基本信息
书名:Saber电路仿真及开关电源设计
定价:58.00元
作者:柯福波
出版社:电子工业出版社
出版日期:2017-02-01
ISBN:9787121309496
字数:
页码:
版次:1
装帧:平装-胶订
开本:16开
商品重量:0.4kg
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内容提要
本书以Saber开关电源为基础,以具体工程电路为范例,详尽讲解了Saber常用工具和高级仿真工具的应用。内容包括Saber元件库建模、Saber仿真实例、Saber MAST语言建模,以及开关电源的设计与布线。本书可作为开关电源设计相关专业的教学用书,也可以作为电类本、专科学生作为全面掌握Saber开关电源与仿真知识的参书。
目录
目 录
第 章 开关电源导论1
1.1 简 介1
1.2 开关电源原理4
1.2.1 DC/DC变换4
1.2.2 AC/DC变换5
1.3 开关电源设计指标8
1.3.1 描述输入电压影响输出电压的几个指标形式8
1.3.2 负载对输出电压影响的几种指标形式9
1.3.3 纹波电压的几个指标形式9
1.3.4 冲击电流9
1.3.5 过流保护9
1.3.6 过压保护10
1.3.7 输出压保护10
1.3.8 过热保护10
1.3.9 温度漂移和温度系数10
1.3.10 漂移10
1.3.11 响应时间10
1.3.12 失真10
1.3.13 噪声11
1.3.14 输入噪声11
1.3.15 浪涌11
1.3.16 静电噪声11
1.3.17 稳定度11
1.3.18 电气安全要求(GB 4943—90)11
1.4 开关电源的干扰及其抑制12
1.4.1 开关电源干扰的产生12
1.4.2 开关电源干扰耦合途径14
1.4.3 抑制干扰的一些措施15
1.5 开关电源的发展17
第 章 Saber仿真工具介绍19
2.1 DC Operating Point Analysis(直流工作点分析)19
2.2 Small-Signal AC Analysis(交流小信号分析)21
2.3 Time-Domain Analysis(瞬态分析)23
2.4 DC Transfer Analysis(直流扫描分析)25
2.5 Monte Carlo Analysis(蒙特卡罗分析)26
2.6 Pole-Zero Analysis(零极点分析)28
2.7 参数扫描分析29
2.8 Fourier Transform (傅立叶分析)30
2.9 Saber电力电子元件库翻译33
第 章 开关电源设计40
3.1 变压器设计40
3.1.1 变压器的工作原理40
3.1.2 变压器的等效模型42
3.1.3 高频变压器设计原则43
3.2 RCD吸收回路46
3.3 输出滤波电解器设计50
3.4 开关电压设计实例52
第 章 开关电源环路设计55
4.1 绪 论55
4.2 自动控制理论基础56
4.3 BUCK电路小信号分析57
4.4 反激电源的数学模型64
第 章 磁性材料及其建模仿真69
5.1 磁的基本概念69
5.2 电磁理论及磁性材料72
5.2.1 电磁定律72
5.2.2 磁性材料74
5.3 磁性器件电气参数计算76
第 章 电力电源开关器件85
6.1 MOS管简介85
6.2 MOS管特性曲线87
6.3 MOS管重点参数89
6.4 MOS管的通断过程93
6.5 MOS管的小信号模型95
6.6 功率MOS管的开关损耗96
第 章 电力电子器件建模与 MAST应用实例99
7.1 计算机仿真概述99
7.2 计算机仿真方法101
7.3 基本器件模型102
7.4 MAST语言建模与仿真110
第 章 BUCK电路仿真实例分析130
8.1 BUCK电路结构130
8.2 BUCK电路工作原理基本关系式130
8.3 电感电流在连续模式下工作原理和关系式137
8.4 电感电流断续模式下电路原理和关系式139
8.5 BUCK电路Saber仿真140
第 章 BOOST电路仿真建模144
9.1 BOOST电路结构144
9.2 工作原理与基本关系式144
9.3 BOOST电路仿真148
第 章 反激式开关电源仿真156
10.1 反激式开关电源概况156
10.2 反激开关电源的工作原理157
10.3 反激开关电源Saber仿真161
第 章 正激开关电源仿真172
11.1 正激开关电源简介172
11.2 正激开关电源结构172
11.3 正激开关电源工作原理173
11.4 正激开关电源Saber仿真176
第 章 半桥开关电源仿真184
12.1 半桥电源概述184
12.2 半桥变换器电路结构及作用184
12.3 半桥电源的工作原理及相关参数关系式185
12.4 半桥开关电源Saber仿真189
第 章 开关电源PCB设计技术195
13.1 PCB技术195
13.1.1 PCB的功能与特点195
13.1.2 PCB的分类197
13.1.3 PCB的基本组成元素198
13.2 PCB设计200
13.2.1 PCB设计流程200
13.2.2 PCB布局设计201
13.2.3 飞线与PCB布局204
13.2.4 PCB布线设计205
13.3 开关电源PCB设计指导211
13.3.1 PCB设计指导211
13.3.2 PCB工艺设计219
13.3.3 开关电源整体设计原则226
13.3.4 安规作业229
第 章 开关电源PCB设计实例232
14.1 降压式开关电源设计实例232
14.1.1 电路原理图232
14.1.2 工作原理232
14.1.3 变压器绕制方式235
14.1.4 PCB设计236
14.2 升压式开关电源设计实例237
14.2.1 电路原理图237
14.2.2 工作原理239
14.2.3 PCB设计242
14.3 数控稳压电源设计实例243
14.3.1 电路工作原理244
14.3.2 PCB设计249
第 章 一天学会用PADS设计开关电源251
15.1 元件库设计251
15.2 原理图设计273
15.3 网表导入274
15.4 导入结构图确定板框275
15.5 与原理图交互布局277
15.6 手工布线278
15.7 设计验证279
15.7.1 安全间距验证279
15.7.2 连接性验证280
15.8 丝印调整及尺寸标注280
15.9 输出文件282
参文献288
作者介绍
林超文,EDA365论坛荣誉版主,目前负责EDA365论坛PADS和AD版块的管理与维护。兴森科技CAD事业部二部经理,有十余年高速PCB设计与EDA软件培训经验;长期专注于军用和民用产品的PCB设计及培训工作,具备丰富的PCB设计实践和工程经验,擅长航空电子类、医疗工控类、数码电子类产品的设计,曾在北京、上海、深圳等地主讲多场关于高速高密度PCB设计方法和印制板设计技术的公益培训和讲座。
文摘
序言
作为一名在电力电子领域摸索多年的工程师,我深知理论知识的扎实是基础,而强大的仿真工具则是将理论转化为实际产品的加速器。Saber,作为一款在业界享有盛誉的仿真软件,其在电路仿真领域的地位不言而喻。而《Saber电路仿真及开关电源设计》这本书的出现,则恰好将我一直以来对Saber在开关电源设计中的应用探索,具象化成了详实的指导。我最期待的是书中能够深入剖析Saber软件在各种开关电源拓扑结构仿真过程中的细节。例如,如何精准地建立Buck、Boost、Buck-Boost等基本拓扑的Saber模型,如何为模型中的功率器件(MOSFET、IGBT、二极管)选择合适的参数,以及如何对这些器件的寄生参数进行建模,以更真实地反映实际电路的行为。我希望书中能够提供一些关于控制环路仿真的深度讲解,特别是对于PID控制器等常用控制策略,如何将其集成到Saber仿真环境中,并进行参数的整定,以获得最优的瞬态响应和稳态精度。开关电源的效率是衡量其性能的重要指标,我非常期待书中能够展示如何利用Saber仿真来分析和优化电源的效率,例如通过分析功率器件的损耗、电感的磁芯损耗以及其他能量损耗,并指导如何通过选择合适的元器件和调整工作参数来提高整体效率。此外,书中对于EMI(电磁干扰)的仿真和分析也充满了我极大的兴趣,因为这是开关电源设计中一个非常关键且棘手的环节,我希望能够学习到如何利用Saber来预测EMI问题,并提出有效的解决方案。
评分我一直觉得,开关电源的设计是一门艺术,也是一门科学,它需要深厚的理论功底,也需要精湛的实践技巧。然而,在很多情况下,我们很难在实际搭建原型之前就完全预知电路的行为。《Saber电路仿真及开关电源设计》这本书的出现,为我提供了一个绝佳的机会,能够通过Saber这个强大的仿真平台,提前窥探开关电源的设计奥秘。我尤其关注书中关于Saber在模型建立方面的详细阐述。我希望能看到书中能够详细讲解如何建立各种功率器件的模型,不仅仅是理想模型,更重要的是能够考虑实际器件的非线性特性、寄生参数以及高频效应,例如MOSFET的结电容、二极管的反向恢复等。我对书中关于控制环路设计的仿真分析尤为期待。如何利用Saber来构建复杂的控制框图,如何进行环路稳定性分析,例如通过Bode图等工具来评估系统的裕度,并指导如何设计合适的补偿网络以保证系统的稳定性和动态响应。开关电源的瞬态性能,如启动时间和负载突变响应,也是衡量其性能的重要指标,我希望书中能够提供利用Saber进行瞬态仿真的方法,并展示如何通过仿真结果来优化设计,以获得更快的响应速度和更小的过冲/下冲。此外,对于开关电源的效率和功率密度,我非常希望书中能够提供利用Saber仿真来指导元器件选型和拓扑结构优化的具体案例,从而帮助我设计出更高效、更小型化的电源产品。
评分在我的职业生涯中,我曾多次尝试使用不同的电路仿真软件来辅助我的开关电源设计工作,但总觉得在某些方面不够得心应手,尤其是涉及到一些复杂的高频开关器件和非线性特性的模拟时。Saber,作为一款在工业界享有盛誉的仿真工具,我一直对其抱有极高的期望。《Saber电路仿真及开关电源设计》这本书的出版,对我来说无疑是一个极佳的学习机会。我非常关注书中关于Saber软件在模型建立方面的深度和广度。我希望能看到它能够详细讲解如何精确地建立各种开关电源常用元器件的模型,例如高频功率MOSFET、IGBT、二极管,以及电感、电容、变压器等。特别是我对书中关于如何处理复杂磁性器件(如变压器和电感)的建模方式很感兴趣,因为这些器件的参数往往会受到频率、电流、温度等多种因素的影响,其准确的建模对于开关电源的仿真至关重要。此外,我也期待书中能够深入探讨Saber在进行稳态和瞬态分析时的具体应用。例如,如何通过Saber仿真来准确预测开关电源的效率,如何评估其在不同负载下的输出电压精度,以及如何分析其在启动、关机和负载变化时的动态响应。对于开关电源设计中常遇到的EMI问题,我希望书中能够提供利用Saber进行电磁干扰仿真的方法和案例,帮助我们识别和解决潜在的辐射和传导干扰。这本书的出现,让我看到了一个将Saber强大仿真能力与开关电源设计深度结合的全新视角,相信通过深入学习,我将能够更有效地利用Saber来优化我的开关电源设计,并缩短产品开发周期。
评分初拿到《Saber电路仿真及开关电源设计》这本书,我怀揣着一份既好奇又忐忑的心情。毕竟,Saber这个名字在电路仿真界有着举足轻重的地位,而开关电源的设计更是现代电子产品不可或缺的核心技术。我一直深耕于模拟电路领域,对各种元器件的特性和搭建过程有着深厚的理解,但对于将这些理论知识转化为实际的、高效的开关电源,总感觉隔着一层窗户纸。这本书的出现,无疑为我揭示这层窗户纸提供了绝佳的机会。我期望它能引领我深入理解Saber仿真软件的强大功能,不仅仅是作为一款工具,更是希望能借此洞悉其背后严谨的建模原理和算法。更重要的是,我希望通过这本书的学习,能够掌握开关电源设计的核心要义,从拓扑结构的选择、功率器件的选型,到环路补偿的设计,再到EMI的抑制和可靠性评估,每一个环节都能有清晰的脉络和深入的解析。我对书中关于各种开关电源拓扑(如Buck、Boost、Buck-Boost、SEPIC、Cuk等)的详细介绍尤为期待,希望能看到它们在Saber环境下的建模与仿真过程,以及如何通过仿真来验证理论计算和指导实际电路的设计。此外,对于开关电源的瞬态响应、稳态精度、效率优化以及在不同负载和输入电压条件下的性能表现,我希望能有详尽的分析和仿真案例。同时,我也会重点关注书中关于功率电感、电容和变压器的设计与选型,以及如何利用Saber仿真来优化这些关键元器件的参数,从而达到最佳的性能指标。这本书的封面设计简洁大气,也预示着其内容将是扎实而富有深度的。我迫不及待地想翻开它,开启这段探索Saber仿真与开关电源设计的精彩旅程,希望能从中获得宝贵的知识和实践经验,为我未来的工作带来实质性的提升,解决我长期以来在开关电源设计中遇到的瓶颈和困惑。
评分我是一名初学者,对于开关电源设计这个领域既充满好奇,又感到一丝敬畏。我了解到Saber是一个非常强大的仿真工具,但如何将其与开关电源的设计有效地结合起来,对我来说一直是个谜。《Saber电路仿真及开关电源设计》这本书的出现,为我点亮了前行的道路。我非常期待书中能够提供一些由浅入深的学习内容,从Saber软件的基本操作和界面介绍开始,逐步引导我理解开关电源的基本工作原理,以及如何在Saber中搭建简单的开关电源模型。我希望书中能够提供一些详细的仿真实验,例如如何仿真一个Buck变换器的基本工作过程,如何观察其输出电压和电流波形,以及如何进行简单的参数调整来观察其对性能的影响。对于开关电源的效率,我希望能看到书中能够用简单易懂的方式讲解如何利用Saber来分析效率,即使作为初学者也能有所理解。同时,我也希望书中能够介绍一些基本的控制环路概念,并展示如何在Saber中实现简单的闭环控制,以帮助我理解开关电源的稳定性问题。此外,我对书中关于EMI(电磁干扰)的初步介绍也充满期待,希望能够帮助我初步了解这个重要的话题,并为我将来的深入学习打下基础。这本书的出现,让我看到了学习Saber仿真和开关电源设计的希望,相信通过系统的学习,我能够逐渐掌握这项重要的技能,并将其应用到我的学习和未来的工作中。
评分作为一名在电子行业摸爬滚打多年的工程师,我深知一款优秀的电路仿真工具对于高效完成设计任务的重要性。Saber,作为业界领先的SPICE类仿真软件,其强大的建模能力和丰富的器件库一直让我心向往之。而《Saber电路仿真及开关电源设计》这本书的出现,则如同为我打开了一扇通往Saber世界的大门,并且将我一直以来在开关电源设计领域所遇到的诸多挑战,一一呈现在眼前,并似乎提供了解决方案的钥匙。我特别关注书中关于Saber软件在开关电源设计流程中的具体应用。例如,如何精确地搭建一个DC-DC转换器的模型,包括功率级的器件参数设定、控制环路的建模,以及如何有效地设置仿真参数以获得准确的仿真结果。我希望能看到书中提供一些实用的技巧和方法,例如如何处理非线性器件的模型,如何进行瞬态分析以评估电源的启动过程和负载突变响应,以及如何进行频率响应分析来设计稳定可靠的控制环路。开关电源的噪声问题一直是困扰工程师的一大难题,我希望书中能够深入探讨如何利用Saber仿真来分析电源的EMI特性,预测并提出有效的抑制措施,比如滤波器的设计与优化。此外,对于大功率开关电源的设计,器件的功耗和散热也是至关重要的考虑因素,我希望书中能够提供相关的仿真方法和评估手段,帮助我们设计出既高效又可靠的电源产品。这本书的出版,让我看到了将Saber的强大仿真能力与开关电源的复杂设计需求相结合的巨大潜力,相信通过学习,我能够更好地利用Saber来加速开关电源的开发周期,并提升设计的质量和鲁棒性,为公司带来更大的价值。
评分我一直对开关电源的设计充满热情,但坦白说,在实际操作过程中,总会遇到一些难以捉摸的问题,尤其是在处理高频效应、寄生参数和控制环路稳定性的时候。《Saber电路仿真及开关电源设计》这本书的出现,让我看到了一个解决这些问题的希望。我最期待的是书中能够提供一些深入的、基于Saber的仿真案例,这些案例能够真实地反映开关电源设计中可能遇到的各种挑战,并且能够展示如何利用Saber来分析和解决这些问题。例如,我希望看到书中能够详细讲解如何利用Saber来仿真一个完整的开关电源系统,包括功率级、控制级以及各种保护电路。如何精确地设置功率器件的参数,包括导通电阻、结电容、二极管反向恢复时间等,这些参数对于仿真结果的准确性至关重要。我非常关注书中关于控制环路设计的仿真部分。如何利用Saber来分析系统的频率响应,如何计算出合适的补偿元件参数,以确保电源在各种工作条件下都能保持稳定。此外,对于开关电源的效率优化,我希望书中能够提供一些利用Saber仿真来指导元器件选型和参数调整的方法。比如,如何通过仿真来评估不同电感和电容的损耗,如何选择最佳的功率MOSFET以降低导通损耗和开关损耗。这本书的出版,让我看到了一个将Saber的强大仿真能力与开关电源设计实践相结合的有效途径,我期待能够从中学习到宝贵的知识和技能,为我未来的设计工作提供有力的支持,让我能够更加自信地设计出高性能、高可靠性的开关电源。
评分作为一名在电子产品开发一线工作的工程师,我深切体会到,在竞争日益激烈的市场中,缩短产品开发周期、提高设计质量是至关重要的。开关电源作为电子设备的核心组成部分,其设计的复杂性和挑战性不言而喻。《Saber电路仿真及开关电源设计》这本书的出现,为我提供了一个强大的工具和知识体系,能够帮助我应对这些挑战。我非常期待书中能够提供一些具有实际工程意义的Saber仿真案例。这些案例应该能够涵盖不同类型的开关电源拓扑,例如Buck、Boost、SEPIC等,并详细展示如何利用Saber来完成整个设计流程,从原理图的搭建到参数的优化,再到性能的评估。我希望书中能够深入讲解Saber在功率器件选型方面的应用。如何利用Saber仿真来评估不同MOSFET、IGBT、二极管的损耗,如何考虑它们的击穿电压、电流能力以及开关特性,从而选择最合适的器件以实现高效率和高可靠性。对于开关电源的控制环路设计,我特别关注书中关于Saber在进行环路稳定性分析和补偿设计方面的应用。如何通过Saber仿真来获得系统的频率响应,如何计算出补偿网络的参数,以保证系统在各种工作条件下都能稳定运行。此外,对于开关电源在实际应用中可能遇到的各种干扰和噪声问题,我希望书中能够提供利用Saber进行EMI仿真和分析的方法,帮助我们提前识别和解决这些潜在的问题。
评分说实话,我最初接触开关电源设计的时候,遇到的最大困难就是理论和实践之间的鸿沟。课本上的公式和原理固然重要,但真正到动手实践时,各种意想不到的问题就会层出不穷,尤其是对于动态特性要求极高的开关电源来说,如何保证其稳定性和效率,如何在不同工作条件下都表现良好,是摆在我面前的一道道难题。《Saber电路仿真及开关电源设计》这本书,恰恰填补了我在这方面的知识空白。我特别期待书中能够提供一些具体的、可操作性的仿真实例。不仅仅是展示Saber软件的界面和功能,更重要的是,它能够结合具体的开关电源设计项目,一步一步地演示如何利用Saber来完成从概念设计到原型验证的整个过程。比如,对于一个常见的Buck变换器,书中能否详细讲解如何选择合适的功率MOSFET和二极管,如何设计相关的驱动电路,以及如何通过Saber仿真来优化电感和电容的参数,以达到最高的效率和最小的纹波。我希望看到书中能够对控制环路的仿真和补偿设计进行深入的剖析,因为这是开关电源稳定性的关键。如何利用Bode图等工具在Saber中进行分析,以及如何根据仿真结果来调整补偿网络的参数,以满足不同应用场景下的稳定性要求。此外,我对书中关于过流保护、过压保护等各种保护功能的仿真实现和验证也充满了期待。这些功能的设计直接关系到整个电源系统的安全性,利用Saber进行充分的仿真,可以有效地规避潜在的设计风险。这本书的出现,让我看到了一丝曙光,希望能通过它,我能够真正掌握开关电源设计中那些“看不见”的、但却至关重要的细节,并能熟练运用Saber仿真工具,自信地应对各种复杂的设计挑战。
评分我一直对如何将复杂的理论知识转化为实际可用的设计方案感到着迷,而开关电源的设计正是这样一个典型的例子。理论上的公式和推导固然重要,但缺乏强大的仿真工具的辅助,往往很难有效地验证和优化设计。《Saber电路仿真及开关电源设计》这本书的出现,正是我一直在寻找的。我最期待的是书中能够深入探讨Saber软件在建模各种开关电源元器件时的精妙之处。不仅仅是简单的电阻、电容、电感,我希望看到书中能够详细讲解如何建立高功率MOSFET、IGBT、以及各种二极管的精确模型,包括其导通损耗、开关损耗、以及寄生参数的影响。我对书中关于Saber在控制环路设计方面的应用非常感兴趣。如何利用Saber来仿真PID控制器,如何进行频率响应分析,以及如何根据仿真结果来调整补偿网络,以实现快速、稳定的瞬态响应和精确的稳态输出。开关电源的效率是其性能的重要体现,我希望书中能够提供利用Saber仿真来优化效率的具体方法,例如如何分析功率器件的损耗,如何评估电感和变压器的磁芯损耗,并给出相应的改进建议。此外,书中关于EMI(电磁干扰)的仿真和分析也让我充满了期待,因为这是开关电源设计中一个非常关键且具有挑战性的环节,我希望能够学习到如何利用Saber来预测和解决EMI问题。
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