开关电源设计(第三版) (美)普利斯曼 ,莫瑞 ,王志强

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[美] 普利斯曼,莫瑞,王志强 著
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店铺: 福州文豪图书专营店
出版社: 暂无
ISBN:9787121110818
商品编码:11332619100
包装:平装
出版时间:2010-06-01

具体描述













《高效能开关电源设计与优化》 本书是一本全面深入探讨开关电源(SMPS)设计原理、技术与实践的专著。旨在为电子工程师、研发人员以及对开关电源技术感兴趣的读者提供一份详实、前沿的学习资源,帮助他们掌握从基础理论到高级应用的全方位知识,应对日益复杂且严苛的电源设计挑战。 第一部分:开关电源基础理论与核心概念 本部分将从最基本的概念出发,逐步建立读者对开关电源的深刻理解。 绪论: 介绍开关电源在现代电子设备中的不可替代性,其高效率、体积小、重量轻等优势,以及与线性电源的根本区别。探讨开关电源技术的发展历程和未来趋势,强调其在能源效率和便携性方面的关键作用。 开关电源的基本工作原理: 详细阐述“开关”这一核心概念,以及如何通过对功率开关器件(如MOSFET、IGBT)的周期性通断来改变电压和电流。深入剖析能量存储元件(电感和电容)在能量传递和电压转换中的作用。 基本拓扑结构解析: Buck(降压)变换器: 详细介绍其工作模式( CCM - 连续导通模式,DCM - 非连续导通模式),分析其电压转换比、效率特性,以及在低压大电流应用中的优势。 Boost(升压)变换器: 深入讲解其升压原理,分析不同工作模式下的输出特性,以及在高输出电压需求场景下的应用。 Buck-Boost(升降压)变换器: 探讨其同时实现升压和降压功能的原理,分析其输出电压极性与输入电压的关系,以及在输入电压波动较大的应用。 Cuk、SEPIC、Zeta 变换器: 介绍这些更复杂的拓扑结构,分析其各自的独特优点,如隔离、输出电压极性、寄生参数影响等,为特定应用提供更多选择。 占空比(Duty Cycle)与电压转换: 详细解释占空比在决定输出电压大小中的作用,并通过数学模型推导各基本拓扑的电压转换公式,强调其与输入电压、输出电压以及电感参数的关联。 功率开关器件的选择与驱动: 深入探讨MOSFET、IGBT、GaN、SiC等不同类型功率开关器件的特性、优缺点,以及根据应用需求(耐压、电流、开关速度、导通损耗、开关损耗)进行选择的原则。详细介绍功率开关器件的驱动电路设计,包括栅极驱动、死区时间控制等,以确保器件的安全可靠工作。 能量存储元件(电感与电容)的选型与计算: 电感: 讲解电感的饱和电流、直流电阻(DCR)、电感值等关键参数,以及如何根据工作电流、纹波要求、工作频率计算所需的电感值和饱和电流。探讨不同磁芯材料(铁氧体、坡莫合金、非晶合金)的特性及其适用场景。 电容: 分析输出电容的纹波抑制、等效串联电阻(ESR)、等效串联电感(ESL)等参数对系统性能的影响。讲解如何选择合适的电容类型(陶瓷、电解、钽电容)和容值,以满足输出电压稳定性和纹波要求。 二极管的选择与特性: 讨论快恢复二极管、肖特基二极管等在开关电源中的应用,分析其反向恢复时间、正向压降等参数对效率的影响,以及如何根据应用选择合适的二极管。 第二部分:开关电源的控制技术与环路稳定性 本部分将聚焦于开关电源的闭环控制系统,这是保证其稳定运行和性能的关键。 反馈机制与控制方法: 介绍电压模式控制(Voltage Mode Control - VMC)和电流模式控制(Current Mode Control - CMC)两种主流控制方式。详细阐述电流模式控制的优势,如快速的瞬态响应、良好的线性和负载调整率,以及内环电流反馈的原理。 PWM(脉冲宽度调制)与 PFM(脉冲频率调制): 深入解析PWM作为最常用的控制信号生成方式,探讨其在占空比控制中的核心作用。介绍PFM在低功耗和轻载应用中的优势,以及PWM和PFM的混合模式。 误差放大器(Error Amplifier)的设计: 讲解误差放大器的作用,即比较基准电压与反馈电压,生成误差信号。分析跨导放大器(Transconductance Amplifier - VGA)和跨阻放大器(Transimpedance Amplifier - TIA)等不同类型的误差放大器。 补偿网络的设计与环路稳定性: Bode 图与 Nyquist 图: 介绍频率响应分析工具,以及如何通过Bode图和Nyquist图来评估控制环路的增益裕度和相位裕度。 PID(比例-积分-微分)控制: 详细讲解PID控制器在开关电源中的应用,分析比例、积分、微分参数对系统响应速度、稳态误差和瞬态响应的影响。 补偿网络类型: 介绍Lead-Lag补偿、Type II、Type III补偿等常见的补偿网络设计方法,以及如何根据系统极点和零点位置来设计补偿元件,以达到期望的稳定性和响应速度。 仿真工具的应用: 强调利用SPICE等仿真软件进行环路分析和补偿网络验证的重要性。 瞬态响应分析: 深入探讨输入电压和负载发生变化时,开关电源的瞬态响应特性,包括过冲、下冲、恢复时间等。分析不同控制策略和补偿网络对瞬态响应的影响。 第三部分:开关电源的实际设计考量与优化 本部分将从实践角度出发,提供实际设计中需要考虑的关键因素和优化方法。 效率优化策略: 降低导通损耗: 优化功率开关器件的选择,减小导通电阻;合理设计PCB走线,减小线阻。 降低开关损耗: 优化开关器件的栅极电荷,采用软开关技术(如ZVS - 零电压开关,ZCS - 零电流开关);提高开关频率(需权衡其他损耗)。 降低磁芯损耗: 选择合适的磁芯材料和结构,优化磁芯尺寸,降低磁通密度。 降低驱动损耗: 优化驱动电路设计,减小驱动信号的上升下降时间。 轻载效率优化: 采用更高级的控制策略,如突发模式(Burst Mode)、PFM控制等。 EMI(电磁干扰)抑制与设计: EMI的产生源: 分析开关电源中电流的快速变化、寄生参数等产生的EMI源。 EMI的传导与辐射: 讲解EMI的传导路径和辐射方式。 EMI滤波器设计: 介绍输入滤波器和输出滤波器的设计原则,包括共模和差模干扰的抑制。 PCB布局与走线: 强调良好的PCB布局对于EMI抑制的关键作用,如减小环路面积、合理布线、接地等。 屏蔽与接地技术: 介绍外壳屏蔽、关键电路屏蔽以及多点接地、星型接地等接地技术的应用。 散热设计与热管理: 功耗分析与热源识别: 准确计算各器件的功耗,确定热源位置。 散热元件选择: 介绍散热片、风扇、导热硅脂等散热元件的选型。 PCB散热设计: 利用PCB铜箔作为散热器,增加散热面积。 热模拟与分析: 强调利用热仿真工具进行散热设计优化。 可靠性设计与保护措施: 过压保护(OVP)、欠压保护(UVP): 设计电路检测输出电压,防止过高或过低的电压损坏负载。 过流保护(OCP)、短路保护(SCP): 设计电路监测输出电流,防止过载或短路损坏电源。 过温保护(OTP): 设计温度传感器,在温度过高时自动关断电源。 元器件的可靠性选型: 选择具有较高可靠性的电子元器件,并留有足够的裕量。 设计验证与测试: 强调通过严格的设计验证和测试流程来确保产品的可靠性。 PCB布局与布线技巧: 高功率路径最小化: 减小功率开关器件、电感、输出电容之间高电流路径的长度和宽度。 信号与功率分离: 合理划分PCB区域,将高噪声的功率部分与敏感的控制信号部分分开。 接地设计: 强调共地、星型接地等策略在减小噪声耦合中的重要性。 寄生参数的考虑: 关注PCB走线带来的寄生电感和寄生电容,尤其是在高频应用中。 模块化设计与集成: 探讨如何通过使用开关电源模块来简化设计流程,缩短开发周期。 第四部分:高级开关电源技术与前沿应用 本部分将介绍更先进的开关电源技术,以及其在现代科技领域的应用。 隔离式开关电源: 变压器设计: 详细讲解隔离变压器的设计原理,包括匝比、磁芯选择、漏感控制等。 拓扑结构: 介绍Flyback、Forward、Half-Bridge、Full-Bridge等隔离式拓扑结构,分析其各自的优缺点和适用范围。 隔离技术: 探讨光耦、数字隔离器等隔离元件的应用。 功率因数校正(PFC)技术: PFC的原理与重要性: 讲解PFC技术旨在提高交流输入电流的波形质量,降低谐波,减少电网污染。 有源PFC(APFC)与无源PFC(PPFC): 介绍两种PFC实现方式的原理、电路结构和性能差异。 APFC控制器: 探讨Boost型APFC的控制方法,如临界导通模式(CrM)和连续导通模式(CCM)。 多相并联与交错技术: 介绍如何通过多相并联或交错技术来提高输出电流能力、降低纹波、改善瞬态响应和提高效率。 数字控制在开关电源中的应用: 数字控制的优势: 探讨数字控制在灵活性、集成度、高级功能实现方面的优势。 微控制器(MCU)和DSP的应用: 介绍如何利用MCU和DSP实现复杂的控制算法。 高级控制策略: 如自适应控制、模型预测控制等。 GaN与SiC在开关电源中的应用: 深入分析氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等宽禁带半导体材料的优势,如高开关速度、低导通损耗、高工作温度等,以及它们对未来高密度、高效率开关电源设计的推动作用。 无线充电技术: 介绍无线充电的原理,包括电磁感应和磁共振技术,以及其在开关电源设计中的挑战和机遇。 能源采集与管理: 探讨如何设计高效的能源采集电路,以及与低功耗开关电源的结合应用。 应用于特定领域的开关电源: 服务器电源: 高功率密度、高效率、高可靠性的要求。 LED驱动电源: 精准的电流控制、调光功能、高效率。 电池充电器: 智能充电算法、多阶段充电。 汽车电子电源: 宽温工作、高可靠性、EMC要求。 工业控制电源: 强抗干扰能力、高可靠性。 本书内容涵盖了开关电源设计的方方面面,从理论基础到实际应用,从经典拓扑到前沿技术,力求为读者提供一个系统、全面、深入的学习平台。通过阅读本书,读者将能够掌握独立设计、优化和解决开关电源相关问题的能力,从而在不断发展的电子技术领域取得更大的成就。

用户评价

评分

我刚拿到这本《开关电源设计》,就被厚实的版面震撼到了,这绝对不是一本能速成的书。仔细翻了一下,感觉它更像是一本详尽的参考手册,里面充斥着各种公式、图表和详细的计算过程。比如,在讲到环路补偿的时候,它就给出了不同补偿方式的数学模型和分析方法,还有各种传递函数和伯德图的讲解,对于想深入理解控制理论在开关电源中应用的读者来说,这部分内容价值很高。我注意到它还花了相当大的篇幅讲解了EMI(电磁干扰)的产生机理和抑制方法,这一点对于很多实际产品设计中都会遇到的问题,提供了非常有价值的指导。书中有大量的例子,有些是理论分析的示例,有些则是实际电路的参数推导,这让抽象的理论变得更加具象化。我个人比较看重它对不同工作模式的分析,比如 CCM (连续导通模式) 和 DCM (断续导通模式),并且详细比较了它们在效率、纹波和EMI方面的差异,这有助于根据具体应用场景选择最合适的工作模式。

评分

拿到这本《开关电源设计》之后,我发现它更侧重于理论推导和深入分析,对于一些基础概念的讲解也相当到位。我翻阅到关于电压和电流反馈回路的设计部分,里面有详细的传递函数推导,以及如何根据瞬态响应和稳态精度要求来设计补偿网络,这部分内容对于想要深入理解控制系统稳定性的读者来说,是非常有帮助的。书中还涉及到了很多实际应用中的考虑,比如不同类型的负载特性对电源性能的影响,以及如何针对这些特性进行优化设计。我对它在讲解不同封装和散热方式对电源性能影响的部分印象深刻,它详细分析了热阻、功率密度等因素,以及如何通过合理的散热设计来保证电源的长期可靠运行。虽然书中包含了不少公式和复杂的分析,但它提供的详细解释和图示,使得理解起来不至于过于困难。它似乎也提到了不同国家和地区关于电源效率的标准,这对产品出口的工程师来说是很有用的参考。

评分

这本书确实是个大部头,我抱着学习的态度翻阅了大概,发现它对于初学者来说,可能需要一些基础知识的铺垫。内容上,我看到了一些关于不同拓扑结构的介绍,比如反激、正激、桥式等等,并且给出了不同结构的优缺点分析。这对于选择合适的电路拓扑来说,很有参考价值。它也提到了很多重要的元器件,像是MOSFET、二极管、电感、电容等等,并且对这些元器件在开关电源中的作用进行了详细的阐述。我特别注意到书中关于电感设计的部分,它详细讲解了如何计算电感值、磁芯材料的选择以及绕线工艺等,这些细节对于实际的工程设计非常重要。另外,它还涉及到了PCB布局和散热设计,这在高性能的开关电源中是至关重要的环节,稍有不慎就可能导致性能下降甚至损坏。虽然我还没有完全深入研究,但从目录和一些章节的浏览来看,它是一本比较全面的教科书,涵盖了从原理到实践的各个方面。

评分

这本书给我最直观的感受就是“严谨”。它不是那种浮光掠影式地介绍概念的书,而是深入剖析每一个环节背后的物理原理和数学模型。我看到它在讲解功率MOSFET的选择时,不仅仅是给出参数列表,而是详细分析了导通损耗、开关损耗,以及如何根据实际工作电流和电压来匹配合适的器件,还涉及到SOA(安全工作区)的考虑,这让我在实际选型时能够更加有针对性。此外,书中关于变压器的设计部分也相当详尽,包括了漏感、分布电容的分析,以及如何优化绕组结构来减小损耗和提高耦合效率,这部分内容对于初学者来说可能需要反复琢磨,但对于有一定经验的工程师来说,无疑是宝贵的财富。它还讨论了不同的保护电路设计,例如过压保护、过流保护等,并给出了具体的电路实现和参数计算方法,这在保证电源的稳定性和安全性方面起着决定性作用。

评分

这本书的体系结构非常清晰,从基础的开关原理到复杂的系统集成,循序渐进。我尤其欣赏它在讲解一些高级话题时,能够清晰地解释背后的原理,而不是仅仅给出结论。例如,在关于软启动和均流控制的部分,它不仅仅是介绍了这些功能的必要性,还详细阐述了实现这些功能所涉及的控制算法和电路设计,甚至还提到了数字控制在开关电源中的应用趋势,这让我对未来的技术发展有了更清晰的认识。书中还包含了大量的实用建议,比如如何避免震荡、如何提高效率、如何减小尺寸等,这些都是工程师在实际工作中经常会遇到的挑战。我个人觉得,它对于那些想要从“会用”变成“精通”的开关电源设计者来说,是一本不可或缺的学习资料。它也强调了设计中的权衡,比如效率和成本、性能和尺寸之间的平衡,这是一种成熟的设计思维。

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