開關電源設計(第三版) (美)普利斯曼 ,莫瑞 ,王誌強

開關電源設計(第三版) (美)普利斯曼 ,莫瑞 ,王誌強 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

[美] 普利斯曼,莫瑞,王誌強 著
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  • 莫瑞
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店鋪: 福州文豪圖書專營店
齣版社: 暫無
ISBN:9787121110818
商品編碼:11332619100
包裝:平裝
齣版時間:2010-06-01

具體描述













《高效能開關電源設計與優化》 本書是一本全麵深入探討開關電源(SMPS)設計原理、技術與實踐的專著。旨在為電子工程師、研發人員以及對開關電源技術感興趣的讀者提供一份詳實、前沿的學習資源,幫助他們掌握從基礎理論到高級應用的全方位知識,應對日益復雜且嚴苛的電源設計挑戰。 第一部分:開關電源基礎理論與核心概念 本部分將從最基本的概念齣發,逐步建立讀者對開關電源的深刻理解。 緒論: 介紹開關電源在現代電子設備中的不可替代性,其高效率、體積小、重量輕等優勢,以及與綫性電源的根本區彆。探討開關電源技術的發展曆程和未來趨勢,強調其在能源效率和便攜性方麵的關鍵作用。 開關電源的基本工作原理: 詳細闡述“開關”這一核心概念,以及如何通過對功率開關器件(如MOSFET、IGBT)的周期性通斷來改變電壓和電流。深入剖析能量存儲元件(電感和電容)在能量傳遞和電壓轉換中的作用。 基本拓撲結構解析: Buck(降壓)變換器: 詳細介紹其工作模式( CCM - 連續導通模式,DCM - 非連續導通模式),分析其電壓轉換比、效率特性,以及在低壓大電流應用中的優勢。 Boost(升壓)變換器: 深入講解其升壓原理,分析不同工作模式下的輸齣特性,以及在高輸齣電壓需求場景下的應用。 Buck-Boost(升降壓)變換器: 探討其同時實現升壓和降壓功能的原理,分析其輸齣電壓極性與輸入電壓的關係,以及在輸入電壓波動較大的應用。 Cuk、SEPIC、Zeta 變換器: 介紹這些更復雜的拓撲結構,分析其各自的獨特優點,如隔離、輸齣電壓極性、寄生參數影響等,為特定應用提供更多選擇。 占空比(Duty Cycle)與電壓轉換: 詳細解釋占空比在決定輸齣電壓大小中的作用,並通過數學模型推導各基本拓撲的電壓轉換公式,強調其與輸入電壓、輸齣電壓以及電感參數的關聯。 功率開關器件的選擇與驅動: 深入探討MOSFET、IGBT、GaN、SiC等不同類型功率開關器件的特性、優缺點,以及根據應用需求(耐壓、電流、開關速度、導通損耗、開關損耗)進行選擇的原則。詳細介紹功率開關器件的驅動電路設計,包括柵極驅動、死區時間控製等,以確保器件的安全可靠工作。 能量存儲元件(電感與電容)的選型與計算: 電感: 講解電感的飽和電流、直流電阻(DCR)、電感值等關鍵參數,以及如何根據工作電流、紋波要求、工作頻率計算所需的電感值和飽和電流。探討不同磁芯材料(鐵氧體、坡莫閤金、非晶閤金)的特性及其適用場景。 電容: 分析輸齣電容的紋波抑製、等效串聯電阻(ESR)、等效串聯電感(ESL)等參數對係統性能的影響。講解如何選擇閤適的電容類型(陶瓷、電解、鉭電容)和容值,以滿足輸齣電壓穩定性和紋波要求。 二極管的選擇與特性: 討論快恢復二極管、肖特基二極管等在開關電源中的應用,分析其反嚮恢復時間、正嚮壓降等參數對效率的影響,以及如何根據應用選擇閤適的二極管。 第二部分:開關電源的控製技術與環路穩定性 本部分將聚焦於開關電源的閉環控製係統,這是保證其穩定運行和性能的關鍵。 反饋機製與控製方法: 介紹電壓模式控製(Voltage Mode Control - VMC)和電流模式控製(Current Mode Control - CMC)兩種主流控製方式。詳細闡述電流模式控製的優勢,如快速的瞬態響應、良好的綫性和負載調整率,以及內環電流反饋的原理。 PWM(脈衝寬度調製)與 PFM(脈衝頻率調製): 深入解析PWM作為最常用的控製信號生成方式,探討其在占空比控製中的核心作用。介紹PFM在低功耗和輕載應用中的優勢,以及PWM和PFM的混閤模式。 誤差放大器(Error Amplifier)的設計: 講解誤差放大器的作用,即比較基準電壓與反饋電壓,生成誤差信號。分析跨導放大器(Transconductance Amplifier - VGA)和跨阻放大器(Transimpedance Amplifier - TIA)等不同類型的誤差放大器。 補償網絡的設計與環路穩定性: Bode 圖與 Nyquist 圖: 介紹頻率響應分析工具,以及如何通過Bode圖和Nyquist圖來評估控製環路的增益裕度和相位裕度。 PID(比例-積分-微分)控製: 詳細講解PID控製器在開關電源中的應用,分析比例、積分、微分參數對係統響應速度、穩態誤差和瞬態響應的影響。 補償網絡類型: 介紹Lead-Lag補償、Type II、Type III補償等常見的補償網絡設計方法,以及如何根據係統極點和零點位置來設計補償元件,以達到期望的穩定性和響應速度。 仿真工具的應用: 強調利用SPICE等仿真軟件進行環路分析和補償網絡驗證的重要性。 瞬態響應分析: 深入探討輸入電壓和負載發生變化時,開關電源的瞬態響應特性,包括過衝、下衝、恢復時間等。分析不同控製策略和補償網絡對瞬態響應的影響。 第三部分:開關電源的實際設計考量與優化 本部分將從實踐角度齣發,提供實際設計中需要考慮的關鍵因素和優化方法。 效率優化策略: 降低導通損耗: 優化功率開關器件的選擇,減小導通電阻;閤理設計PCB走綫,減小綫阻。 降低開關損耗: 優化開關器件的柵極電荷,采用軟開關技術(如ZVS - 零電壓開關,ZCS - 零電流開關);提高開關頻率(需權衡其他損耗)。 降低磁芯損耗: 選擇閤適的磁芯材料和結構,優化磁芯尺寸,降低磁通密度。 降低驅動損耗: 優化驅動電路設計,減小驅動信號的上升下降時間。 輕載效率優化: 采用更高級的控製策略,如突發模式(Burst Mode)、PFM控製等。 EMI(電磁乾擾)抑製與設計: EMI的産生源: 分析開關電源中電流的快速變化、寄生參數等産生的EMI源。 EMI的傳導與輻射: 講解EMI的傳導路徑和輻射方式。 EMI濾波器設計: 介紹輸入濾波器和輸齣濾波器的設計原則,包括共模和差模乾擾的抑製。 PCB布局與走綫: 強調良好的PCB布局對於EMI抑製的關鍵作用,如減小環路麵積、閤理布綫、接地等。 屏蔽與接地技術: 介紹外殼屏蔽、關鍵電路屏蔽以及多點接地、星型接地等接地技術的應用。 散熱設計與熱管理: 功耗分析與熱源識彆: 準確計算各器件的功耗,確定熱源位置。 散熱元件選擇: 介紹散熱片、風扇、導熱矽脂等散熱元件的選型。 PCB散熱設計: 利用PCB銅箔作為散熱器,增加散熱麵積。 熱模擬與分析: 強調利用熱仿真工具進行散熱設計優化。 可靠性設計與保護措施: 過壓保護(OVP)、欠壓保護(UVP): 設計電路檢測輸齣電壓,防止過高或過低的電壓損壞負載。 過流保護(OCP)、短路保護(SCP): 設計電路監測輸齣電流,防止過載或短路損壞電源。 過溫保護(OTP): 設計溫度傳感器,在溫度過高時自動關斷電源。 元器件的可靠性選型: 選擇具有較高可靠性的電子元器件,並留有足夠的裕量。 設計驗證與測試: 強調通過嚴格的設計驗證和測試流程來確保産品的可靠性。 PCB布局與布綫技巧: 高功率路徑最小化: 減小功率開關器件、電感、輸齣電容之間高電流路徑的長度和寬度。 信號與功率分離: 閤理劃分PCB區域,將高噪聲的功率部分與敏感的控製信號部分分開。 接地設計: 強調共地、星型接地等策略在減小噪聲耦閤中的重要性。 寄生參數的考慮: 關注PCB走綫帶來的寄生電感和寄生電容,尤其是在高頻應用中。 模塊化設計與集成: 探討如何通過使用開關電源模塊來簡化設計流程,縮短開發周期。 第四部分:高級開關電源技術與前沿應用 本部分將介紹更先進的開關電源技術,以及其在現代科技領域的應用。 隔離式開關電源: 變壓器設計: 詳細講解隔離變壓器的設計原理,包括匝比、磁芯選擇、漏感控製等。 拓撲結構: 介紹Flyback、Forward、Half-Bridge、Full-Bridge等隔離式拓撲結構,分析其各自的優缺點和適用範圍。 隔離技術: 探討光耦、數字隔離器等隔離元件的應用。 功率因數校正(PFC)技術: PFC的原理與重要性: 講解PFC技術旨在提高交流輸入電流的波形質量,降低諧波,減少電網汙染。 有源PFC(APFC)與無源PFC(PPFC): 介紹兩種PFC實現方式的原理、電路結構和性能差異。 APFC控製器: 探討Boost型APFC的控製方法,如臨界導通模式(CrM)和連續導通模式(CCM)。 多相並聯與交錯技術: 介紹如何通過多相並聯或交錯技術來提高輸齣電流能力、降低紋波、改善瞬態響應和提高效率。 數字控製在開關電源中的應用: 數字控製的優勢: 探討數字控製在靈活性、集成度、高級功能實現方麵的優勢。 微控製器(MCU)和DSP的應用: 介紹如何利用MCU和DSP實現復雜的控製算法。 高級控製策略: 如自適應控製、模型預測控製等。 GaN與SiC在開關電源中的應用: 深入分析氮化鎵(GaN)和碳化矽(SiC)等寬禁帶半導體材料的優勢,如高開關速度、低導通損耗、高工作溫度等,以及它們對未來高密度、高效率開關電源設計的推動作用。 無綫充電技術: 介紹無綫充電的原理,包括電磁感應和磁共振技術,以及其在開關電源設計中的挑戰和機遇。 能源采集與管理: 探討如何設計高效的能源采集電路,以及與低功耗開關電源的結閤應用。 應用於特定領域的開關電源: 服務器電源: 高功率密度、高效率、高可靠性的要求。 LED驅動電源: 精準的電流控製、調光功能、高效率。 電池充電器: 智能充電算法、多階段充電。 汽車電子電源: 寬溫工作、高可靠性、EMC要求。 工業控製電源: 強抗乾擾能力、高可靠性。 本書內容涵蓋瞭開關電源設計的方方麵麵,從理論基礎到實際應用,從經典拓撲到前沿技術,力求為讀者提供一個係統、全麵、深入的學習平颱。通過閱讀本書,讀者將能夠掌握獨立設計、優化和解決開關電源相關問題的能力,從而在不斷發展的電子技術領域取得更大的成就。

用戶評價

評分

這本書給我最直觀的感受就是“嚴謹”。它不是那種浮光掠影式地介紹概念的書,而是深入剖析每一個環節背後的物理原理和數學模型。我看到它在講解功率MOSFET的選擇時,不僅僅是給齣參數列錶,而是詳細分析瞭導通損耗、開關損耗,以及如何根據實際工作電流和電壓來匹配閤適的器件,還涉及到SOA(安全工作區)的考慮,這讓我在實際選型時能夠更加有針對性。此外,書中關於變壓器的設計部分也相當詳盡,包括瞭漏感、分布電容的分析,以及如何優化繞組結構來減小損耗和提高耦閤效率,這部分內容對於初學者來說可能需要反復琢磨,但對於有一定經驗的工程師來說,無疑是寶貴的財富。它還討論瞭不同的保護電路設計,例如過壓保護、過流保護等,並給齣瞭具體的電路實現和參數計算方法,這在保證電源的穩定性和安全性方麵起著決定性作用。

評分

這本書確實是個大部頭,我抱著學習的態度翻閱瞭大概,發現它對於初學者來說,可能需要一些基礎知識的鋪墊。內容上,我看到瞭一些關於不同拓撲結構的介紹,比如反激、正激、橋式等等,並且給齣瞭不同結構的優缺點分析。這對於選擇閤適的電路拓撲來說,很有參考價值。它也提到瞭很多重要的元器件,像是MOSFET、二極管、電感、電容等等,並且對這些元器件在開關電源中的作用進行瞭詳細的闡述。我特彆注意到書中關於電感設計的部分,它詳細講解瞭如何計算電感值、磁芯材料的選擇以及繞綫工藝等,這些細節對於實際的工程設計非常重要。另外,它還涉及到瞭PCB布局和散熱設計,這在高性能的開關電源中是至關重要的環節,稍有不慎就可能導緻性能下降甚至損壞。雖然我還沒有完全深入研究,但從目錄和一些章節的瀏覽來看,它是一本比較全麵的教科書,涵蓋瞭從原理到實踐的各個方麵。

評分

我剛拿到這本《開關電源設計》,就被厚實的版麵震撼到瞭,這絕對不是一本能速成的書。仔細翻瞭一下,感覺它更像是一本詳盡的參考手冊,裏麵充斥著各種公式、圖錶和詳細的計算過程。比如,在講到環路補償的時候,它就給齣瞭不同補償方式的數學模型和分析方法,還有各種傳遞函數和伯德圖的講解,對於想深入理解控製理論在開關電源中應用的讀者來說,這部分內容價值很高。我注意到它還花瞭相當大的篇幅講解瞭EMI(電磁乾擾)的産生機理和抑製方法,這一點對於很多實際産品設計中都會遇到的問題,提供瞭非常有價值的指導。書中有大量的例子,有些是理論分析的示例,有些則是實際電路的參數推導,這讓抽象的理論變得更加具象化。我個人比較看重它對不同工作模式的分析,比如 CCM (連續導通模式) 和 DCM (斷續導通模式),並且詳細比較瞭它們在效率、紋波和EMI方麵的差異,這有助於根據具體應用場景選擇最閤適的工作模式。

評分

拿到這本《開關電源設計》之後,我發現它更側重於理論推導和深入分析,對於一些基礎概念的講解也相當到位。我翻閱到關於電壓和電流反饋迴路的設計部分,裏麵有詳細的傳遞函數推導,以及如何根據瞬態響應和穩態精度要求來設計補償網絡,這部分內容對於想要深入理解控製係統穩定性的讀者來說,是非常有幫助的。書中還涉及到瞭很多實際應用中的考慮,比如不同類型的負載特性對電源性能的影響,以及如何針對這些特性進行優化設計。我對它在講解不同封裝和散熱方式對電源性能影響的部分印象深刻,它詳細分析瞭熱阻、功率密度等因素,以及如何通過閤理的散熱設計來保證電源的長期可靠運行。雖然書中包含瞭不少公式和復雜的分析,但它提供的詳細解釋和圖示,使得理解起來不至於過於睏難。它似乎也提到瞭不同國傢和地區關於電源效率的標準,這對産品齣口的工程師來說是很有用的參考。

評分

這本書的體係結構非常清晰,從基礎的開關原理到復雜的係統集成,循序漸進。我尤其欣賞它在講解一些高級話題時,能夠清晰地解釋背後的原理,而不是僅僅給齣結論。例如,在關於軟啓動和均流控製的部分,它不僅僅是介紹瞭這些功能的必要性,還詳細闡述瞭實現這些功能所涉及的控製算法和電路設計,甚至還提到瞭數字控製在開關電源中的應用趨勢,這讓我對未來的技術發展有瞭更清晰的認識。書中還包含瞭大量的實用建議,比如如何避免震蕩、如何提高效率、如何減小尺寸等,這些都是工程師在實際工作中經常會遇到的挑戰。我個人覺得,它對於那些想要從“會用”變成“精通”的開關電源設計者來說,是一本不可或缺的學習資料。它也強調瞭設計中的權衡,比如效率和成本、性能和尺寸之間的平衡,這是一種成熟的設計思維。

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