RTDK 电源电路设计技巧 9787030374707 科学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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丁志强 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030374707

商品编码：29605376032

包装：平装

出版时间：2013-07-01

基本信息

书名：电源电路设计技巧

定价：58.00元

作者：丁志强

出版社：科学出版社

出版日期：2013-07-01

ISBN：9787030374707

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《电源电路设计技巧》从实际应用出发，在介绍电源电路工作原理的同时，重点讲解电源电路的设计方法和技巧。《电源电路设计技巧》涉及目前广泛使用的稳定电源电路，对电源电路进行实际的设计、制作，并对设计值和实验结果进行比较，以验证设计的正确性。
《电源电路设计技巧》可作为从事模拟技术开发及电路设计的技术人员的参考书，也可供工科院校相关专业师生参考阅读。

目录

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章 电源电路设计概要
1.1 电源电路正常运行才能实现其功能
1.2 制作输出稳定电压的电源电路
1.3 使用直流的两种电源电路
1.4 设计实用电源系统须知
1.5 进行电源电路设计时有必要考虑负载的性质
1.6 直流稳定电源的发展趋势
1.7 何谓理想的电源电路
1.8 电源电路的重要特性——效率
1.9 直流稳定电源设计的步是方式的选择
第2章 并联调节器
2.1 控制器件与负载并联接入的并联调节器
2.2 并联调节器IC的使用方法
2.3 齐纳二极管与并联调节器IC的特性
第3章 三端调节器
3.1 串联调节器简介
3.2 典型的三端调节器
3.3 使用三端调节器IC时的注意事项
附录 三端调节器的散热设计
第4章 LDO调节器
4.1 输入输出的电压差小,LDO调节器也能运行
4.2 串联调节器IC的使用方法
附录 输出晶体管的接地形式
第5章 线性调节器稳定运行
5.1 调节器产生振荡的机理
5.2 调节器IC的振荡原因
5.3 使调节器IC产生振荡的实验
附录 波德图的画法
第6章 开关调节器的基础
6.1 开关方式的特征
6.2 基本结构与运行
6.3 损耗的原因与对策
6.4 开关调节器的种类
6.5 制作简单的开关调节器
第7章 降压型变换器的基本电路
7.1 降压型变换器的电路
7.2 降压型变换器的设计步骤
7.3 试制降压型变换器
7.4 尝试让降压型变换器运行
7.5 降压型变换器实用化的条件
第8章 开关电源的电路形式
8.1 拓扑变换
8.2 电源电路的拓扑变换
8.3 各种电路的电压转换比
8.4 各种电路的特征
第9章 降压型变换器的实用电路
9.1 实用电源电路的功能
9.2 制作实用的降压型变换器
9.3 基于功率MOSFET的实用降压型变换器
9.4 目前采用的开关器件均是功率MOSFET
9.5 目前常用的降压型变换器IC的例子
0章 升压型变换器的实用设计
10.1 升压型变换器的设计方法
10.2 试制升压型变换器
10.3 升压型变换器的改良
1章 升降压型变换器
11.1 升降压型变换器的设计
11.2 采用控制方式Ⅰ的升降压型变换器
11.3 采用控制方式Ⅱ的升降压型变换器
11.4 升降压型变换器控制IC
2章 反转型变换器与新型变换器
12.1 运行原理与特征
12.2 反转型变换器的设计与实验
12.3 新型变换器的设计与实验
12.4 反转型/升降压型/新型变换器的实用电路
3章 DC-DC变换器与效率
13.1 效率的计算方法
13.2 使用同步整流电路
13.3 同步整流电路的实验
附录 电源各部分损耗的计算方法
4章 高效率DC-DC变换器用IC
14.1 高开关频率为4MHz的同步整流降压型变换器LT3561
14.2 从0.3V开始运行的同步整流升压型变换器TPS61200
14.3 大效率为96%的同步整流升降压型变换器TPS63000
14.4 2A连续输出/宽输入电压范围的同步整流升降压型变换器LTC3533
5章 DC-DC变换器稳定运行
15.1 振荡的原因
15.2 降压型变换器的负反馈稳定性
15.3 通过仿真来预测稳定性
15.4 闭环增益的测量方法
15.5 通过实验确认负反馈稳定性
15.6 确保稳定性的另一种方法
15.7 降压型变换器的高频开关
15.8 其他形式的DC-DC变换器
6章 DC-DC变换器的高速控制
16.1 基于电流模式控制的高速化
16.2 电流模式控制的实验
16.3 实用的电流模式DC-DC变换器
16.4 基于ON/OFF控制的超高速DC-DC变换器
7章 电感器与变压器
17.1 电学与磁学
17.2 安培定律与法拉第定律
17.3 磁性材料的性质
17.4 涡电流产生的损耗
17.5 求解电感器与变压器的电感
17.6 求磁通密度
17.7 保存的能量与损耗
17.8 电感器概要
17.9 变压器概要
附录 什么是电流互感器
8章 电阻和电容器的基础知识
18.1 电阻
18.2 电容器
18.3 缓冲电路
18.4 降额
9章 电力半导体的基础知识
19.1 高速二极管
19.2 双极型晶体管
19.3 功率MOSFET
19.4 降额
第20章 印制电路板的图案设计
20.1 开关电源的输出噪声
20.2 印制电路板设计
参考文献

作者介绍

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马场清太郎
1971年 毕业于东京工业大学电子物理工学系
1971年至今　就职于Maker，从事各种电子电路的设计，经常向《晶体管技术》杂志投稿
主要著作
《OPアンプによる実用回路設計》（CQ出版社）

文摘

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序言

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深入解析高效能电源的奥秘：从理论到实践的系统指南 在当今科技飞速发展的时代，高效、稳定且可靠的电源系统是支撑各类电子设备正常运行的基石。从智能手机、笔记本电脑到工业自动化、新能源汽车，乃至航空航天领域，无不依赖于精巧设计的电源电路。本书旨在为读者提供一个全面而深入的电源电路设计指导，涵盖了从基础理论到实际应用的各个环节，帮助工程师和技术爱好者们掌握设计高性能电源的关键技术和实用技巧。 本书的编写核心在于“实用”与“深入”。我们深知，理论的掌握固然重要，但将理论转化为实际可行的电路设计，才是衡量设计能力的关键。因此，本书在阐述核心概念的同时，着重强调实际设计中的考量因素，例如元件选型、布局布线、热管理、电磁兼容性（EMC）以及可靠性等。我们力求通过丰富的实例和详尽的分析，让读者能够触类旁通，在面对各种复杂的设计挑战时，都能找到行之有效的解决方案。 第一部分：电源电路设计的基础理论与核心元件 在踏入实际设计之前，扎实的基础理论是必不可少的。本部分将从最基本的电学原理出发，逐步深入到现代电源设计所需的关键知识。 直流电源基础： 我们将首先回顾直流电路的基本定律，如欧姆定律、基尔霍夫定律等，并介绍功率、能量等基本概念。在此基础上，将重点讲解稳压器（Voltage Regulator）的工作原理，包括线性稳压器（Linear Regulator）和开关稳压器（Switching Regulator）的基本拓扑结构，如LDO（Low Dropout Regulator）的优缺点及适用场景。我们将深入分析线性稳压器的线性度、压差、输出噪声等关键参数，并探讨如何通过合理选择元件来优化其性能。 交流-直流转换（AC-DC Conversion）： 这是绝大多数电源系统的起点。本章将详细介绍各种AC-DC转换拓扑，包括半波整流、全波整流、桥式整流等，并分析它们的效率、纹波系数等指标。在此基础上，我们将重点讲解滤波器的设计，包括电容滤波器、电感滤波器以及LC滤波器，并阐述如何根据负载需求选择合适的滤波元件以达到理想的纹波抑制效果。此外，我们还将介绍电网电压的特性和安全要求，为设计符合国际标准的AC-DC电源打下基础。 直流-直流转换（DC-DC Conversion）： 随着电子设备集成度的提高和工作电压的不断降低，DC-DC转换器已成为电源设计中的核心组成部分。本章将对主要的DC-DC转换拓扑进行详尽的介绍，包括： 升压转换器（Boost Converter）： 分析其工作原理、占空比控制、效率瓶颈，以及如何通过优化设计来提高输出电压和效率。 降压转换器（Buck Converter）： 深入解析其工作模式、输出纹波的产生与抑制，以及在不同负载下的性能表现。 升降压转换器（Buck-Boost Converter）： 探讨其在需要输出电压高于或低于输入电压时的应用，以及其设计上的复杂性。 反激式转换器（Flyback Converter）： 详细讲解其隔离原理、变压器设计、能量存储与传递机制，以及在小功率、多路输出场合的优势。 正激式转换器（Forward Converter）： 分析其效率、元件数量以及在中小功率应用中的特点。 半桥、全桥转换器： 介绍这些拓扑在较高功率输出时的优势，以及其控制和驱动方式。 对于每一种拓扑，本书都将提供详细的数学模型分析，并结合实际元件参数，指导读者如何进行关键参数的计算，如电感值、电容值、开关管参数等。 关键元件详解： 电感器（Inductor）： 探讨电感器的种类（功率电感、共模电感等）、磁芯材料、饱和电流、直流电阻（DCR）等参数对电路性能的影响。我们将介绍如何根据工作频率、电流纹波、尺寸限制等因素选择合适的电感器，并分享电感器布局布线的技巧，以减小寄生参数的影响。 电容器（Capacitor）： 详细介绍不同类型电容器（陶瓷电容、电解电容、钽电容、薄膜电容等）的特性，包括ESR（等效串联电阻）、ESL（等效串联电感）、漏电流、工作电压、温度特性等。我们将重点分析输出电容和输入电容的选择原则，以及如何利用电容组合来降低纹波和提高瞬态响应。 功率开关管（Power MOSFET/BJT/IGBT）： 深入讲解这些功率器件的导通电阻（Rds(on)）、栅极电荷、开关损耗、击穿电压、热阻等关键参数。我们将提供选择合适功率开关管的指导，并介绍栅极驱动电路的设计，以确保开关器件能够快速、可靠地导通和关断。 二极管（Diode）： 重点介绍肖特基二极管（Schottky Diode）和超快恢复二极管（Ultrafast Recovery Diode）在开关电源中的应用，分析其正向压降、反向恢复时间、耐压等参数，并指导读者如何选择以降低损耗。 功率变压器（Power Transformer）： 对于隔离型电源，变压器的设计至关重要。本章将详细介绍变压器的匝数比、磁芯材料、窗口面积、绕组工艺等参数的计算方法，以及如何考虑漏感、寄生电容等因素对电路的影响。 第二部分：高级电源设计技术与优化策略 在掌握了基础理论和关键元件后，本部分将进一步探讨更高级的设计技术，以实现电源性能的全面提升。 开关电源的控制技术： 电压模式控制（Voltage Mode Control）： 分析其基本原理、补偿网络设计，以及在轻载和重载下的稳定性问题。 电流模式控制（Current Mode Control）： 详细讲解其差模和共模电流检测方式，分析其斜率补偿（Slope Compensation）的必要性，以及电流模式控制在瞬态响应、并联均流等方面的优势。 混合模式控制（Hybrid Mode Control）： 介绍如何结合电压和电流模式的优点，实现更优的性能。 数字控制技术： 简要介绍数字电源的基本原理，包括ADC、DSP、PWM生成等，以及其在灵活性、集成度和智能化方面的潜力。 效率优化与损耗分析： 导通损耗（Conduction Loss）： 分析功率器件、电感、PCB走线等电阻引起的损耗，并提供降低导通损耗的策略，例如选择低Rds(on)的MOSFET、使用低DCR电感、优化PCB布线。 开关损耗（Switching Loss）： 详细分析功率器件在开关过程中的能量损耗，包括上升时间、下降时间、关断延迟等因素。介绍软开关技术（Soft Switching），如零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS），以及如何利用它们来显著降低开关损耗，提高效率。 磁芯损耗（Core Loss）： 探讨磁芯材料在交变磁场下的能量损耗，包括磁滞损耗和涡流损耗。分析不同磁芯材料（如铁氧体、非晶合金）的特性，并指导读者如何根据工作频率和磁通密度选择合适的磁芯。 铜损（Copper Loss）： 分析绕组电阻和PCB走线电阻引起的损耗，介绍集肤效应（Skin Effect）和邻近效应（Proximity Effect）对高频损耗的影响，以及如何通过使用多股细线（Litz Wire）或优化PCB走线宽度来减小铜损。 电磁兼容性（EMC）设计： EMC基础理论： 介绍EMC的基本概念，包括辐射（Radiation）、传导（Conduction）、骚扰源（Source）、耦合路径（Coupling Path）和受害者（Victim）。 骚扰的产生与传播： 分析开关电源中常见的骚扰源，如开关瞬变、环路电流、高频谐振等，并讲解骚扰的传播机制。 EMC滤波器设计： 详细介绍EMI（电磁干扰）滤波器的设计原则，包括共模滤波器和差模滤波器的选择与设计，以及如何根据电网规范和应用场景选择合适的滤波元件。 PCB布局布线优化： 强调PCB布局对EMC性能的决定性影响。我们将提供具体的PCB设计准则，如减小高频电流环路面积、合理布局功率器件和信号器件、使用地平面和屏蔽层、走线规则等。 接地与屏蔽技术： 介绍良好的接地技术（单点接地、多点接地）的重要性，以及如何有效地利用屏蔽层来抑制电磁辐射。 可靠性设计与热管理： 元件可靠性： 分析常见电子元件的失效模式，并介绍如何通过元件降额（De-rating）和选择高可靠性元件来提高电源的整体可靠性。 热管理： 深入探讨功率器件、电感、变压器等发热元件的散热问题。介绍散热器（Heatsink）的选择与安装、热导界面材料（TIM）的应用、PCB散热设计（如过孔阵列、敷铜）等技术。 过应力保护： 讲解各种保护电路的设计，如过压保护（OVP）、过流保护（OCP）、过温保护（OTP）、短路保护（SCP）等，以防止电源在异常情况下损坏。 第三部分：实战应用与案例分析 理论与实践相结合是掌握技能的必经之路。本部分将通过具体的应用场景和详细的案例分析，将前两部分的技术要点落地。 不同应用场景下的电源设计： 消费电子电源： 以智能手机充电器、笔记本电脑电源适配器为例，重点讲解高密度、高效率、低成本的设计挑战，以及安全认证的要求。 工业电源： 以PLC电源、伺服驱动电源为例，分析工业环境对电源的稳定性、可靠性、抗干扰能力的要求，以及宽温工作、高防护等级的设计考量。 新能源汽车电源： 探讨车载DC-DC转换器、电池管理系统（BMS）电源等的设计，重点关注高效率、高功率密度、宽电压输入范围、宽工作温度范围以及严苛的汽车级可靠性要求。 LED照明电源： 分析LED驱动电源的设计要点，包括恒流控制、功率因数校正（PFC）、调光功能以及EMC/EMI的抑制。 通信电源： 介绍服务器电源、基站电源等的设计，强调高效率、高可靠性、冗余设计以及热插拔等特性。 典型电源电路设计案例分析： 小功率隔离式AC-DC电源设计： 以一个常见充电器为例，详细讲解从规格确定、拓扑选择、变压器设计、元件选型、PCB布局到EMC测试的全过程。 中等功率DC-DC升压/降压转换器设计： 选取一个实际应用场景，指导读者如何根据输入输出电压、电流需求，选择合适的DC-DC拓扑，进行电感、电容、开关管的计算和选型，并分析其瞬态响应和效率。 多路输出电源设计： 介绍如何在设计中实现多路独立的输出，包括如何处理不同输出电压之间的耦合效应，以及如何进行并联均流。 功率因数校正（PFC）电路设计： 详细讲解主动式PFC电路（如Boost PFC）的工作原理和设计要点，以及如何满足不同国家/地区的功率因数标准。 总结与展望 本书的最终目标是赋能读者，使他们能够独立、自信地完成各种电源电路的设计任务。我们鼓励读者在阅读本书的过程中，积极思考，动手实践，通过模拟和实验来验证设计思路。电源技术仍在不断发展，效率、功率密度、智能化和集成度将是未来的发展趋势。本书的知识体系将为读者理解和掌握这些前沿技术奠定坚实的基础。 致读者 本书凝聚了作者多年的设计经验和对电源技术的深刻理解。我们希望通过清晰的逻辑、详尽的阐述和丰富的实例，为读者构建一个系统性的知识框架。电源设计是一项充满挑战与乐趣的工程，愿本书能成为您在该领域探索和创新的有力伙伴。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我之前为了搞懂某个电源模块的设计瓶颈，翻阅了不少网络上的资料和零散的文档，结果往往是信息碎片化，互相矛盾，耗费了大量精力却收效甚微。直到我看到了这本书，它就像一个巨大的知识库，把整个电源设计领域的所有关键知识点系统地串联了起来。它不是简单地罗列公式，而是将器件选型、热管理、反馈回路设计，乃至后期的调试优化，形成了一个完整的、有机的知识体系。我特别留意到它在讲解器件特性时所采用的深度和广度，远远超过了一般的参考手册。比如，对于MOSFET的开关损耗分析，它不仅仅停留在理论计算，还结合了实际的驱动电路和布局对损耗的影响进行了探讨，这种多维度的分析视角，极大地拓宽了我的设计思路。这本书的价值，在于它提供了一套成熟的设计方法论，而不是几套现成的电路图。掌握了这种方法论，即便面对全新的应用场景，也能自信地从零开始构建一个高效、可靠的电源方案。这种赋能感，是其他资料无法比拟的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格真是独树一帜，读起来感觉就像是作者在用一种非常务实且略带幽默感的口吻与读者对话。它成功地避免了技术文档常见的沉闷和刻板，让阅读过程变得非常愉悦。例如，在讨论如何避免瞬态响应失控时，作者可能会用一个生动的比喻来形容寄生电感的影响，一下子就把那个抽象的物理现象具象化了。这种教学上的巧妙设计，使得那些原本需要反复研读才能理解的概念，变得豁然开朗。我发现，这本书不仅仅是教你“如何做”，更重要的是引导你去“思考为什么会出错”。它对常见设计误区的剖析极其到位，往往能直指要害，让人在恍然大悟的同时，忍不住拍案叫绝——“原来我之前的思路一直卡在这里！”这种高质量的反馈机制，是自学过程中最难得的资源。它就像一位时刻在你身边的资深导师，总能在你快要走弯路的时候，用一句精辟的点评将你拉回正轨。

评分☆☆☆☆☆

从技术更新的角度来看，这本书的视野非常开阔，它似乎没有停留在传统的电源设计范式中，而是积极地融入了当前行业的前沿趋势和挑战。我感触最深的是它在处理高频化、小型化带来的设计难题时的应对策略。比如，对于功率密度不断提升带来的热挑战，书中给出的解决思路非常具有前瞻性，涉及到了先进封装技术和新型散热材料的应用分析。这表明作者不仅深谙经典理论，更紧跟时代脉搏，将最新的研究成果巧妙地融入到实用的设计技巧之中。这本书的内容密度非常高，每一页都信息量爆棚，但由于其结构组织得当，即便是这样的高密度信息，读者也能保持清晰的思路而不感到压力过大。它似乎有一种魔力，能将复杂的系统工程拆解成可以逐一攻克的模块，让人感觉目标清晰，每一步都有迹可循。对于希望在电源领域保持竞争力的专业人士而言，这本书无疑是一份不可多得的“助推器”，能帮助人迅速建立起面向未来的技术储备和解决问题的框架。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图质量真的让我眼前一亮，这对于技术书籍来说简直是加分项中的战斗机。我常常遇到那种图文并茂，但图画得跟火柴人似的，根本看不清关键信号流向和元件连接的书，让人抓狂。但这本恰恰相反，它的示意图清晰、精确，每一个关键节点的波形图都标示得清清楚楚，即便是初次接触某些高级控制策略时，也能通过那些精美的图示迅速抓住重点。而且，文字的叙述风格非常凝练，没有太多冗余的修饰词，直奔主题，但又不失温度和逻辑性。我尤其赞赏它在介绍复杂算法时所采用的类比方式，仿佛在用最通俗的语言讲解最深奥的原理。这对于我这种非科班出身，但又渴望深入了解电源动态特性的读者来说，简直是醍醐灌顶。它不是那种高高在上、拒人于千里之外的专业书籍，而是真正把自己放在一个“传道授业解惑者”的位置上，用心地引导读者跨越理解的障碍。这本书的印刷质量也值得称赞，纸张厚实，装订牢固，看着就让人觉得物超所值，愿意反复翻阅，做大量的笔记和批注。

评分☆☆☆☆☆

哇，这本书简直是电子工程爱好者的福音！我最近入手了一本关于电源设计的书，虽然我不是专业的工程师，但光是翻阅目录和部分章节的介绍，就已经让我对接下来的学习充满了期待。这本书的作者显然对这个领域有着极其深刻的理解，从基础理论的构建到实际应用中的各种疑难杂症，都有着非常详尽的阐述。我特别欣赏它在结构上的安排，不是那种枯燥的教科书式堆砌知识点，而是像一位经验丰富的前辈在手把手地教你如何“修炼内功”。比如，它对于开关电源拓扑结构的演变历史和每种结构背后的物理机制，分析得入木三分，让你不仅仅停留在“知道”某个电路怎么工作，更能理解“为什么”要这样设计，这对于我这种追求知其所以然的学习者来说，太重要了。而且，书中似乎还融入了大量的实际案例和设计规范，这无疑为理论知识架起了一座通往工程实践的桥梁。我感觉，只要能把书里讲的这些核心思想吃透，以后再面对复杂的电源项目，心里就会踏实很多，不再是手足无措的新手了。光是那种布局规划、EMI/EMC抑制这些让人头疼的细节，书中似乎都有独到的见解和实用的技巧分享，看得人热血沸腾，真想立刻找个面包板开始动手实践一番！