本书作者从事多年电子电路等方面的教学和科研工作,积累了丰富的教学和科研经验,结合TI公司的电源管理芯片和WEBENCH仿真工具,从原理到应用进行入门性质的讲解。
本书有理论介绍、选型与设计、应用实例、PCB布局布线,从多方面介绍了DC-DC变换电路。
本书语言简洁、准确、易懂,描述清晰,可作为选修课程的教材,也可以作为有兴趣学生的课外读物。
本书帮助DC-DC变换电路设计初学者快速入门,并使其深入体会DC-DC电路设计的乐趣。
第1章DC�睤C变换电路及其分类
1.1DC�睤C变换电路在电子设备方面的需求
1.2DC�睤C变换电路的主要性能指标
1.3DC�睤C变换电路的发展和分类
1.4动手实验
第2章线性稳压器
2.1线性稳压器的产生和发展
2.2线性稳压器的基本组成及工作特点
2.3线性稳压器的基本实现电路
2.3.1基本实现电路
2.3.2性能仿真
2.3.3性能测试
2.4线性稳压器产品实例
2.4.1获取产品数据手册
2.4.2TPS79533概况
2.4.3TPS79533的内部结构
2.4.4TPS79533的性能指标
2.4.5TPS79533的使用方法
2.4.6实际电路制作和测试
2.5线性稳压器的应用
2.6动手实验
第3章开关稳压器
3.1开关稳压器的产生和发展
3.2Buck开关稳压器的基本组成及工作特点
3.3Buck开关稳压器的基本实现电路
3.3.1基本实现电路
3.3.2性能仿真
3.3.3电路中各点的波形
3.4Buck和Boost开关稳压器产品实例
3.4.1TPS62290
3.4.2TPS61500
3.5开关稳压器的应用
3.6动手实验
第4章选型与设计
4.1概述
4.2TI电源管理产品线
4.3选型指南
4.4WEBENCH设计工具
4.4.1WEBENCH设计工具的启动
4.4.2基于LDO的Buck稳压器设计
4.4.3基于开关稳压器的Buck电路设计
4.5设计和实现中的几个问题
4.5.1环路稳定性问题
4.5.2元器件的正确选型
4.6动手实验
第5章应用实例
5.1概述
5.2FPGA供电电路
5.2.1电源管理需求
5.2.2电源管理芯片的选择
5.2.3外围电路的设计
5.2.4FPGA供电电路的实现
5.2.5WEBENCH中的FPGA电源辅助设计
5.3LED照明供电电路
5.3.1电源管理需求
5.3.2电源管理芯片的选择
5.3.3外围电路的设计
5.3.4LED供电电路的实现
5.3.5WEBENCH中的LED电源辅助设计
5.4基于FPGA的综合电子实验平台供电系统
5.4.1实验平台开发背景
5.4.2电源管理需求
5.4.3电源管理芯片的选择
5.4.4外围电路的设计
5.4.5电源管理模块的实现
5.4.6WEBENCH中的多路电源辅助设计
5.5动手实验
第6章开关稳压器电路的PCB布局布线
6.1概述
6.2PCB中的电流分布
6.3高di/dt环路的PCB设计
6.4接地问题
6.5元件的布局布线
6.6TPS40210布局布线实例分析
参考文献
几乎所有的电子产品的制作都离不开直流(DC)电源。
在TI公司电源技术会议和TI 教育者年会上,许多高校的一线教师共同就电源教学展开深入讨论。很多老师认为目前电源方面的教学存在缺失,开展相关的教材和课程建设是非常有必要的。
在高等学校电子信息大类基础课程教学中,模拟电子技术相关课程对直流电源的基本原理和相关概念进行了初步介绍; 之后,学生利用业界最新的产品进行DC�睤C变换电路设计。这中间存在一条鸿沟。
电源是电子技术中比较难的一个分支。通过和一些学生进行交流发现,大部分学生可以基本上理解模拟电子技术教材中关于直流电源的内容,但是去阅读相关的电源产品手册或电源方面的专业书籍时却看不懂。而之后学生在进行实际的电源电路制作时,往往只是一知半解地照猫画虎,照搬现成的设计,而不知其所以然。
本书尝试前承模拟电子技术课程中介绍的直流电源基础知识,结合TI公司的电源管理芯片和WEBENCH仿真工具,对DC�睤C变换电路的原理和应用进行入门性质的、深入浅出的阐述。
TI公司将电源方面的教学支持列为2015年大学计划的重点。本书既可作为电源类选修课程的教材,也可作为学生进行电源制作的入门读物。
电子设备对DC�睤C变换电路的一个基本需求是在输入电压有波动和输出端负载有变化的情况下,为其内部各模块电路提供稳定的直流电源供电。本书分别对线性稳压器和开关稳压器电路及其工作原理进行介绍,并结合WEBENCH设计工具介绍基于TI电源管理产品线的选型和设计。最后结合作者的产品开发经历介绍三个实际的应用实例,并对开关稳压器电路的布局布线进行介绍。
全书共分为6章,每章最后一部分设有动手实验内容。第1章到第5章的内容由清华大学自动化系任艳频编写,第6章的内容由TI电源工程师编写。清华大学自动化系2008级本科生涂光炜同学基于TI的电源管理芯片制作了大量实验板,并进行性能测试和比较。清华大学自动化系2011级本科生李奇、宫崎、刘金祥和龚远峰同学阅读了TI的多款电源管理产品数据手册,并对WEBENCH仿真设计工具进行了试用。
各章内容简要介绍如下:
第1章DC�睤C变换电路及其分类
对DC�睤C变换电路的一个基本需求是在输入电压有波动和输出端负载有变化的情况下,为电子设备各模块电路提供稳定的直流电源供电。
衡量DC�睤C变换电路性能的主要指标包括稳压系数或电源电压调节率、输出电阻或负载调节率、输出纹波或电源纹波抑制比、环路稳定性、瞬态响应、效率等。在电源理论和应用的学习中,了解主要性能指标及其测试方法是非常重要的一环。
目前主要使用两大类DC�睤C变换电路: 线性稳压器(Linear Regulator)和开关稳压器(Switching Regulator)。线性稳压器和开关稳压器的主要区别在于: 线性稳压器,从输入到输出,能量的传输是连续不断的; 而开关稳压器,从输入到输出,能量的传递是间歇式的,间歇式的脉冲能量到达输出端后再进行平稳的释放。
第2章线性稳压器
线性稳压器在稳压管稳压电路的基础上发展而来。线性稳压器的基本组成包括调整管、基准电压电路、采样电路和比较放大电路四个部分。
为了加深对线性稳压器基本实现原理的理解,本章首先基于分立元件搭建了一个线性稳压器基本实现电路,并利用Multisim对其主要性能进行仿真,同时进行实际测试。接着,以TI的线性稳压器芯片TPS79533为例,对其数据手册获取方法、内部电路结构、性能指标、使用方法、应用电路的制作和测试进行介绍。在介绍电路结构时,与前面的线性稳压器基本实现电路进行了对比,以加深理解,并通过解读芯片内部结构和仿真波形,加深对基本概念的了解。
第3章开关稳压器
开关稳压器与线性稳压器最大的不同是调整管工作在开关状态,能量以间歇式的脉冲形式从输入端传递到输出端。当调整管处于断开状态时,调整管工作于截止区,电阻很大,流过的电流很小; 当调整管处于闭合状态时,调整管工作于饱和区,饱和压降很小。于是在这两种状态下,调整管的功耗都较小,所以开关稳压器通常可以达到比较高的效率。
本章首先介绍实现脉冲式能量传递的开关稳压器模型及其工作原理。开关稳压器的种类纷繁复杂,比如按输入电压和输出电压的关系来分,有Buck降压稳压器、Boost升压稳压器和Buck�睟oost升�步笛刮妊蛊鳎� 从开关控制方式来分,有PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制和PFM(Pulse Frequency Modulation,脉冲频率调制); 从反馈控制方式来分,有电压控制方式和电流控制方式。本章在内容上不求全,以Buck稳压器为重点开展系统介绍,同时结合具体的例子对一些重要的概念加以说明,以求突出重点,以点带面。
Buck稳压器的基本组成包括调整管、开关控制电路、采样电路、基准电压电路、比较放大电路和LC滤波电路六个部分。和第2章的结构类似,先基于分立元件搭建了一个简单的开关稳压器基本实现电路,并利用Multisim对其主要性能进行仿真,同时进行实际测试,并观测电路中各点的波形。接着,以TI的Buck开关稳压器芯片TPS62290和Boost开关稳压器芯片TPS61500为例,对其内部电路结构、性能指标、使用方法和典型应用电路进行介绍。
第4章选型与设计
在实际应用中,如何从纷繁复杂的产品中选择合适的芯片进行自己的DC�睤C变换电路的设计呢?
本章首先对TI的电源管理产品线进行梳理; 然后对DC�睤C变换电路在线设计仿真工具WEBENCH的使用方法进行详细介绍。通过基于LDO的Buck稳压器设计和基于开关稳压器的Buck电路设计示例,对WEBENCH的启动方法、电源管理芯片选择、外围电路设计、电路性能的仿真等进行描述。
本章还对DC�睤C变换电路设计和实现中的环路稳定性问题进行了理论分析,并利用WEBENCH的波特图仿真功能进行补充说明。分别基于线性稳压器和开关稳压器的结构分析了环路增益的频率响应特性,并给出增强环路稳定的方法。
在本章的最后,对DC�睤C变换电路设计和实现中存在的元器件正确选型问题进行了简要介绍。
第5章应用实例
本章结合三个实际的例子,对其中电源部分的解决方案进行介绍。第一个例子是FPGA供电电路,第二个例子是LED照明供电电路,第三个例子是基于FPGA的综合电子实验平台的整体电源解决方案。
结合三个例子,分别介绍了WEBENCH中针对FPGA电源、LED电源和多路电源进行辅助设计的功能。
第6章开关稳压器电路的PCB布局布线
PCB布局布线的好坏将直接影响DC�睤C变换电路的性能,特别是基于开关稳压器的DC�睤C变换电路的性能。
本章讨论了PCB中的电流分布、高di/dt环路的PCB设计、接地问题及元器件的布局布线问题,并结合一个实例进行分析。
TI在电源管理方面的产品线是非常丰富的,基本上覆盖了线性稳压器和开关稳压器的大部分产品。在产品种类上,既有通用部件,又有针对特定应用(如LED照明)的专用解决方案,同时也涉及数字电源、无线充电等最新领域。TI为这些电源管理芯片的样片申请提供了快速便捷的通道,为DC�睤C变换电路的设计和制作提供了有力的支持。
WEBENCH是一款非常优秀的在线设计仿真工具,无须在客户端安装仿真软件,甚至还可以将自己的设计保存在服务器上,这样方便使用者随时随地进行设计和仿真。利用WEBENCH,可以在搭建实际电路前对电路的性能有更多的了解,并初步完成器件的选取和电路参数的设计; 同时,还可以让初学者快速启动自己的DC�睤C变换电路设计,并在WEBENCH环境中进行直观验证。
电源方面的知识是一个浩瀚的海洋,本书所及只是DC�睤C变换电路的冰山一角。书中的论述和示例,一定还存在诸多不足之处,在此恳请各位读者批评指正。
编者2015年6月于北京
哇,拿到这本《DC-DC变换电路原理及应用入门》真是太及时了!我最近正好在做一个关于新能源汽车充电桩的项目,里面涉及到大量的DC-DC变换单元的设计和优化。一开始我对这个领域了解得不多,看了一些比较杂乱的资料,总觉得抓不住重点,也无法系统地理解其中的奥秘。这本书封面设计就很吸引人,字体清晰,配色也很专业,一看就知道是认真做学问的书。翻开扉页,扉页纸的手感就很好,很有质感。我最看重的是内容是不是“入门”级别的,毕竟我是初学者。从目录来看,它涵盖了DC-DC变换的基本拓扑结构,比如Buck、Boost、Buck-Boost,这些都是最基础也是最重要的。而且,它还提到了隔离型DC-DC变换,这在很多隔离需求高的场合,比如医疗设备和工业控制中非常关键。我特别期待它能深入讲解这些拓扑的原理,比如开关管的导通和关断过程,电感和电容的储能与释放,以及如何通过改变占空比来调节输出电压。另外,书中提到的“应用”部分也让我非常期待,因为理论再好,如果不能落地,那就失去了意义。我希望它能结合一些实际的电路设计案例,讲解如何选择合适的元器件,如何进行参数计算,以及如何进行PCB布局和散热设计。毕竟,一个优秀的DC-DC变换器,不仅要性能优异,还要稳定可靠,体积紧凑,成本可控。这本书会不会讲到这些实际工程中的考量呢?我非常希望如此。
评分作为一个刚刚接触电子设计领域的学生,我发现自己在面对各种电子元件和电路时,常常感到茫然。尤其是涉及到电源转换,比如将电池的电压适配到不同工作要求的设备上,DC-DC变换器这个概念对我来说既熟悉又陌生。我看到《DC-DC变换电路原理及应用入门》这本书,觉得它可能是我学习电源管理知识的一个绝佳起点。我希望这本书能够用最直观、最容易理解的方式,向我解释DC-DC变换的根本原理,是什么让电压升高或降低,又是如何通过开关和储能元件来实现的。我特别期待书中能够详细介绍Buck(降压)、Boost(升压)和Buck-Boost(升降压)这三种最基本的DC-DC变换电路。我希望能看到清晰的电路图、工作波形图,以及对开关周期内电流和电压变化的详细分析。此外,书名中提到的“应用”部分,我希望它能展示一些实际的例子,比如如何用DC-DC变换器来驱动LED、为传感器供电、或者为微控制器构建一个稳定的电源。我希望能从中了解到,在实际设计中,我们应该如何选择合适的元件,如何进行简单的参数计算,以及如何进行一些基础的电路调试。如果书中还能介绍一些关于提高效率和减小输出纹波的方法,那将是对我非常有价值的学习。
评分这本书的出现,简直是我的救星!我是一名在校研究生,正在进行一项关于便携式电子设备的电源管理系统的研究。随着技术的发展,设备的续航能力和电源效率变得越来越重要,而DC-DC变换器就是其中的核心。我之前尝试阅读了一些英文文献和一些偏向高级理论的书籍,虽然学到了不少,但总感觉不够接地气,很多概念理解起来比较费劲。这本书的标题“入门”正是我需要的,它给了我一种亲切感和希望。我翻看了目录,发现它不仅讲解了理论基础,还非常注重实际应用。这对我来说太重要了!我特别想知道书中是如何讲解不同拓扑的优缺点的,以及在不同应用场景下,如何根据功率需求、效率要求、纹波指标等来选择最合适的拓扑。我非常期待它能详细分析Buck、Boost、Buck-Boost等基本电路的工作原理,例如如何分析开关管的损耗、电感的饱和问题、电容的ESR影响等。此外,书中关于“应用”的章节,我希望它能提供一些实际的电路设计实例,比如如何设计一个低功耗的DC-DC变换器用于智能手机,或者一个高效率的DC-DC变换器用于电动自行车。越是具体的案例,越能帮助我理解理论知识的应用,也能激发我的设计灵感。我希望这本书能帮助我建立起一个完整的DC-DC变换器设计框架,让我能够独立地完成从原理分析到电路设计、再到实际调试的整个过程。
评分我是一名在自动化设备行业工作的工程师,最近在进行一款新型工业控制器的研发,其中有一个部分需要将低压直流电转换为高压直流电,并且要求输出电压稳定,纹波小,效率高,同时要保证电气隔离,防止干扰。这对我来说是个不小的挑战,因为之前我主要接触的是模拟电路和一些数字逻辑设计。DC-DC变换器的知识对我来说是比较陌生的领域。我看到了这本书《DC-DC变换电路原理及应用入门》,感觉它的名字非常贴切我的需求。我最关心的是书中是否能够深入浅出地讲解各种DC-DC变换器的拓扑结构,特别是那些能够实现隔离的拓扑,比如Flyback、Forward等。我希望它能详细解析这些拓扑的原理,包括开关管的驱动方式、变压器的设计、输出滤波器的选择,以及如何计算关键参数来满足我的应用需求。而且,我特别期待书中在“应用”部分能提供一些针对工业环境的考量,比如如何处理 EMI/EMC 问题,如何进行热管理,以及如何保证电路的可靠性和长期稳定性。对于工业应用来说,这些方面的要求往往比消费电子更加苛刻。如果书中能有一些实际的案例分析,或者给出一些实用的设计指南,比如如何进行功率损耗分析,如何选择高可靠性的元器件,以及如何进行实际的测试和验证,那对我来说将是无价之宝。
评分我是一名电子爱好者,一直对各种新奇的电子产品很感兴趣,也喜欢自己动手制作一些小玩意儿。最近我迷上了制作一些需要不同电压供电的DIY项目,比如给单片机供电,给LED灯条调光,或者为小型电机调速。这就绕不开DC-DC变换器。我之前尝试过一些简单的升压模块,但总感觉对里面的原理一知半解,遇到问题的时候也束手无策。所以,我一直在寻找一本能够系统讲解DC-DC变换电路的书,而且最好是通俗易懂的。这本书《DC-DC变换电路原理及应用入门》听起来就非常符合我的需求!我翻开目录,看到里面有“基本原理”、“常用拓扑”和“实际应用”等章节,这让我觉得非常全面。我特别希望它能用简单易懂的语言,解释清楚电感、电容、开关管在DC-DC变换过程中扮演的角色,以及它们之间是如何协同工作的。像Buck、Boost、Buck-Boost这些名字,我听过,但具体是怎么实现的,怎么调节输出,怎么提高效率,我就不太清楚了。我非常期待书中能够有清晰的原理图和波形图,帮助我理解各个工作阶段的状态。另外,关于“应用”的部分,我希望它能给出一些适合DIYers的实例,比如如何用这些电路制作一个可调电源,或者一个太阳能充电模块。如果能有一些元器件选型的指导,以及简单的测试方法,那就更完美了!
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