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张建生 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030150950

商品编码：29558444019

包装：平装

出版时间：2005-07-01

基本信息

书名：现代仪器电源--原理技术设计

定价：28.00元

作者：张建生

出版社：科学出版社

出版日期：2005-07-01

ISBN：9787030150950

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：

商品重量：0.459kg

编辑推荐

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内容提要

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本书紧密结合具体产品，系统全面地介绍新型仪器电源技术的基本原理和实用技术，具有较强的实用性和针对性。全书内容包括：开关电源原理，开关电源性能分析，开关电源中功率器件性能分析，开关电源产品设计与工艺，通信用智能开关电源的监控系统及高频开关电源系统，通信机房电源的配置，通信用新型电源电池，新型智能开关电源设计仿真等。此外，附录中还列出了和开关电源相关的高频功率变压器的设计，以及部分电源 MOSFET器件参数表，以供读者参考。
本书可作为电气工程及自动化专业、电子信息专业、通信工程专业的教材或辅导用书，也可供其他相关专业及对现代仪器电源感兴趣的读者阅读。

目录

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章 开关电源基础
　1.1 开关电源基础
　1.2 开关电源的功率变换电路
　1.3 开关电源的反馈控制电路
　1.4 开关电源驱动电路
　1.5 开关电源功率因数及校正器
第二章 开关电源的性能指标
　2.1 电源指标体系介绍
　2.2 开关电源与其他电源的性质比较
第三章 开关电源常用的集成控制器
　3.1 SG1524系列开关电源控制器
　3.2 TL494型开关电源集成控制器
　3.3 UC1842系列开关电源集成控制器
第四章 开关电源主控元器件
　4.1 二极管
　4.2 功率晶体管
　4.3 功率MOS场效应晶体管
　4.4 绝缘栅双极晶体管
　4.5 光电耦合器
　4.6 精密可调基准 电源
　4.7 开关电源中使用的厚膜电路
　4.8 开关电源中使用的电容器
第五章 开关电源产品设计与工艺
　5.1 概述
　5.2 变压器的设计
　5.3 开关管与整流二极管的参数计算
　5.4 吸收回路的设计计算
　5.5 功率晶全管的选择
　5.6 功率晶体管的保护电路设计
　5.7 MOSFET的选择与保护
第六章 通信用智能开关电源的监控系统
　6.1 智能开关电源的监控原理
　6.2 电源监控系统的通信接口与通信协议
　6.3 DK系列智能开关电源监控模块
　6.4 MSS3000多媒体集中监控系统
　6.5 监控系统实例
第七章 通信用智能高频一菤电源系统
　7.1 概述
　7.2 PS48600型智能高频开关电源系统
　7.3 谐振型通信开关稳压电源系统
第八章 通信机房电源配置
　8.1 概述
　8.2 机房电源的设置
　8.3 接地、防雷及各种保护措施
　8.5 电力电池机房的设计
第九章 通信用新型电源电池
　9.1 通信用蔗园电池的发展动态和分类
　9.2 铅酸蓄电池的基本工作原理和应用
　9.3 镍镉电池
　9.4 镍金属氢化物电池
　9.5 锂离子电池
　9.6 太阳能电池
第十章 新型智能开关电源设计仿真
　10.1 开关电源计算机仿真技术
　10.2 MATLAB语言在新型智能开关电源仿真中的应用
　10.3 ISPICE及其在开关电源仿真中的应用
　10.4 新型智能开关电源的优化设计方法
　10.5 工程优化的基本内容
　10.6 开关电源应用优化方法的几个问题
附录1 高频功率变压器的设计
附录2 部分电源MOSFET器件参数表
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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驱动变革的能量之源：精选电源技术与现代仪器应用 在现代科技飞速发展的浪潮中，每一个精密仪器的稳定运行，每一次科学实验的精确捕捉，都离不开一个关键的支撑——可靠的电源。电源，作为所有电子设备跳动的心脏，其性能的优劣直接决定了整个系统的表现。本书《驱动变革的能量之源：精选电源技术与现代仪器应用》正是致力于深入剖析电源领域的核心技术，并阐述其在各类现代仪器中不可或缺的应用价值，旨在为工程师、研究人员以及相关领域从业者提供一个全面、系统且具有实践指导意义的参考。 本书的编写并非仅仅停留在理论的堆砌，而是紧密结合当前电子技术和仪器发展的最新动态，力求展现电源技术如何在不断演进的科技需求下，实现自身的革新与突破。我们深知，一个先进的仪器，其核心竞争力往往体现在对细节的极致追求，而电源正是构成这些“细节”的基础。从毫伏级的精度要求，到毫安级的低功耗设计，再到千瓦级的功率输出，电源技术的广度和深度，直接影响着仪器在环境监测、医疗诊断、通信导航、工业自动化、生物科技乃至航天探索等诸多领域的应用边界。 第一部分：电源技术精要——夯实理论根基 本部分将系统性地梳理和讲解现代电源技术的核心原理与关键设计理念。我们将从最基础的开关电源拓扑结构入手，深入剖析Buck、Boost、Buck-Boost、SEPIC、Cuk等经典拓扑的原理、优缺点及适用场景。在此基础上，我们将进一步探讨更复杂的隔离型拓扑，如正激、反激、半桥、全桥以及LLC谐振变换器等，详细阐述其隔离原理、功率传输机制以及在不同应用中的优势。 除了拓扑结构，我们还将聚焦于电源设计中的关键器件选择与性能优化。这包括但不限于： 功率开关器件： MOSFET、IGBT、GaN（氮化镓）和SiC（碳化硅）等器件的特性、选型依据、驱动电路设计以及损耗分析。我们将深入探讨GaN和SiC等宽禁带半导体材料在提高效率、减小体积、提升耐压和工作温度方面的革命性作用，以及它们如何推动下一代高性能电源的发展。 电感与电容： 磁性元件（电感、变压器）的设计与制造，包括铁芯材料的选择、绕组设计、耦合系数以及高频损耗的控制。同时，对滤波电容、储能电容的类型（陶瓷、电解、薄膜）、ESR（等效串联电阻）、ESL（等效串联电感）和寿命进行详细分析，强调其在保证输出纹波、瞬态响应和EMI（电磁干扰）抑制中的重要性。 控制策略： 从传统的电压模式（Voltage Mode）和电流模式（Current Mode）控制，到更高级的无传感器控制（Sensorless Control）、数字控制（Digital Control）以及最新的模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）等。我们将深入解析不同控制方法的原理、环路稳定性分析（Bode图、Nyquist图）、瞬态响应优化以及如何通过先进的控制算法实现更高的性能和更强的鲁棒性。 功率因数校正（PFC）： PFC的重要性及其在降低电网谐波污染、提高能源利用效率方面的作用。我们将详细介绍无源PFC和有源PFC（CCM/DCM工作模式）的设计原理、关键器件选择以及相关标准（如IEC 61000-3-2）。 EMI/EMC设计： 电子设备对电磁兼容性的要求日益提高。本部分将深入探讨EMI产生的机理（传导、辐射），以及如何通过合理的PCB布局、滤波设计（输入/输出滤波器、EMI抑制元件）、屏蔽和接地技术来满足相关的EMC标准。 第二部分：现代仪器电源的挑战与解决方案 进入第二部分，我们将视角转向现代仪器对电源提出的具体需求和挑战。随着仪器集成度的提高、功能的多样化以及工作环境的复杂化，电源设计面临着前所未有的考验。 高精度与低噪声： 在科学测量、精密传感和信号处理等应用中，电源的输出电压纹波和噪声水平直接影响测量精度。我们将探讨如何通过多级滤波、低噪声线性稳压器（LDO）的级联、以及电源线上的噪声抑制技术来达到亚毫伏甚至微伏级的噪声要求。 高效率与低功耗： 随着便携式仪器和节能设备的普及，电源效率和待机功耗成为关键指标。我们将深入分析开关电源的效率瓶颈，并介绍最新的高效率技术，如同步整流（Synchronous Rectification）、软开关技术（Soft Switching）、以及零电压/零电流开关（ZVS/ZCS）等。同时，针对低功耗应用，将讨论如何设计具有极低待机电流的电源管理单元（PMU）。 宽输入范围与宽温工作： 仪器经常需要在各种电源环境下工作，例如从电池供电到市电供电，或是在极端的温度条件下运行。我们将分析宽输入电压范围电源的设计方法，以及如何通过优化元器件选型和散热设计来保证仪器在-40°C至+85°C甚至更宽温度范围内的稳定运行。 快速瞬态响应： 许多仪器在工作过程中，其负载电流会发生快速、大幅度的变化（例如，激光器的开关，传感器的周期性工作）。电源必须能够迅速响应这些负载变化，保持输出电压稳定。我们将探讨快速瞬态响应的设计技巧，包括优化控制环路、使用高品质的输出电容以及瞬态补偿技术。 安全性与可靠性： 电源的安全性（如绝缘、过压/过流保护）和可靠性（如MTBF——平均无故障时间）是仪器正常运行和使用者安全的基础。本部分将详细讲解IEC 60601（医疗设备）、IEC 60950/IEC 62368（信息技术设备）等相关安全标准的要求，以及如何通过冗余设计、故障诊断和失效模式分析（FMEA）来提高电源的整体可靠性。 小型化与集成化： 随着仪器向小型化、便携化方向发展，电源的体积和重量也面临着越来越大的压力。我们将介绍如何通过高开关频率、集成化的功率模块（Power Modules）、以及先进的PCB设计技术来实现电源的小型化和高功率密度。 第三部分：现代仪器电源的应用实例解析 为了将理论与实践紧密结合，本书的第三部分将通过一系列典型现代仪器的电源设计案例，深入剖析电源技术在实际应用中的具体落地。这些案例将涵盖： 医疗仪器电源： 如心电图仪（ECG）、监护仪、超声波诊断仪、X射线成像设备等的电源挑战，包括对低噪声、高可靠性、生物兼容性（隔离要求）和低EMI的严格要求。我们将分析其隔离变压器设计、滤波电路以及安全防护措施。 通信与导航设备电源： 如基站、雷达系统、GPS接收器等的电源设计，重点关注高效率、宽温工作、高功率密度以及对EMI/EMC的严苛要求。 工业自动化电源： 如PLC（可编程逻辑控制器）、伺服驱动器、传感器网络等的电源需求，强调其对鲁棒性、抗干扰能力、短路保护以及宽输入电压范围的适应性。 科学研究仪器电源： 如光谱仪、电子显微镜、高能物理实验设备等的电源，特别关注极低噪声、高精度电压/电流输出、以及对特定波形输出的需求。 便携式与可穿戴设备电源： 分析低功耗、高效率、电池管理以及快速充电等技术在这些设备中的应用。 通过这些案例分析，读者不仅能了解不同仪器对电源的具体需求，更能学习到设计人员如何运用前述的电源技术来解决实际问题，实现性能、成本、体积和可靠性的最佳平衡。 结语： 《驱动变革的能量之源：精选电源技术与现代仪器应用》是一本力求全面、深入且具有高度实践价值的参考书。我们希望通过本书的阐述，能够帮助读者深刻理解现代电源技术的发展脉络、核心原理与设计方法，并能将这些知识有效地应用于各类现代仪器电源的设计与优化中，从而为科技的进步贡献一份力量，驱动更多颠覆性的技术变革。本书不承诺包罗万象，但力求精炼、准确，并为读者指明深入研究的方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题让我联想到，它可能对那些对电源纯净度有苛刻要求的领域——比如医疗影像设备、高精度测量仪器，或是尖端半导体测试设备——有深入的讲解。这类仪器对电源噪声的敏感度极高，任何微小的噪声引入都可能直接影响测量结果的准确性。因此，我非常好奇书中对“低噪声设计”的处理深度。这不仅仅是选择低噪声LDO（低压差线性稳压器）那么简单，更涉及到如何通过巧妙的PCB布局来隔离敏感的模拟电路与高频开关噪声源；如何设计多级、多层次的滤波网络，以应对从DC到射频范围内的干扰；甚至可能涉及屏蔽技术和接地策略的哲学讨论。如果书中能详细对比不同降噪技术（如前置LDO、后级滤波、甚至主动噪声消除技术）的适用场景和性能权衡，那就太棒了。一个好的电源设计师，必须是个噪声的“猎手”，这本书如果能传授这种“猎手”的思维方式，价值就不可估量了。

评分☆☆☆☆☆

从“现代仪器”这个词汇来看，这本书的视野应该超越了传统的电力电子范畴，触及到智能控制和数字化管理的前沿。今天的电源不再是简单的“电能转换器”，它们必须是高度智能化的单元。因此，我非常期待看到关于电源的“数字化”和“智能化”章节。这可能包括如何嵌入微控制器（MCU）或DSP来实现更高级的控制算法，比如数字滑模控制或自适应控制，以应对极端工况。更进一步，电源系统的状态监控、故障诊断和远程维护能力也应是现代仪器的标配。书中是否探讨了如何利用I2C、SPI等总线协议实现对电压、电流、温度等关键参数的实时采集和上报？甚至，是否涉及了电源健康管理（PHM）在预测性维护中的应用？如果这本书能将传统的模拟电路设计智慧与现代嵌入式系统和数据分析技术完美融合，那么它就不仅仅是一本关于“电源”的书，而是一本关于“现代智能系统能源管理”的权威指南了。

评分☆☆☆☆☆

读完介绍，我感觉这本书的定位可能更偏向于“设计指导手册”而非纯理论教材。如果真是如此，那么它在“技术设计”这个环节上必须下足功夫。我希望看到的是详尽的电路原理图、关键部分的数学模型推导，以及最重要的是，如何将理论转化为可制造、可量产的实际产品。比如，在热管理方面，现代仪器电源的功率密度越来越高，如何高效地导出工作产生的热量，确保器件的长期可靠性，这绝对是一门大学问。书中是否会提供不同封装器件的热阻计算方法，以及散热器选型和风道设计的实用指导？此外，在“可靠性”方面，电源的寿命和MTBF（平均无故障时间）是仪器性能的基石。我想知道，书中是否探讨了元器件的老化模型、失效分析方法，以及如何通过冗余设计和健康监测技术来提升整个电源系统的健壮性。一本优秀的设计指南，应该能够预见设计过程中可能遇到的所有“坑”，并提供规避它们的成熟方案，而不是只停留在“可以做到”的层面，而是要告诉你“应该怎么做才能做到最好”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名倒是挺直接的，一看就知道是面向工程技术人员的，估计内容会很硬核。我猜想，如果这本书真的涵盖了“现代仪器电源”的方方面面，那它必然要深入探讨各种电源拓扑结构——从传统的线性电源到高频开关电源，再到那些针对特定精密仪器设计的超低噪声、高稳定度电源。我个人对电源纹波抑制和瞬态响应的章节会特别感兴趣。比如，如何设计一个能在极短时间内响应负载突变，同时保持输出电压波动的幅度在微伏级别的电源系统？这背后涉及的磁性元件设计、滤波电路的优化，以及复杂的反馈控制算法，都是真功夫。这本书如果能详细剖析这些前沿技术，并给出实用的设计案例和具体的元器件选型考量，那对我们这些在实验室里和各种信号源、示波器打交道的工程师来说，绝对是案头必备的参考手册。我特别期待它能涵盖一些非传统电源技术，比如基于新型半导体材料（如SiC或GaN）的高功率密度、高效率电源模块的实现细节，以及电源系统中的电磁兼容性（EMC）设计策略，这在现代高集成度仪器中是至关重要的环节。

评分☆☆☆☆☆

对于一个从事设备集成工作的技术人员来说，电源的“通用性”和“可扩展性”同样重要。我们经常需要根据不同的应用需求，快速适配不同的输入电压范围（例如，从单相市电到三相工业电网），或者需要支持从几瓦到几千瓦的功率范围。我期望这本书能提供一个清晰的“设计框架”，而不是一堆孤立的电路块。也就是说，它应该阐述如何构建一个模块化的电源架构，使得更换某些关键参数（如输入电压、输出电压或最大电流）时，只需要调整少量参数或更换少数几个磁性元件，而无需从头开始进行复杂的环路补偿计算。如果书中能提供一套关于电源模块化设计的方法论，并辅以参数化仿真工具的使用指南（比如使用Spice或Matlab进行快速迭代），那么这本书的实用价值将大大提升。这种系统性的设计思维，比单纯的电路图堆砌要高明得多。