開關電源設計(第三版) 9787121110818 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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美普利斯曼，莫瑞 著

圖書標籤:

• 開關電源
• 電源設計
• 電力電子
• 電子工程
• 電路分析
• 第三版
• 9787121110818
• 技術參考
• 專業書籍
• 電子技術

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齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121110818

商品編碼：29780717756

包裝：平裝

齣版時間：2010-07-01

基本信息

書名：開關電源設計(第三版)

定價：98.00元

作者：(美)普利斯曼,莫瑞

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2010-07-01

ISBN：9787121110818

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.899kg

編輯推薦

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內容提要

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本書為二十幾年來世界公認的電源的設計指導著作《開關電源設計》的再版（第三版）。
書中係統地論述瞭開關電源常用拓撲的基本原理、磁性元件的設計原則及閉環反饋穩定性和驅動保護等。本書在講述的過程中應用教學式、How&Why;方法，討論時結閤瞭大量設計實例、設計方程和圖錶。本書同時涵蓋瞭開關電源技術、材料和器件的*發展等內容。
本書的主要特色內容包括：各種常用開關電源拓撲設計、解決日常設計難題所需的基礎知識、變壓器及磁設計原理的深入分析，以及在第二版基礎上補充的電抗器設計和現代高速IGBT的*驅動條件等。
本書可作為學習、研究高頻開關電源的高校師生的教材，並可作為從事開關電源設計、開發的工程師的設計參考資料。

目錄

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章　基本拓撲
　1.1　引言——綫性調整器和Buck、Boost及反相開關型調整器
　1.2　綫性調整器——耗能型調整器
　　1.2.1　基本工作原理
　　1.2.2　綫性調整器的缺點
　　1.2.3　串接晶體管的功率損耗
　　1.2.4　綫性調整器的效率與輸齣電壓的關係
　　1.2.5　串接PNP型晶體管的低功耗綫性調整器
　1.3　開關型調整器拓撲
　　1.3.1　Buck開關型調整器
　　1.3.2　Buck調整器的主要電流波形
　　1.3.3　Buck調整器的效率
　　1.3.4　Buck調整器的效率（考慮交流開關損耗）
　　1.3.5　理想開關頻率的選擇
　　1.3.6　設計例子
　　1.3.7　輸齣電容
　　1.3.8　有直流隔離調整輸齣的Buck調整器的電壓調節
　1.4　Boost開關調整器拓撲
　　1.4.1　基本原理
　　1.4.2　Boost調整器的不連續工作模式
　　1.4.3　Boost調整器的連續工作模式
　　1.4.4　不連續工作模式的Boost調整器的設計
　　1.4.5　Boost調整器與反激變換器的關係
　1.5　反極性Boost調整器
　　1.5.1　基本工作原理
　　1.5.2　反極性調整器設計關係
　參考文獻
第2章　推挽和正激變換器拓撲
　2.1　引言
　2.2　推挽拓撲
　　2.2.1　基本原理（主/輔輸齣結構）
　　2.2.2　輔輸齣的輸入—負載調整率
　　2.2.3　輔輸齣電壓偏差
　　2.2.4　主輸齣電感的小電流限製
　　2.2.5　推挽拓撲中的磁通不平衡（偏磁飽和現象）
　　2.2.6　磁通不平衡的錶現
　　2.2.7　磁通不平衡的測試
　　2.2.8　磁通不平衡的解決方法
　　2.2.9　功率變壓器設計
　　2.2.10　初/次級繞組的峰值電流及有效值電流
　　2.2.11　開關管的電壓應力及漏感尖峰
　　2.2.12　功率開關管損耗
　　2.2.13　推挽拓撲輸齣功率及輸入電壓的限製
　　2.2.14　輸齣濾波器的設計
　2.3　正激變換器拓撲
　　2.3.1　基本工作原理
　　2.3.2　輸齣/輸入電壓與導通時間和匝數比的設計關係
　　2.3.3　輔輸齣電壓
　　2.3.4　次級負載、續流二極管及電感的電流
　　2.3.5　初級電流、輸齣功率及輸入電壓之間的關係
　　2.3.6　功率開關管大關斷電壓應力
　　2.3.7　實際輸入電壓和輸齣功率限製
　　2.3.8　功率和復位繞組匝數不相等的正激變換器
　　2.3.9　正激變換器電磁理論
　　2.3.10　功率變壓器的設計
　　2.3.11　輸齣濾波器的設計
　2.4　雙端正激變換器拓撲
　　2.4.1　基本原理
　　2.4.2　設計原則及變壓器的設計
　2.5　交錯正激變換器拓撲
　　2.5.1　基本工作原理、優缺點和輸齣功率限製
　　2.5.2　變壓器的設計
　　2.5.3　輸齣濾波器的設計
　參考文獻
第3章　半橋和全橋變換器拓撲
　3.1　引言
　3.2　半橋變換器拓撲
　　3.2.1　工作原理
　　3.2.2　半橋變換器磁設計
　　3.2.3　輸齣濾波器的設計
　　3.2.4　防止磁通不平衡的隔直電容的選擇
　　3.2.5　半橋變換器的漏感問題
　　3.2.6　半橋變換器與雙端正激變換器的比較
　　3.2.7　半橋變換器實際輸齣功率的限製
　3.3　全橋變換器拓撲
　　3.3.1　基本工作原理
　　3.3.2　全橋變換器磁設計
　　3.3.3　輸齣濾波器的計算
　　3.3.4　變壓器初級隔直電容的選擇
第4章　反激變換器
第5章　電流模式和電流饋電拓撲
第6章　其他拓撲
第7章　變壓器及磁性元件設計
第8章　雙極型大功率晶體管的基極驅動電路
第9章　MOSFET和IGBT及其驅動電路
0章　磁放大器後級調節器
1章　開關損耗分析與負載綫整形緩衝電路設計
2章　反饋環路的穩定
3章　諧振變換器
4章　開關電源的典型波形
5章　功率因數及功率因數校正
6章　電子鎮流器——應用於熒光燈的高頻電源
7章　用於筆記本電腦和便攜式電子設備的低輸入電壓變換器
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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現代電子世界的基石：開關電源的奧秘與實踐 在當今高度互聯和數字化的世界中，我們日常生活中所依賴的無數電子設備，從智能手機、筆記本電腦到服務器、電動汽車，都離不開一個至關重要的組件——開關電源。它們如同能量轉換的魔法師，高效地將輸入的交流電或直流電轉換為設備所需的精確電壓和電流。然而，這個看似簡單的功能背後，蘊藏著復雜的電路原理、精密的元器件選擇以及嚴謹的設計流程。本書將帶領您深入探索開關電源設計的世界，揭示其核心技術、關鍵考量以及如何在實際項目中實現高效率、高可靠性的電源解決方案。 第一章：開關電源的基本原理與架構 在深入具體的設計之前，我們首先需要建立對開關電源工作機製的宏觀認知。本章將從最基礎的理論齣發，介紹開關電源的核心工作原理——通過高頻開關器件（如MOSFET或IGBT）的快速導通與關斷，將輸入能量以脈衝的形式進行斬波和變換。我們將詳細闡述不同拓撲結構（如Buck、Boost、Buck-Boost、Flyback、Forward、Half-Bridge、Full-Bridge等）的基本電路圖、工作波形以及各自的優缺點，理解它們在不同應用場景下的適用性。例如，Buck變換器用於降壓，Boost變換器用於升壓，而Buck-Boost則兼具升降壓功能。Flyback變換器因其隔離特性和成本優勢，在低功率應用中十分常見。我們將分析這些拓撲結構中能量存儲元件（電感和電容）的作用，以及如何通過改變開關器件的占空比來控製輸齣電壓。此外，本章還將介紹脈衝寬度調製（PWM）和脈衝頻率調製（PFM）等控製方式，以及它們在調節輸齣電壓中的作用。通過對這些基本原理的深刻理解，為後續的設計實踐打下堅實的基礎。 第二章：關鍵元器件的選擇與特性分析 開關電源的性能高度依賴於所選元器件的質量和特性。本章將聚焦於構成開關電源的幾個關鍵元器件，深入分析它們的特性、選型原則以及在實際設計中的考量。 功率開關器件（MOSFET/IGBT）： 功率開關器件是開關電源的心髒。我們將詳細介紹MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）和IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的結構、工作原理、關鍵參數（如擊穿電壓、導通電阻、開關速度、柵極電荷等）以及如何根據應用需求進行選擇。例如，在低壓、高頻應用中，MOSFET通常是首選；而在高壓、大電流應用中，IGBT可能更適閤。我們將討論不同封裝形式（如TO-220, TO-247, D2PAK等）對散熱和寄生參數的影響。 二極管： 在很多開關電源拓撲中，二極管用於續流或整流。我們將重點介紹肖特基二極管，強調其低正嚮壓降和快速恢復特性，這對於提高效率至關重要。同時，也會討論快恢復二極管和超快恢復二極管的應用場景。 電感器： 電感器在開關電源中扮演著能量存儲和濾波的角色。本章將深入探討不同類型的電感器（如空心電感、鐵氧體磁芯電感、鐵矽磁芯電感等）的結構、參數（如電感值、額定電流、飽和電流、直流電阻、自諧振頻率等）以及選型依據。我們將分析磁芯材料對電感性能的影響，以及如何根據電流紋波要求來計算所需的電感值。 電容器： 電容器用於濾波、儲能和耦閤。我們將詳細介紹陶瓷電容、電解電容（鋁電解電容、鉭電解電容）和薄膜電容的特性、參數（如容值、額定電壓、等效串聯電阻ESR、等效串聯電感ESL等）以及在輸入濾波、輸齣濾波和緩衝等不同應用中的選型考量。特彆會強調ESR對效率和紋波的影響。 控製IC（PWM控製器）： PWM控製器是開關電源的“大腦”，負責生成控製信號以調節輸齣。本章將介紹不同類型的PWM控製器（如電壓模式、電流模式、混閤模式），以及它們的特點、功能（如軟啓動、過壓保護、欠壓保護、過流保護、過溫保護等）和如何根據具體需求選擇閤適的控製IC。 第三章：高效率設計策略與熱管理 在現代電子産品追求綠色節能的趨勢下，提高開關電源的效率是設計的關鍵目標。本章將深入探討實現高效率的設計策略，並討論至關重要的熱管理問題。 效率損失分析： 我們將剖析開關電源的主要損耗來源，包括： 導通損耗： 主要由功率開關器件的導通電阻和二極管的正嚮壓降引起。 開關損耗： 由功率開關器件在開關過程中（從導通到關斷，從關斷到導通）的電壓電流重疊引起。 磁性元件損耗： 包括磁芯的磁滯損耗和渦流損耗，以及繞組的直流電阻損耗（銅損）和交流電阻損耗（集膚效應、鄰近效應）。 電容損耗： 主要由電容的ESR引起。 提高效率的手段： 基於對損耗的分析，本章將介紹多種提高效率的策略： 選擇低導通電阻的功率器件和低壓降的二極管。 優化開關頻率： 在滿足尺寸要求的前提下，選擇閤適的開關頻率，平衡開關損耗和磁性元件尺寸。 采用同步整流技術： 用MOSFET代替肖特基二極管，顯著降低續流損耗。 使用低損耗的磁性元件： 選擇閤適的磁芯材料和設計優化的繞組結構。 優化PCB布局： 減小寄生電感和寄生電阻，減少信號迴路長度。 采用先進的控製算法： 如突加載調控（Pulse-Skipping）或突加載模式（Burst Mode）來提高輕載效率。 熱管理： 開關電源工作時會産生大量的熱量，有效的熱管理是確保其可靠性和壽命的關鍵。本章將介紹： 散熱原理： 熱傳導、熱對流和熱輻射。 散熱設計技術： PCB布局優化： 利用大麵積銅箔作為散熱片，引導熱量擴散。 散熱器（Heatsink）選型與安裝： 根據發熱量和環境溫度選擇閤適的散熱器，並考慮導熱矽膠的使用。 風扇散熱： 在必要時采用主動風冷。 熱敏元件的布局： 將溫度敏感元器件放置在散熱良好的位置。 熱仿真分析： 利用仿真工具預測和優化散熱性能。 第四章：EMI/EMC設計與安全規範 開關電源在工作過程中會産生電磁乾擾（EMI），並可能受到外部電磁乾擾（EMS）的影響，同時還需要符閤相關的安全規範。本章將詳細探討EMI/EMC的設計原則和安全考量。 EMI産生的根源： 開關動作： 功率開關器件的快速開關過程會産生高頻諧波。 電流環路： 大電流快速變化的迴路會形成輻射源。 寄生參數： PCB走綫、元器件的寄生電感和電容會産生諧振，放大EMI。 EMI抑製技術： 源頭抑製： 選擇低EMI的元器件： 如軟開關技術（ZVS/ZCS）。 優化開關波形： 減小di/dt和dv/dt。 減小高頻電流迴路麵積。 傳導抑製： 輸入/輸齣濾波： 使用EMI濾波器，包括共模電感、差模電感、X/Y電容。 PCB布局優化： 縮短高頻信號路徑，閤理分割地平麵。 輻射抑製： 屏蔽： 使用金屬外殼或屏蔽罩。 優化PCB布局： 避免長而平行的走綫。 接地設計： 采用星型接地或單點接地，減少地綫阻抗。 EMS（電磁敏感性）應對： 良好的濾波設計。 接地和屏蔽。 元器件的防護。 安全規範： 絕緣設計： 確保隔離電壓，防止觸電。 漏電流控製： 滿足相關標準要求。 過壓、過流、過溫保護： 設計可靠的保護電路，防止設備損壞和人身傷害。 安規認證： 瞭解並遵循UL、CE、CCC等相關安全認證標準。 第五章：實際設計案例與應用 理論與實踐相結閤纔能更好地掌握開關電源設計。本章將通過具體的應用案例，展示如何將前幾章所學的原理和技術應用到實際設計中。 案例一：低功率LED驅動電源設計 分析LED驅動電源的特殊需求（恒流輸齣、高效率、長壽命）。 選擇閤適的拓撲結構（如Flyback或Buck-Boost）。 詳細講解元器件的選擇和EMI濾波設計。 案例二：中等功率PCBA電源設計 討論PCBA電源通常需要滿足的輸入電壓範圍、輸齣電壓組閤以及功率要求。 分析多路輸齣電源的設計挑戰。 重點講解熱管理和可靠性設計。 案例三：高功率服務器電源設計 探討高功率電源對效率、功率密度、動態響應和可靠性的嚴苛要求。 分析例如LLC諧振變換器等先進拓撲的應用。 討論電源係統的冗餘設計和智能監控。 通過這些實際案例，讀者將能夠更直觀地理解開關電源設計的全過程，從需求分析、原理設計、元器件選型到PCB布局、測試驗證，從而提升實際操作能力。 第六章：電源設計工具與仿真技術 在現代電源設計流程中，各種設計工具和仿真技術扮演著越來越重要的角色，它們能夠顯著提高設計效率，降低開發成本，並幫助工程師更早地發現和解決潛在問題。 EDA（電子設計自動化）工具： 電路仿真軟件（如PSPICE, LTspice, PSpice for TI, SIMetrix）： 學習如何使用這些強大的仿真工具來驗證電路原理、分析波形、預測性能，並對設計進行優化。我們將演示如何搭建開關電源電路模型，設置仿真參數，以及如何解讀仿真結果。 PCB布局布綫工具（如Altium Designer, Eagle, OrCAD）： 介紹如何在PCB布局布綫工具中進行閤理的元器件布局，規劃高頻電流路徑，設計接地策略，以最大程度地減小EMI並提高熱性能。 元器件選型工具與數據庫： 介紹各元器件製造商提供的在綫選型工具和産品數據庫，如何利用這些資源快速找到符閤設計要求的元器件。 熱仿真工具（如ANSYS Icepak, COMSOL）： 簡要介紹熱仿真工具如何幫助工程師進行熱管理分析，預測元器件溫度，並優化散熱設計。 EMI/EMC仿真工具： 瞭解部分仿真工具也支持EMI/EMC的預測和分析，為設計階段的電磁兼容性提供參考。 本章旨在幫助讀者熟悉並掌握現代電源設計常用的軟件工具，將其有效地融入到實際的設計流程中，從而提高設計的效率和質量。 結論 開關電源作為現代電子設備不可或缺的動力核心，其設計是一個融閤瞭理論知識、實踐經驗和工程智慧的復雜過程。本書從基本原理齣發，深入剖析瞭關鍵元器件的特性，講解瞭提高效率和熱管理的策略，探討瞭EMI/EMC設計與安全規範，並通過實際案例演示瞭設計流程，最後介紹瞭常用的設計工具與仿真技術。通過本書的學習，期望能夠幫助您掌握開關電源設計的核心技能，洞悉其內在的奧秘，並在未來的設計項目中，能夠自信地構建齣高效、可靠、安全的電源解決方案，為不斷發展的電子技術貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

讓我印象最深刻的是，這本書在“工程實踐性”方麵的側重，這使得它與其他純理論書籍拉開瞭明顯的檔次。作者似乎深諳實際項目中的痛點，書中的案例分析不是那種完美無缺的理論模型，而是充滿瞭實際工程中的妥協和取捨。例如，在討論元件選型時，書中不僅給齣瞭理想參數，還詳細分析瞭不同品牌、不同封裝的元件在實際熱阻、寄生參數和成本控製上的權衡。這種貼近實際的設計哲學貫穿始終，讓人感覺自己不是在看一本冰冷的參考書，而是在參與一個真實的項目設計評審。我根據書中的指導優化瞭手頭一個正在進行的項目中的一個反饋環路設計，結果係統的穩定裕度和瞬態性能都有瞭顯著提升，這直接證明瞭書中方法論的可靠性和實操價值。它教會我的不僅是設計規則，更是一種成熟的工程師思維模式。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度是超乎我預期的，它顯然不是那種隻停留在錶麵概念介紹的入門讀物。作者在處理高級主題時展現齣的專業功力令人信服，那些關於環路補償、瞬態響應分析以及電磁兼容性（EMC）的章節，簡直可以作為碩士研究生課程的參考教材。特彆是對於新型功率器件和控製算法的探討，看得齣作者緊跟瞭行業最新的發展脈絡，沒有固步自封於陳舊的知識。我特彆欣賞它在理論推導上的嚴謹性，所有的結論都有堅實的數學基礎支撐，絕非空穴來風的經驗之談。不過，這種深度也意味著，對於完全零基礎的新手來說，可能需要反復閱讀和查閱其他資料纔能完全消化。但這恰恰證明瞭這本書的價值所在——它麵嚮的是那些渴望從“會用”走嚮“精通”的工程師群體，它提供的不僅僅是“如何做”的答案，更是“為什麼這麼做”的深刻理解。

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗方麵，作者的敘事風格著實讓人耳目一新，完全沒有傳統技術書籍那種生硬、枯燥的“說明書腔調”。相反，它更像是請瞭一位經驗豐富的前輩坐在你對麵，用極其清晰且富有洞察力的語言，將那些看似高深的理論掰開揉碎瞭講給你聽。比如，在解釋某個特定保護電路的工作機理時，作者沒有直接拋齣復雜的數學公式，而是先從一個實際故障場景入手，分析為什麼需要這個保護，然後自然而然地引齣其背後的物理原理和設計考量。這種“問題導嚮”的敘述方式，極大地激發瞭我的求知欲和動手欲。我發現自己不再是被動地接受信息，而是主動地去思考“如果我是設計者，我會怎麼做”。書中對一些經典設計陷阱的剖析尤其到位，很多是我自己踩過的坑，看到作者用如此精煉的語言總結齣來，真是感慨萬韆，有種“相見恨晚”的感覺。這種深入淺齣、充滿人情味的寫作風格，極大地降低瞭學習門檻。

評分☆☆☆☆☆

這本書的知識體係構建得極具係統性，它成功地將開關電源這個看似龐雜的領域，拆解成瞭一係列邏輯清晰、相互關聯的模塊。從最基礎的能量守恒定律齣發，逐步搭建起對 Buck、Boost、Flyback 等基本拓撲的理解，然後無縫銜接到更復雜的橋式結構和PFC電路。這種自下而上的構建過程，極大地降低瞭學習的認知負荷。我曾嘗試通過零散的在綫教程來學習，結果總是抓不住重點，學完一個知識點後，很難將其嵌入到整個電源係統的框架中去。但這本書就像一張詳盡的地圖，它不僅告訴你每個站點的具體信息，還標明瞭所有站點之間的最優路徑和交通規則。對於希望建立完整知識框架的自學者來說，這本書提供的結構化學習路徑是無價的。它確保瞭知識點的完整性，避免瞭學習過程中齣現邏輯斷層。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和排版簡直是教科書級彆的典範，看得齣來齣版社在細節上是下瞭真功夫的。紙張的質感非常舒服，不是那種廉價的反光紙，長時間閱讀也不會讓眼睛感到疲勞。更值得稱贊的是，插圖和電路圖的清晰度極高，綫條銳利，元件標注一目瞭然，這對於我們這些需要精確對照原理圖進行設計的工程師來說，簡直是福音。我過去翻閱一些老舊的資料時，常常因為圖例模糊不清而不得不花費大量時間去猜測，但這本書完美地解決瞭這個問題。即便是最復雜的開關拓撲結構，配閤著精細的圖示，也能讓人迅速抓住其核心邏輯。而且，書中的章節結構組織得非常閤理，從基礎的理論概念過渡到具體的應用案例，邏輯鏈條一氣嗬成，學習起來毫無滯澀感。即便是初次接觸這個領域的讀者，也能通過這種循序漸進的方式建立起紮實的知識體係。這種對細節的極緻追求，讓這本書不僅僅是一本技術手冊，更像是一件精美的工藝品，讓人愛不釋手，也更願意沉下心去鑽研其中的奧秘。