和设计实例作为结尾。
在文中，我们将始终关注研究的重要的事项上，但是会突然转到理解它们所需要的数学工具。这是我的写作风格，许多书只是假设你知道相关的技巧并继续解释，留给读者一些支离破碎的知识。我试图避免这种情况，这也是一些章节结尾处附录的存在价值。
在本书中，我在3年时间内推导了超过1150个方程。尽管审稿专家会很仔细，但是他们不可能找到所有我未曾注意的错别字、遗漏的标记或错误的数值结果。我提前真诚地道歉：作为读者，当你发现想要信任的书中的错误时，我可以理解这种沮丧感。为了帮助改进内容，我希望您在阅读时报告发现的错误，我将在我的网页中保留一个勘误表，并将之归功于发现者。这个做法对上一本书非常有效，并有助于保持分析的完整性。提前感谢你们的帮助，请将意见发送至cbasso@wanadoofr。
最后我想说的是，我花了3年的时间写这本书。在解决一些问题的同时，我也学到了很多。其中有几个是很棘手的，我承认有高潮也有低谷，但是最终的内容证实我是在正确的道路上。我希望通过你们的评论也可以证实这一点。最重要的是，我希望你们在完成工程任务的同时也可以经常阅读这本书。祝大家阅读愉快！
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