开关电源设计(第三版) 9787121110818 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美普利斯曼，莫瑞 著

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• 第三版
• 9787121110818
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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121110818

商品编码：29780717756

包装：平装

出版时间：2010-07-01

基本信息

书名：开关电源设计(第三版)

定价：98.00元

作者：(美)普利斯曼,莫瑞

出版社：电子工业出版社

出版日期：2010-07-01

ISBN：9787121110818

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.899kg

编辑推荐

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内容提要

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本书为二十几年来世界公认的电源的设计指导著作《开关电源设计》的再版（第三版）。
书中系统地论述了开关电源常用拓扑的基本原理、磁性元件的设计原则及闭环反馈稳定性和驱动保护等。本书在讲述的过程中应用教学式、How&Why;方法，讨论时结合了大量设计实例、设计方程和图表。本书同时涵盖了开关电源技术、材料和器件的*发展等内容。
本书的主要特色内容包括：各种常用开关电源拓扑设计、解决日常设计难题所需的基础知识、变压器及磁设计原理的深入分析，以及在第二版基础上补充的电抗器设计和现代高速IGBT的*驱动条件等。
本书可作为学习、研究高频开关电源的高校师生的教材，并可作为从事开关电源设计、开发的工程师的设计参考资料。

目录

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章　基本拓扑
　1.1　引言——线性调整器和Buck、Boost及反相开关型调整器
　1.2　线性调整器——耗能型调整器
　　1.2.1　基本工作原理
　　1.2.2　线性调整器的缺点
　　1.2.3　串接晶体管的功率损耗
　　1.2.4　线性调整器的效率与输出电压的关系
　　1.2.5　串接PNP型晶体管的低功耗线性调整器
　1.3　开关型调整器拓扑
　　1.3.1　Buck开关型调整器
　　1.3.2　Buck调整器的主要电流波形
　　1.3.3　Buck调整器的效率
　　1.3.4　Buck调整器的效率（考虑交流开关损耗）
　　1.3.5　理想开关频率的选择
　　1.3.6　设计例子
　　1.3.7　输出电容
　　1.3.8　有直流隔离调整输出的Buck调整器的电压调节
　1.4　Boost开关调整器拓扑
　　1.4.1　基本原理
　　1.4.2　Boost调整器的不连续工作模式
　　1.4.3　Boost调整器的连续工作模式
　　1.4.4　不连续工作模式的Boost调整器的设计
　　1.4.5　Boost调整器与反激变换器的关系
　1.5　反极性Boost调整器
　　1.5.1　基本工作原理
　　1.5.2　反极性调整器设计关系
　参考文献
第2章　推挽和正激变换器拓扑
　2.1　引言
　2.2　推挽拓扑
　　2.2.1　基本原理（主/辅输出结构）
　　2.2.2　辅输出的输入—负载调整率
　　2.2.3　辅输出电压偏差
　　2.2.4　主输出电感的小电流限制
　　2.2.5　推挽拓扑中的磁通不平衡（偏磁饱和现象）
　　2.2.6　磁通不平衡的表现
　　2.2.7　磁通不平衡的测试
　　2.2.8　磁通不平衡的解决方法
　　2.2.9　功率变压器设计
　　2.2.10　初/次级绕组的峰值电流及有效值电流
　　2.2.11　开关管的电压应力及漏感尖峰
　　2.2.12　功率开关管损耗
　　2.2.13　推挽拓扑输出功率及输入电压的限制
　　2.2.14　输出滤波器的设计
　2.3　正激变换器拓扑
　　2.3.1　基本工作原理
　　2.3.2　输出/输入电压与导通时间和匝数比的设计关系
　　2.3.3　辅输出电压
　　2.3.4　次级负载、续流二极管及电感的电流
　　2.3.5　初级电流、输出功率及输入电压之间的关系
　　2.3.6　功率开关管大关断电压应力
　　2.3.7　实际输入电压和输出功率限制
　　2.3.8　功率和复位绕组匝数不相等的正激变换器
　　2.3.9　正激变换器电磁理论
　　2.3.10　功率变压器的设计
　　2.3.11　输出滤波器的设计
　2.4　双端正激变换器拓扑
　　2.4.1　基本原理
　　2.4.2　设计原则及变压器的设计
　2.5　交错正激变换器拓扑
　　2.5.1　基本工作原理、优缺点和输出功率限制
　　2.5.2　变压器的设计
　　2.5.3　输出滤波器的设计
　参考文献
第3章　半桥和全桥变换器拓扑
　3.1　引言
　3.2　半桥变换器拓扑
　　3.2.1　工作原理
　　3.2.2　半桥变换器磁设计
　　3.2.3　输出滤波器的设计
　　3.2.4　防止磁通不平衡的隔直电容的选择
　　3.2.5　半桥变换器的漏感问题
　　3.2.6　半桥变换器与双端正激变换器的比较
　　3.2.7　半桥变换器实际输出功率的限制
　3.3　全桥变换器拓扑
　　3.3.1　基本工作原理
　　3.3.2　全桥变换器磁设计
　　3.3.3　输出滤波器的计算
　　3.3.4　变压器初级隔直电容的选择
第4章　反激变换器
第5章　电流模式和电流馈电拓扑
第6章　其他拓扑
第7章　变压器及磁性元件设计
第8章　双极型大功率晶体管的基极驱动电路
第9章　MOSFET和IGBT及其驱动电路
0章　磁放大器后级调节器
1章　开关损耗分析与负载线整形缓冲电路设计
2章　反馈环路的稳定
3章　谐振变换器
4章　开关电源的典型波形
5章　功率因数及功率因数校正
6章　电子镇流器——应用于荧光灯的高频电源
7章　用于笔记本电脑和便携式电子设备的低输入电压变换器
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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现代电子世界的基石：开关电源的奥秘与实践 在当今高度互联和数字化的世界中，我们日常生活中所依赖的无数电子设备，从智能手机、笔记本电脑到服务器、电动汽车，都离不开一个至关重要的组件——开关电源。它们如同能量转换的魔法师，高效地将输入的交流电或直流电转换为设备所需的精确电压和电流。然而，这个看似简单的功能背后，蕴藏着复杂的电路原理、精密的元器件选择以及严谨的设计流程。本书将带领您深入探索开关电源设计的世界，揭示其核心技术、关键考量以及如何在实际项目中实现高效率、高可靠性的电源解决方案。 第一章：开关电源的基本原理与架构 在深入具体的设计之前，我们首先需要建立对开关电源工作机制的宏观认知。本章将从最基础的理论出发，介绍开关电源的核心工作原理——通过高频开关器件（如MOSFET或IGBT）的快速导通与关断，将输入能量以脉冲的形式进行斩波和变换。我们将详细阐述不同拓扑结构（如Buck、Boost、Buck-Boost、Flyback、Forward、Half-Bridge、Full-Bridge等）的基本电路图、工作波形以及各自的优缺点，理解它们在不同应用场景下的适用性。例如，Buck变换器用于降压，Boost变换器用于升压，而Buck-Boost则兼具升降压功能。Flyback变换器因其隔离特性和成本优势，在低功率应用中十分常见。我们将分析这些拓扑结构中能量存储元件（电感和电容）的作用，以及如何通过改变开关器件的占空比来控制输出电压。此外，本章还将介绍脉冲宽度调制（PWM）和脉冲频率调制（PFM）等控制方式，以及它们在调节输出电压中的作用。通过对这些基本原理的深刻理解，为后续的设计实践打下坚实的基础。 第二章：关键元器件的选择与特性分析 开关电源的性能高度依赖于所选元器件的质量和特性。本章将聚焦于构成开关电源的几个关键元器件，深入分析它们的特性、选型原则以及在实际设计中的考量。 功率开关器件（MOSFET/IGBT）： 功率开关器件是开关电源的心脏。我们将详细介绍MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的结构、工作原理、关键参数（如击穿电压、导通电阻、开关速度、栅极电荷等）以及如何根据应用需求进行选择。例如，在低压、高频应用中，MOSFET通常是首选；而在高压、大电流应用中，IGBT可能更适合。我们将讨论不同封装形式（如TO-220, TO-247, D2PAK等）对散热和寄生参数的影响。 二极管： 在很多开关电源拓扑中，二极管用于续流或整流。我们将重点介绍肖特基二极管，强调其低正向压降和快速恢复特性，这对于提高效率至关重要。同时，也会讨论快恢复二极管和超快恢复二极管的应用场景。 电感器： 电感器在开关电源中扮演着能量存储和滤波的角色。本章将深入探讨不同类型的电感器（如空心电感、铁氧体磁芯电感、铁硅磁芯电感等）的结构、参数（如电感值、额定电流、饱和电流、直流电阻、自谐振频率等）以及选型依据。我们将分析磁芯材料对电感性能的影响，以及如何根据电流纹波要求来计算所需的电感值。 电容器： 电容器用于滤波、储能和耦合。我们将详细介绍陶瓷电容、电解电容（铝电解电容、钽电解电容）和薄膜电容的特性、参数（如容值、额定电压、等效串联电阻ESR、等效串联电感ESL等）以及在输入滤波、输出滤波和缓冲等不同应用中的选型考量。特别会强调ESR对效率和纹波的影响。 控制IC（PWM控制器）： PWM控制器是开关电源的“大脑”，负责生成控制信号以调节输出。本章将介绍不同类型的PWM控制器（如电压模式、电流模式、混合模式），以及它们的特点、功能（如软启动、过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护等）和如何根据具体需求选择合适的控制IC。 第三章：高效率设计策略与热管理 在现代电子产品追求绿色节能的趋势下，提高开关电源的效率是设计的关键目标。本章将深入探讨实现高效率的设计策略，并讨论至关重要的热管理问题。 效率损失分析： 我们将剖析开关电源的主要损耗来源，包括： 导通损耗： 主要由功率开关器件的导通电阻和二极管的正向压降引起。 开关损耗： 由功率开关器件在开关过程中（从导通到关断，从关断到导通）的电压电流重叠引起。 磁性元件损耗： 包括磁芯的磁滞损耗和涡流损耗，以及绕组的直流电阻损耗（铜损）和交流电阻损耗（集肤效应、邻近效应）。 电容损耗： 主要由电容的ESR引起。 提高效率的手段： 基于对损耗的分析，本章将介绍多种提高效率的策略： 选择低导通电阻的功率器件和低压降的二极管。 优化开关频率： 在满足尺寸要求的前提下，选择合适的开关频率，平衡开关损耗和磁性元件尺寸。 采用同步整流技术： 用MOSFET代替肖特基二极管，显著降低续流损耗。 使用低损耗的磁性元件： 选择合适的磁芯材料和设计优化的绕组结构。 优化PCB布局： 减小寄生电感和寄生电阻，减少信号回路长度。 采用先进的控制算法： 如突加载调控（Pulse-Skipping）或突加载模式（Burst Mode）来提高轻载效率。 热管理： 开关电源工作时会产生大量的热量，有效的热管理是确保其可靠性和寿命的关键。本章将介绍： 散热原理： 热传导、热对流和热辐射。 散热设计技术： PCB布局优化： 利用大面积铜箔作为散热片，引导热量扩散。 散热器（Heatsink）选型与安装： 根据发热量和环境温度选择合适的散热器，并考虑导热硅胶的使用。 风扇散热： 在必要时采用主动风冷。 热敏元件的布局： 将温度敏感元器件放置在散热良好的位置。 热仿真分析： 利用仿真工具预测和优化散热性能。 第四章：EMI/EMC设计与安全规范 开关电源在工作过程中会产生电磁干扰（EMI），并可能受到外部电磁干扰（EMS）的影响，同时还需要符合相关的安全规范。本章将详细探讨EMI/EMC的设计原则和安全考量。 EMI产生的根源： 开关动作： 功率开关器件的快速开关过程会产生高频谐波。 电流环路： 大电流快速变化的回路会形成辐射源。 寄生参数： PCB走线、元器件的寄生电感和电容会产生谐振，放大EMI。 EMI抑制技术： 源头抑制： 选择低EMI的元器件： 如软开关技术（ZVS/ZCS）。 优化开关波形： 减小di/dt和dv/dt。 减小高频电流回路面积。 传导抑制： 输入/输出滤波： 使用EMI滤波器，包括共模电感、差模电感、X/Y电容。 PCB布局优化： 缩短高频信号路径，合理分割地平面。 辐射抑制： 屏蔽： 使用金属外壳或屏蔽罩。 优化PCB布局： 避免长而平行的走线。 接地设计： 采用星型接地或单点接地，减少地线阻抗。 EMS（电磁敏感性）应对： 良好的滤波设计。 接地和屏蔽。 元器件的防护。 安全规范： 绝缘设计： 确保隔离电压，防止触电。 漏电流控制： 满足相关标准要求。 过压、过流、过温保护： 设计可靠的保护电路，防止设备损坏和人身伤害。 安规认证： 了解并遵循UL、CE、CCC等相关安全认证标准。 第五章：实际设计案例与应用 理论与实践相结合才能更好地掌握开关电源设计。本章将通过具体的应用案例，展示如何将前几章所学的原理和技术应用到实际设计中。 案例一：低功率LED驱动电源设计 分析LED驱动电源的特殊需求（恒流输出、高效率、长寿命）。 选择合适的拓扑结构（如Flyback或Buck-Boost）。 详细讲解元器件的选择和EMI滤波设计。 案例二：中等功率PCBA电源设计 讨论PCBA电源通常需要满足的输入电压范围、输出电压组合以及功率要求。 分析多路输出电源的设计挑战。 重点讲解热管理和可靠性设计。 案例三：高功率服务器电源设计 探讨高功率电源对效率、功率密度、动态响应和可靠性的严苛要求。 分析例如LLC谐振变换器等先进拓扑的应用。 讨论电源系统的冗余设计和智能监控。 通过这些实际案例，读者将能够更直观地理解开关电源设计的全过程，从需求分析、原理设计、元器件选型到PCB布局、测试验证，从而提升实际操作能力。 第六章：电源设计工具与仿真技术 在现代电源设计流程中，各种设计工具和仿真技术扮演着越来越重要的角色，它们能够显著提高设计效率，降低开发成本，并帮助工程师更早地发现和解决潜在问题。 EDA（电子设计自动化）工具： 电路仿真软件（如PSPICE, LTspice, PSpice for TI, SIMetrix）： 学习如何使用这些强大的仿真工具来验证电路原理、分析波形、预测性能，并对设计进行优化。我们将演示如何搭建开关电源电路模型，设置仿真参数，以及如何解读仿真结果。 PCB布局布线工具（如Altium Designer, Eagle, OrCAD）： 介绍如何在PCB布局布线工具中进行合理的元器件布局，规划高频电流路径，设计接地策略，以最大程度地减小EMI并提高热性能。 元器件选型工具与数据库： 介绍各元器件制造商提供的在线选型工具和产品数据库，如何利用这些资源快速找到符合设计要求的元器件。 热仿真工具（如ANSYS Icepak, COMSOL）： 简要介绍热仿真工具如何帮助工程师进行热管理分析，预测元器件温度，并优化散热设计。 EMI/EMC仿真工具： 了解部分仿真工具也支持EMI/EMC的预测和分析，为设计阶段的电磁兼容性提供参考。 本章旨在帮助读者熟悉并掌握现代电源设计常用的软件工具，将其有效地融入到实际的设计流程中，从而提高设计的效率和质量。 结论 开关电源作为现代电子设备不可或缺的动力核心，其设计是一个融合了理论知识、实践经验和工程智慧的复杂过程。本书从基本原理出发，深入剖析了关键元器件的特性，讲解了提高效率和热管理的策略，探讨了EMI/EMC设计与安全规范，并通过实际案例演示了设计流程，最后介绍了常用的设计工具与仿真技术。通过本书的学习，期望能够帮助您掌握开关电源设计的核心技能，洞悉其内在的奥秘，并在未来的设计项目中，能够自信地构建出高效、可靠、安全的电源解决方案，为不断发展的电子技术贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的知识体系构建得极具系统性，它成功地将开关电源这个看似庞杂的领域，拆解成了一系列逻辑清晰、相互关联的模块。从最基础的能量守恒定律出发，逐步搭建起对 Buck、Boost、Flyback 等基本拓扑的理解，然后无缝衔接到更复杂的桥式结构和PFC电路。这种自下而上的构建过程，极大地降低了学习的认知负荷。我曾尝试通过零散的在线教程来学习，结果总是抓不住重点，学完一个知识点后，很难将其嵌入到整个电源系统的框架中去。但这本书就像一张详尽的地图，它不仅告诉你每个站点的具体信息，还标明了所有站点之间的最优路径和交通规则。对于希望建立完整知识框架的自学者来说，这本书提供的结构化学习路径是无价的。它确保了知识点的完整性，避免了学习过程中出现逻辑断层。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验方面，作者的叙事风格着实让人耳目一新，完全没有传统技术书籍那种生硬、枯燥的“说明书腔调”。相反，它更像是请了一位经验丰富的前辈坐在你对面，用极其清晰且富有洞察力的语言，将那些看似高深的理论掰开揉碎了讲给你听。比如，在解释某个特定保护电路的工作机理时，作者没有直接抛出复杂的数学公式，而是先从一个实际故障场景入手，分析为什么需要这个保护，然后自然而然地引出其背后的物理原理和设计考量。这种“问题导向”的叙述方式，极大地激发了我的求知欲和动手欲。我发现自己不再是被动地接受信息，而是主动地去思考“如果我是设计者，我会怎么做”。书中对一些经典设计陷阱的剖析尤其到位，很多是我自己踩过的坑，看到作者用如此精炼的语言总结出来，真是感慨万千，有种“相见恨晚”的感觉。这种深入浅出、充满人情味的写作风格，极大地降低了学习门槛。

评分☆☆☆☆☆

让我印象最深刻的是，这本书在“工程实践性”方面的侧重，这使得它与其他纯理论书籍拉开了明显的档次。作者似乎深谙实际项目中的痛点，书中的案例分析不是那种完美无缺的理论模型，而是充满了实际工程中的妥协和取舍。例如，在讨论元件选型时，书中不仅给出了理想参数，还详细分析了不同品牌、不同封装的元件在实际热阻、寄生参数和成本控制上的权衡。这种贴近实际的设计哲学贯穿始终，让人感觉自己不是在看一本冰冷的参考书，而是在参与一个真实的项目设计评审。我根据书中的指导优化了手头一个正在进行的项目中的一个反馈环路设计，结果系统的稳定裕度和瞬态性能都有了显著提升，这直接证明了书中方法论的可靠性和实操价值。它教会我的不仅是设计规则，更是一种成熟的工程师思维模式。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度是超乎我预期的，它显然不是那种只停留在表面概念介绍的入门读物。作者在处理高级主题时展现出的专业功力令人信服，那些关于环路补偿、瞬态响应分析以及电磁兼容性（EMC）的章节，简直可以作为硕士研究生课程的参考教材。特别是对于新型功率器件和控制算法的探讨，看得出作者紧跟了行业最新的发展脉络，没有固步自封于陈旧的知识。我特别欣赏它在理论推导上的严谨性，所有的结论都有坚实的数学基础支撑，绝非空穴来风的经验之谈。不过，这种深度也意味着，对于完全零基础的新手来说，可能需要反复阅读和查阅其他资料才能完全消化。但这恰恰证明了这本书的价值所在——它面向的是那些渴望从“会用”走向“精通”的工程师群体，它提供的不仅仅是“如何做”的答案，更是“为什么这么做”的深刻理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和排版简直是教科书级别的典范，看得出来出版社在细节上是下了真功夫的。纸张的质感非常舒服，不是那种廉价的反光纸，长时间阅读也不会让眼睛感到疲劳。更值得称赞的是，插图和电路图的清晰度极高，线条锐利，元件标注一目了然，这对于我们这些需要精确对照原理图进行设计的工程师来说，简直是福音。我过去翻阅一些老旧的资料时，常常因为图例模糊不清而不得不花费大量时间去猜测，但这本书完美地解决了这个问题。即便是最复杂的开关拓扑结构，配合着精细的图示，也能让人迅速抓住其核心逻辑。而且，书中的章节结构组织得非常合理，从基础的理论概念过渡到具体的应用案例，逻辑链条一气呵成，学习起来毫无滞涩感。即便是初次接触这个领域的读者，也能通过这种循序渐进的方式建立起扎实的知识体系。这种对细节的极致追求，让这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一件精美的工艺品，让人爱不释手，也更愿意沉下心去钻研其中的奥秘。