| 图书基本信息 | |||
| 图书名称 | 电子电源技术 | 作者 | 上海空间电源研究所著 |
| 定价 | 150.0元 | 出版社 | 科学出版社 |
| ISBN | 9787030440792 | 出版日期 | 2015-04-01 |
| 字数 | 855000 | 页码 | |
| 版次 | 1 | 装帧 | 平装 |
| 开本 | 16开 | 商品重量 | 0.4Kg |
| 内容简介 | |
| 全书共分为七章,章绪论,主要介绍了电子电源基本概念和发展趋势。第二章电路基础,主要介绍了电路基本知识与基本定理。第三章模拟电路,主要介绍了各类模拟电路的计算与设计。第四章数字逻辑电路,主要介绍了各类数字电路的计算与设计。第五章DC/DC电路,介绍了基本原理、非隔离型和隔离型DC/DC电路、变压器及磁性元件设计、DC/DC电路软开关技术、DC/DC控制电路设计及环路稳定性分析。第六章电源控制设备设计初步,介绍了主电路设计、控制电路设计、航天电源器件技术、PCB电路板设计和电源方针技术。第七章电源控制设备电装及测试技术,介绍了电子装联准备、电连接技术、电子装联技术、电路调试技术、电子元器件筛选和装机电老练、设备测试技术。 |
| 作者简介 | |
| 目录 | |
| 编辑推荐 | |
| 《电子电源技术》可供从事和关心航天器总体和电源分系统技术领域研究设计制造测试及应用的专业技术人员和管理人员使用,也可作为高等院校相关专业本科高年级学生和研究生的选修教材或参考书 |
| 文摘 | |
| 章绪论 1.1基本概念 空间电源系统是航天飞行器上产生储存变换调节和分配电能的航天器分系统,简称电源系统(electrical power subsystem, EPS)其基本功能是通过某种物理变化或化学变化,将光能核能或化学能转换成电能,根据需要进行储存调节和变换,然后向航天器各分系统供电空间电源系统的作用就是给航天器各分系统的仪器设备提供符合技术要求的可靠的电源,使各分系统的仪器设备能够正常地运转和工作,以完成各分系统担负的任务,从而保证航天器的任务得以实现电源控制设备是空间电源系统的一个重要组成部分,主要负责电能的变换调节,确保飞行器的稳定供电 一般航天器电源系统组成框图如图1.1.1所示由图1.1.1可知,对于较大的范围,航天器电源系统由供电系统和配电系统两大部分组成,因此,电源系统也可称为供配电系统必须指出,所有的电源系统均包括供电系统供电系统一般由主电源储能电源和电源控制设备(功率调节和控制系统)组成 图1.1.1一般航天器电源系统组成框图 电源控制设备有高可靠性高安全性轻量化和在使用及维护上极其简便的特点航天电源的高可靠性要求空间电源控制设备的性能十分稳定可靠,能承受十分苛刻的环境和力学条件的考验电源控制设备的高安全性要求电源本身要安全稳定不允许在极个别的情况下,由于电源的工作特性而发生短路燃烧的情况,要保障航天器的安全轻量化要求电源控制设备的体积小重量轻在使用及维护上要十分简便,做到装上就能用 随着航天技术不同时期的发展水平以及应用需求的不同,电源控制设备发展了多种实施方案根据母线调节特性的不同,发展了全调节母线电路和半调节母线电路根据全调节母线输出电压性质的不同,发展了直流母线技术和交流母线技术直流母线又包含多种结构,如S3R型功率调节技术混合型功率调节技术S4R型功率调节技术一体化功率调节技术以及MPPT调节技术等电源控制设备产品一般分为以下几种 ① 分流调节器分流调节器连接太阳电池阵以及卫星负载,通过脉宽调制(pulse width modulation, PWM)方式对各太阳电池阵输出电流进行分流调节,从而调整各太阳电池阵的输出功率,达到卫星负载的能量供给和稳定母线电压的目的分流调节器由分流电路主回路控制电路等部分组成,原理框图如图1.1.2所示各分流单元分别采用母线电压,与基准电压比较后,输入误差放大器,从而调节各分流单元的PWM脉冲宽度,进而调整各单元的分流状态 图1.1.2分流调节器原理框图 ② 充电控制器充电控制器有连接太阳电池阵及蓄电池组的,也有连接母线及蓄电池组的,它们都是通过PWM方式将太阳电池阵或母线的能量提供给蓄电池组以实现蓄电池组的充电充电电路原理框图见图1.1.3 图1.1.3充电电路原理框图 ③ 放电调节器放电调节器连接蓄电池组及母线,通过PWM方式对蓄电池组的输出进行升压或降压调节,并稳定母线电压,从而实现卫星负载的能量供给放电电路原理框图见图1.1.4 图1.1.4放电电路原理框图 ④ 充放电调节器由于充电控制器与放电调节器都连接到蓄电池组,为了减少电缆降低压降减轻重量,产生了充放电调节器,其功能及工作状态分别与充电控制器与放电调节器类似,与上述两种设备相比,具有重量轻可靠性高等优点 ⑤ 电源控制器(PCU)电源控制器将分流充电放电等功能整合在一起,实现母线电压的调节,太阳电池阵输出功率的分流调节,蓄电池组的充放电调节及卫星负载的供配电与上述产品相比,电源控制器具有整合度高自主控制能力强冗余度高重量轻可靠性高等优点 ⑥ 电源控制分配器(PCDU)电源控制分配器除具有分流充电放电等功能外,还具有整星的配电及配电保护功能 ⑦ 电池管理器(BMU)电池管理器实现蓄电池组及单体的采用均衡管理保护功能 ⑧ 其他电源控制设备除了上述常见的单机外,还有损耗器DC/DC变换器遥测遥控调节器调压器切换线路盒等 目前电源控制器的功率从百瓦级至万瓦级,功率质量比高达200W/kg,母线电压覆盖28~100V根据电源控制设备的设计要求,一般可分为两部分: 功率部分及控制器部分 电源控制设备的功率部分一般由DC/DC变换电路构成DC/DC变换电路是将不可调的直流电压转变为可调或固定的直流电压,是一个用开关调节方式控制电能的变换电路这种技术广泛应用于各种开关电源直流调速燃料电池太阳能供电和分布式电源系统中20世纪,随着功率开关器件的发展,变换器拓扑和变换技术取得了很大的成就,并且已经发展到一个相当高的水平DC/DC变换器的演化过程离不开各种直流变换技术各种新技术的产生和发展很大程度上影响了变换器拓扑的演化DC/DC变换电路是电源控制设备结构中不可或缺的重要组成部分,直接关系到航天器有效载荷的在轨安全,因此消除其固有的可靠性隐患,对于确保航天器安全,增强其可靠性非常重要由于航天器DC/DC变换电路具有不可维修性,如果其使用了有可靠性隐患的元器件或设计不合理,可靠性不高,直至经历了大量的考核试验或航天器在轨运行时才暴露缺陷,会给航天器研制单位乃至国家造成重大的经济损失 控制电路的功能是在输入电压内部参数外接负载变化时,调节功率级开关器件的导通时间,使电源控制设备的输出电压或者电流保持恒定因此,在开关电源的设计中,控制方法的选择和设计对于开关电源的性能十分重要采用不同的检测信号和不同的控制电路会有不同的控制效果控制电路是通过调节功率级开关器件的占空比来控制功率级输出的在电感连续导电模式(continuous conduction mode, CCM)下,d=ton/(ton+toff)=ton/T(ton为开通时间,toff为关断时间,T为周期)按照占空比的实现方式,电源控制设备的控制方式可以分为定频控制和变频控制定频控制即开关周期恒定不变,通过调整一个周期内开关开通的宽度来调节输出电压,即通常所说的PWM技术变频控制有定开通时间定关断时间迟滞比较等几种控制方式定开通时间控制即开关的导通时间ton不变,通过改变开关的关断时间来调节占空比定关断时间控制则相反,开关的关断时间toff不变,通过改变开关的开通时间来调节占空比迟滞比较的控制方式是对受控量(输出电压或电流)设定一个上限和一个下限当受控量低于下限时开通开关,而当受控量超过上限时关断开关因此,在这种控制方式下,开通时间和关断时间都是变化的电源控制设备的另一种分类方式是按照检测信号的不同来分类的,可以分为单环控制和双环控制恒压源单环控制主要是电压型控制;双环控制则有电流型V2型等几种控制方式随着控制理论的发展,一些现代的控制方法,如模糊控制滑模变结构控制等非线性控制方法也被尝试应用开关电源的控制电路中虽然这些控制方法到目前没有得到广泛应用,但是由于其独特的控制性能,应用前景可观 电源控制设备的控制方式还可分为模拟控制和数字控制两种方式 1) 模拟控制 模拟信号的值可以连续变化,其时间和幅度的分辨率都没有限制4.1V电池就是一种模拟器件,它的输出电压并不地等于4.1V,而是随时间变化,并可取任何实数值与此类似,从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围内模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内,如在{0V,5V}集合中取值模拟电压和电流可直接用来进行控制,如对汽车收音机的音量进行控制在模拟收音机中,音量旋钮连接到一个可变电阻转动旋钮时,电阻值变大或变小;流经这个电阻的电流也随之减小或增大,从而改变了驱动扬声器的电流值,使音量相应变小或变大模拟控制可靠性高工作频率高继承性好,但模拟控制容易随时间温度变换等漂移,因而难以调节能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常大笨重和昂贵模拟控制还有可能严重发热,其功耗与工作元件两端电压与电流的乘积成正比模拟控制还对噪声很敏感,任何扰动或噪声都会改变电流值的大小 2) 数字控制 电源的数字控制,又称回路内部的处理,是指控制器能在数字域执行所有系统控制算法它必须对两个数字串进行比较以产生脉冲宽度来驱动电源开关,而不是使用传统模拟PWM比较器它会将所有模拟系统参数转换成数字信号,并在数字域利用这些数据计算控制响应,然后将新产生的控制信息加传至系统通过以数字方式控制模拟电路,可以大幅度降低系统的成本和功耗此外,许多微控制器和数字信号处理器(digital signal processor, DSP)已经在芯片上包含了PWM控制器这使数字控制的实现变得更加容易实现DC/DC电路的数字控制主要有以下两种方法 (1) 基于单片机控制的开关电源 单片机通过外接A/D转换芯片进行采样,采样后对得到的数据进行运算和调节,再把结果经过D/A转换后传到PWM芯片中,实现单片机对开关电源的间接控制这种技术目前已经比较成熟,设计方法容易掌握,而且对单片机的要求不高,成本比较低但是控制电路要用多个芯片,电路比较复杂单片机经过A/D和D/A转换后,有较大的延时,势必影响电源的动态性能和稳压精度也有的单片机集成了PWM输出,但开关电源不断向高频化方向发展,一般单片机的时钟频率有限,产生的PWM输出频率和精度成反比,无法产生足够频率和精度的PWM输出信号 (2) 基于数字信号处理控制的开关电源 通过高性能数字芯片(如DSP)对电源实现直接控制,数字芯片完成信号采样A/D转换和PWM输出等工作由于输出的数字PWM信号功率不足以驱动开关管,所以需要驱动芯片这样就可以简化控制电路这些芯片有较高的采样速度和运算速度,可以快速有效地实现各种复杂的控制算法,实现对电源的有效控制,有较高的动态性能和稳压精度 数字电路的缺点有可靠性设计难度较大,抗干扰能力较弱,环境耐受能力差,高等级的器件较难获得等 本书主要介绍构成电源控制技术的理论基础(电路基础模拟电路基础数字逻辑电路基础和DC/DC电路基础)和实践体验(电源控制设备初步设计和电源控制设备电装及测试技术) 1.2发展趋势 电源控制设备是卫星电源分系统的重要组成部分之一,其发展水平对提高卫星性能延长卫星工作寿命起着关键的作用航天器功能和性能的不断优化负载容量的扩大化运行轨道的多样化,对航天器电源控制设备的调节能力重量效率可靠性,以及配置管理故障检测与诊断等技术都提出了更高的要求,主要体现在电源控制设备种类的多样化高效率高比功率高可靠性长寿命智能化和低成本等方面 新一代高性能卫星平台对电源控制设备的需求主要表现在以下几个方面 ① 功率需求越来越大“十二五”期间,在SAR成像领域,功率需求越来越大,如大型对地观察系列卫星功率需求提高到13kW,高轨通信卫星则需要提供25kW的功率在电子侦察与对抗领域,功率需求也是有增无减 ② 电源品质要求越来越高卫星载荷的高空间分辨率高定位精度高时间分辨率高辐度输出必然要求电源控制设备具备更高的品质特性,包括输出直流母线具有极低的电压纹波及瞬态功率输出情况下极快的动态响应速度等特性以28V直流母线为例,母线电压范围由原来的(28±1)V减少到(28±0.25)V,母线纹波电压由原来的约200mV降低到100mV,母线动态响应速度要求提高到10ms以内,以满足性能不断提升对母线特性的要求 ③ 轻量化设计要求越来越高新一代高性能卫星平台对电源控制设备轻量化的要求越来越高为了降低发射成本,增加有效载荷,卫星平台需要配备轻量化的电源控制设备从今后长期的发展来看,电源控制设备(以控制器为例)的功率密度将由现在的120W/kg提高到250W/kg以上 ④ 寿命要求越来越长为了降低发射成本,未来卫星的在轨寿命将越来越长,新一代卫星系统也是如此一般的低轨卫星寿命从3年增加到5~8年,高轨卫星的寿命则从8年增加到12~15年这就要求电源控制设备的工作寿命和可靠性也要增加 ⑤ 快速响 …… |
| 序言 | |
我是一名正在准备研究生入学考试的学生,主攻方向是电力电子。在备考过程中,我一直苦于找不到一本既能打牢基础,又能兼顾前沿知识的教材。《电子电源技术》(9787030440792)这本书,可以说是恰好满足了我的需求。它的内容详实,结构清晰,对于我理解开关电源的基本原理、各类拓扑的特性以及控制策略,都起到了至关重要的作用。 令我印象特别深刻的是,书中对于各种参数的计算和分析,都有非常详细的推导过程。例如,在分析电感和电容的选型时,它不仅给出了计算公式,还解释了这些参数对电源性能的影响,以及如何根据实际需求进行权衡。这对于我来说,是掌握知识的关键。它让我不再是死记硬背公式,而是真正理解了公式背后的物理意义。此外,书中对热设计的讲解,也为我提供了一个全新的视角。过去我总认为电源的设计就是电路设计,而这本书让我认识到,散热和热管理同样是决定电源可靠性和寿命的重要因素。
评分我购买《电子电源技术》(9787030440792)的初衷,是希望能够系统地提升自己在开关电源设计方面的理论功底。我是一名大学毕业不久的电子工程师,虽然掌握了一些基础的电路知识,但在实际工作中遇到复杂的电源问题时,常常感到力不从心。这本书的出现,就像给我指明了方向。它不像某些入门级的书籍那样只讲皮毛,而是深入到了开关电源设计的方方面面,从最基本的半导体器件特性,到复杂的控制环路设计,再到电磁兼容性(EMC)和热管理,都进行了详尽的阐述。 让我特别赞赏的是,书中对于功率器件(如MOSFET、IGBT)的选择和驱动,进行了非常细致的讲解。过去我常常为如何选择合适的功率管而头疼,不知道该关注哪些关键参数,也不知道如何设计合理的驱动电路以保证开关速度和降低损耗。这本书通过大量的实例和公式,详细地解释了RDS(on)、Vds、Qg、Coss等参数的重要性,以及如何根据不同的应用场景进行权衡。同时,它对栅极驱动电路的设计,如死区时间的控制、寄生参数的影响等,也给出了非常实用的建议。这对我今后的实际设计工作,提供了极大的帮助,让我在面对高功率、高频率的开关电源设计时,能够更加自信。
评分作为一名在产品集成和调试环节摸索多年的技术人员,我一直觉得,理论知识和实际操作之间,常常存在一个难以逾越的鸿沟。《电子电源技术》(9787030440792)这本书,则巧妙地弥合了这一差距。它不仅仅是一本理论书籍,更是一本实用的设计手册,为我们这些需要将理论付诸实践的工程师,提供了宝贵的指导。 书中对电源调试和故障排除部分的阐述,尤其令我感到亲切和实用。我常常在项目现场遇到各种棘手的电源问题,例如启动困难、输出不稳定、纹波过大等,而这本书则系统地分析了这些问题的可能原因,并提供了相应的解决方法。它不仅仅是告诉我们“是什么问题”,更是告诉我们“为什么会出现这个问题”,以及“如何去解决这个问题”。这对于我在实际工作中,大大提高了排查问题的效率,也让我能够更准确地判断问题的根源。
评分我是一位经验丰富的电路板工程师,长期以来,我一直专注于PCB布局和布线的设计。我深知,即使是理论上最完美的电路设计,如果PCB布局不当,也会导致电源性能的严重下降,甚至出现各种意想不到的故障。因此,我一直在寻找一本能够系统地指导我进行电源PCB布局和布线的书籍。《电子电源技术》(9787030440792》这本书,简直是为我量身定做的。 书中关于高频开关电源PCB布局的章节,是我最关注的部分。它详细地阐述了电源回路的面积、寄生电感、寄生电容、接地设计、EMI抑制等关键要素,并提供了大量的实例和图示。例如,它对电流回路的最小化处理,对关键信号线的屏蔽,以及对地线的合理分割等,都给出了非常具体和可操作的建议。这让我明白了,看似简单的PCB布线,实际上蕴含着丰富的电磁兼容学和信号完整性理论。
评分这本《电子电源技术》(9787030440792)简直是电源领域的一本宝典!我作为一个在电子行业摸爬滚打了多年的工程师,深知电源的稳定性和效率对于整个系统的重要性。过去,很多时候我们都是依靠经验和大量的试错来设计和优化电源,过程充满了不确定性,也浪费了不少时间和资源。读完这本书,我才真正意识到,原来我们过去许多摸索的环节,在这本书里都有系统、严谨的理论支撑和实践指导。 书中最让我印象深刻的是它对各种拓扑结构深入浅出的分析。我一直对那些看似复杂的电路感到有些畏惧,但这本书用了非常直观的图示和详细的数学推导,把DC-DC变换器、AC-DC变换器等几种主流的电源拓扑结构,从工作原理、优缺点到适用范围,都剖析得淋漓尽致。比如,它对反激式、正激式、半桥、全桥等拓扑的讲解,不仅有理论上的模型分析,还结合了实际的元器件选型和PCB布局的建议,这对于我们实际工程设计来说,简直是无价之宝。我尤其喜欢它在讲解隔离式电源时,对变压器设计部分的阐述,那些关于匝比、磁芯材料选择、漏感控制的细节,都是我之前研究很久却不得要领的地方。这本书一下子就点通了我,让我对电源隔离设计的安全性、效率以及电磁兼容性有了全新的认识。
评分作为一名对电子产品性能有着极致追求的玩家,我总是希望自己DIY的设备能够达到商用产品的水平,尤其是在电源部分。《电子电源技术》(9787030440792)这本书,让我对电源的“高性能”有了更深刻的理解。它不仅仅关注“能不能用”,更关注“用得好不好”。 我特别欣赏书中对电源效率和功率密度提升方法的探讨。书中详细介绍了如何通过优化拓扑结构、选择高性能的元器件、采用先进的封装技术以及改进控制算法等手段,来大幅提升电源的效率和减小体积。例如,它对同步整流技术的讲解,就让我认识到,仅仅依靠肖特基二极管进行整流,是多么的低效,而采用MOSFET进行同步整流,可以显著降低损耗。此外,书中对GaN(氮化镓)和SiC(碳化硅)等新型半导体材料在电源应用中的前景展望,也让我看到了未来电源技术的发展方向。
评分作为一名在电源研发领域摸爬滚打多年的老兵,我见证了电子电源技术日新月异的发展。《电子电源技术》(9787030440792)这本书,在我看来,是一部难得的里程碑式的著作。它不仅系统地梳理了当前电子电源领域的主流技术和发展趋势,更重要的是,它以一种前瞻性的视角,探讨了未来电源技术的发展方向,这对于我们这些需要不断追求创新的研发人员来说,提供了宝贵的指引。 书中对新型电源拓扑和控制策略的介绍,尤其让我眼前一亮。例如,它对LLC谐振变换器、移相全桥变换器等先进拓扑的深入分析,以及对数字控制、自适应控制等前沿控制技术的探讨,都让我受益匪浅。我过去在研究一些高性能电源时,常常会遇到效率瓶颈和动态响应问题,这本书提供的解决方案和思路,让我茅塞顿开。它不仅仅是知识的罗列,更是智慧的结晶,它能够激发我们去思考、去探索更高效、更智能的电源解决方案。
评分我是一名刚刚接触电子电源设计的初学者,对这个领域充满了好奇和探索的欲望。市面上的书籍良莠不齐,有些过于深奥,让人望而却步,有些又过于肤浅,无法真正解决实际问题。《电子电源技术》(9787030440792)这本书,在我看来,是为数不多的能够兼顾专业性和易懂性的优秀作品。 这本书最让我欣喜的是,它从最基本的概念讲起,循序渐进地引导读者进入开关电源的复杂世界。例如,它对“能量存储”和“能量传递”这两个基本概念的解释,就非常清晰易懂,为我后续理解各种拓扑的工作原理打下了坚实的基础。而且,书中大量使用了图示和流程图,这对于我这样的视觉型学习者来说,极大地降低了理解难度。我尤其喜欢它对各个主要元器件(如电感、电容、二极管、三极管)在电源电路中的作用和特性的讲解,这些基础知识的扎实掌握,让我对整个电源的设计流程有了更清晰的认识。
评分我是一名长期在电子设备可靠性工程领域工作的技术人员。在我的工作中,电源的可靠性是至关重要的一个环节。一个不稳定的电源,往往是导致整个设备失效的主要原因。《电子电源技术》(9787030440792)这本书,为我提供了宝贵的理论指导和实践经验,帮助我更深入地理解电源的可靠性设计。 书中对电源的失效率模型、寿命预测以及各种应力(如热应力、电应力)对元器件寿命的影响,进行了详细的分析。它不仅仅停留在理论层面,还结合了大量的实际案例,阐述了如何通过合理的元器件选型、冗余设计、过载保护以及充分的测试验证,来提高电源的可靠性。例如,书中对电解电容失效的分析,就让我认识到,仅仅看耐压值是不够的,还需要关注其纹波电流承受能力、ESR(等效串联电阻)以及工作温度等参数。这本书让我明白,可靠性设计是一个系统工程,需要从设计的源头就加以重视。
评分作为一名资深的电子产品爱好者,我一直对电子电源的运作原理充满好奇,但市面上大部分的资料要么过于理论化,难以理解,要么过于浅显,无法满足我深入探索的需求。当我偶然翻阅到《电子电源技术》(9787030440792)这本书时,我仿佛打开了一扇新世界的大门。这本书在保持高度专业性的同时,还非常注重理论与实践的结合,这对于我这样的业余爱好者来说,简直是福音。 让我印象深刻的是,书中对功率因数校正(PFC)技术的讲解。我一直对市电的功率因数以及如何提高它感到疑惑,这本书用通俗易懂的语言,详细介绍了主动PFC和被动PFC的原理,并深入分析了各种PFC电路的优缺点。它不仅仅停留在理论层面,还详细讲解了如何选择PFC控制器件,以及如何进行相关的设计和调试。更让我惊喜的是,书中还提及了如何进行EMI(电磁干扰)的抑制和EMC(电磁兼容性)的设计。这对于我来说,是非常宝贵的信息,因为在DIY电子设备时,常常会遇到这些问题,而这本书提供了有效的解决方案。它让我明白,一个优秀的电源不仅仅要高效稳定,还要对周围的环境友好。
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