開關電源外圍元器件選擇與檢測 沙占友,龐誌鋒 9787508386829 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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沙占友，龐誌鋒 著

圖書標籤:

• 開關電源
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• 電力電子
• 電路分析
• 沙占友
• 龐誌鋒
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• 實操指南

店鋪： 天樂圖書專營店

齣版社： 中國電力齣版社

ISBN：9787508386829

商品編碼：29298145600

包裝：平裝

齣版時間：2009-05-01

基本信息

書名：開關電源外圍元器件選擇與檢測

定價：23.00元

作者：沙占友,龐誌鋒

齣版社：中國電力齣版社

齣版日期：2009-05-01

ISBN：9787508386829

字數：

頁碼：349

版次：1

裝幀：平裝

開本：32開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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《開關電源外圍元器件選擇與檢測》內容豐富，深入淺齣，通俗易懂。具有科學性、先進性與很高的實用價值，可供電子和電氣工程技術人員，儀器儀錶及傢電維修人員，大專院校師生及電子愛好者閱讀。目前開關電源正嚮集成化、智能化、模塊化的方嚮發展。正確選擇與檢測外圍元器件，是設計、製作集成開關電源的基礎和保證。《開關電源外圍元器件選擇與檢測》從實用角度齣發，全麵、係統、深入地闡述瞭開關電源各種外圍元器件的工作原理、在開關電源中的典型應用、選擇方法、檢測技巧及測量注意事項。其中，既有基礎類元件，也有大量的新型電子元器件。此外，還詳細介紹瞭常用檢測儀器儀錶的選擇及使用注意事項。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《功率電子器件應用與設計指南》 內容概要： 本書緻力於深入探討功率電子器件在現代電子係統中的應用、選擇與優化設計。聚焦於推動電子産品嚮更高效率、更小體積、更低成本發展的核心技術，本書係統闡述瞭各類關鍵功率半導體器件的物理原理、特性參數、選型依據以及在不同應用場景下的設計考量。 第一章：功率電子器件概述與發展趨勢 本章將為讀者構建一個全麵認識功率電子器件的宏觀視角。首先，我們將迴顧功率電子技術的發展曆程，從早期的矽晶體管到如今的碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）等第三代半導體材料，深入剖析技術進步背後的驅動力，包括對能源效率的需求、小型化和高性能化的挑戰。 接著，我們將對幾種主要的功率電子器件進行分類介紹，包括： 二極管傢族： 從基礎的整流二極管，到肖特基二極管（Si、SiC、GaN），再到快速恢復二極管（FRD），闡述它們在續流、鉗位等方麵的作用，以及不同類型二極管在耐壓、電流、開關速度、導通壓降和反嚮恢復特性上的權衡。 晶閘管（SCR）與可控矽（TRIAC）： 介紹它們在傢用電器、工業控製等領域的應用，重點分析其觸發原理、關斷特性以及在功率控製方麵的優勢與局限。 雙極型晶體管（BJT）： 盡管在高功率應用中逐漸被MOSFET取代，但BJT在某些特定領域仍有其價值。本章將介紹其工作原理、參數（如電流增益hFE）以及在放大和開關電路中的基本應用。 金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）： 作為目前最主流的功率開關器件，MOSFET將占據本章較大篇幅。我們將詳細解析N溝道和P溝道MOSFET的結構、工作模式（增強型和耗盡型），以及關鍵參數如閾值電壓（Vth）、導通電阻（RDS(on)）、柵極電荷（Qg）、輸齣電容（Coss）和輸入電容（Ciss）的含義及其對性能的影響。 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）： 結閤瞭MOSFET的柵極控製和BJT的低導通壓降優勢，IGBT在較高電壓和電流應用中錶現齣色。本章將剖析其PNP和NPN結構的結閤，重點關注其電壓控製特性、飽和壓降（Vce(sat)）、開關速度和熱特性。 新興功率半導體材料（SiC與GaN）： 專門開闢章節深入探討SiC和GaN的優勢，包括其超高的擊穿電壓、優異的導熱性、更低的開關損耗以及在高溫環境下的穩定性。重點介紹SiC MOSFET、SiC SBD（肖特基二極管）和GaN HEMT（高電子遷移率晶體管）等器件，並分析它們在電動汽車、新能源、高頻電源等前沿領域的應用潛力。 最後，本章將展望功率電子器件的未來發展趨勢，包括器件集成化、智能化（如集成驅動和保護功能）、模塊化封裝、以及對更高功率密度和更低損耗的不懈追求。 第二章：功率電子器件的選型原則與關鍵參數分析 精準的器件選型是成功設計功率電子電路的基礎。本章將提供一套係統性的選型方法論，幫助工程師根據具體應用需求，在眾多器件型號中做齣最佳選擇。 2.1 應用場景分析與需求定義 工作電壓與峰值電壓（Vdrm, Vdsm）： 明確電路的工作電壓範圍，並考慮瞬態過電壓對器件耐壓能力的要求。 工作電流與峰值電流（Idrm, Idsm）： 確定持續工作電流和可能齣現的瞬態過載電流，確保器件的額定電流能力能夠滿足要求。 功率損耗（Ptot）與散熱要求： 估算器件在導通和開關過程中産生的功率損耗，並基於此確定所需的散熱方案（如散熱器、風冷、液冷）。 開關頻率（fs）： 根據應用需求（如電源效率、紋波大小、體積限製）選擇閤適的開關頻率，這將直接影響器件的開關損耗和對無源元件（如電感、電容）的要求。 效率目標： 設定明確的係統效率目標，並根據此目標權衡導通損耗和開關損耗，選擇最適閤的器件。 環境條件： 考慮工作環境的溫度、濕度、振動等因素對器件可靠性的影響。 2.2 關鍵參數詳解與評估 耐壓能力： 深入解析器件的擊穿電壓（BVdss for MOSFETs, Vceo for BJTs, Vdrm for SCRs），以及安全工作區（SOA）的概念，理解在不同電流下的耐壓限製。 導通損耗： MOSFET： 重點分析RDS(on)的意義，以及其隨溫度、柵極電壓和芯片尺寸的變化。如何選擇低RDS(on)的器件以減小導通損耗。 IGBT： 詳細講解Vce(sat)的構成（歐姆區和二極管區壓降），以及其與電流、溫度的關係。 二極管： 分析正嚮壓降（Vf）及其對效率的影響，特彆是高電流應用中，Vf是關鍵參數。 開關損耗： MOSFET： 剖析開關過程中，在電壓和電流都存在的“二次擊穿”區域産生的能量損耗。重點關注柵極電荷（Qg）、輸齣電容（Coss）、反嚮恢復電荷（Qrr）等參數的影響。 IGBT： 分析柵極驅動損耗、關斷損耗（與Qrr和Vce(sat)相關）和開通損耗。 二極管： 重點分析反嚮恢復時間（trr）和反嚮恢復電荷（Qrr）對開關損耗的影響，特彆是快速恢復二極管和SiC/GaN二極管的優勢。 熱阻（Rthjc, Rthcs, Rthsa）： 理解熱阻的含義，以及它如何影響器件的結溫（Tj）。計算在給定散熱條件下器件的溫升。 柵極驅動特性（MOSFET/IGBT）： 詳細分析柵極電容（Ciss, Crss, Coss）、柵極電荷（Qg）對驅動電路設計的影響。理解如何選擇閤適的驅動器以實現快速、可靠的開關。 可靠性參數： 討論器件的結溫限製、電流能力降額、電壓降額等，以及MTTF（平均無故障時間）等概念。 2.3 器件封裝與散熱設計 常見封裝形式： 介紹TO-220, TO-247, D2PAK, SOT-223, QFN, SiP（係統級封裝）等功率器件常用封裝，分析它們的電氣性能、熱性能和機械性能。 散熱器選擇與計算： 如何根據器件功耗和環境溫度選擇閤適的散熱器，並進行熱阻匹配計算。 PCB布局與散熱優化： 強調PCB布局對電磁乾擾（EMI）和散熱的重要性，例如銅箔走綫寬度、散熱過孔、散熱片集成等。 第三章：功率電子器件在關鍵應用中的設計考量 本章將聚焦於功率電子器件在實際電路設計中的應用，通過具體案例分析，幫助讀者掌握器件的選擇與電路設計的最佳實踐。 3.1 開關電源（SMPS）設計 拓撲結構選擇： 簡要介紹Buck, Boost, Buck-Boost, Flyback, Forward, Half-Bridge, Full-Bridge等常見開關電源拓撲，並分析不同拓撲對功率器件（主開關、續流二極管）的要求。 MOSFET/IGBT在主開關中的應用： 低壓Buck/Boost： 優先選擇低RDS(on)的N溝道MOSFET。 高壓/高電流Buck/Boost/Forward/Flyback： 考慮IGBT或高壓MOSFET。 高頻應用： 重點關注開關損耗，可能需要SiC/GaN器件。 驅動電路設計： 介紹獨立的柵極驅動器、半橋驅動器等，強調驅動速度、驅動能力和死區時間控製。 續流二極管的選擇： 低壓/高頻： 考慮快速恢復二極管（FRD）或肖特基二極管（Si、SiC）。 高壓/高電流： 考慮集成續流二極管的IGBT模塊，或外加高壓FRD。 SiC肖特基二極管的優勢： 極低的Qrr，顯著降低開關損耗，特彆適閤高頻應用。 功率因數校正（PFC）電路設計： 介紹升壓式PFC電路，以及其中功率器件（Boost電感、Boost二極管、Boost開關）的選型要點。 反激（Flyback）變換器設計： 分析其工作原理，對開關管和續流二極管的瞬態衝擊要求。 3.2 電機驅動與變頻器 電機類型與驅動需求： 介紹永磁同步電機（PMSM）、異步電機（IM）等的驅動特點，以及對功率器件（IGBT、MOSFET）的快速開關和高耐壓能力的要求。 三相逆變器設計： IGBT模塊的應用： 詳細介紹IGBT模塊（包含多個IGBT和反並聯二極管）在三相逆變器中的應用。 驅動與保護： 強調三相驅動的復雜性，死區時間控製、過流保護、過壓保護的重要性。 SiC/GaN在電機驅動中的潛力： 分析其在高效率、高功率密度和寬溫域應用上的優勢。 直流無刷電機（BLDC）驅動： 介紹MOSFET在BLDC驅動中的應用，以及電子換嚮（ESC）電路的設計。 3.3 DC-DC變換器設計 隔離型DC-DC變換器（如LLC、QR）： LLC諧振變換器： 分析其諧振特性，對功率器件（MOSFET、GaN HEMT）的軟開關要求。 QR（準諧振）變換器： 介紹其工作原理，對開關管和二極管的開關損耗優化。 非隔離型DC-DC變換器（如Buck, Boost）： 與開關電源部分呼應，強調在低壓、大電流應用中的器件選擇，如低RDS(on)的MOSFET。 3.4 固態繼電器（SSR）與功率開關應用 SSR原理與選型： 介紹基於MOSFET、IGBT或SCR的固態繼電器，以及在不同負載（阻性、感性、容性）下的選型考量。 高功率開關應用： 如電加熱控製、照明控製等，對器件的耐壓、耐流和散熱能力提齣要求。 第四章：功率電子器件的檢測與故障分析 為瞭確保功率電子係統穩定可靠運行，對功率器件的性能進行準確檢測和對故障進行有效分析至關重要。 4.1 功率器件的基本檢測方法 萬用錶檢測： 介紹使用數字萬用錶檢測二極管的通斷、MOSFET的柵源極短路、PN結等基本功能。 LCR錶檢測： 如何利用LCR錶測量器件的電容參數（Ciss, Coss, Crss），理解這些參數對驅動和開關特性的影響。 示波器在動態檢測中的應用： 開關波形分析： 測量器件的開通和關斷波形，評估開關速度、過衝、振鈴等。 柵極驅動信號檢測： 確保柵極驅動信號的幅值、上升/下降時間、時序正確。 Vds/Vce動態測試： 觀察器件在開關過程中承受的電壓變化，評估耐壓能力和瞬態響應。 專用的功率器件測試設備： 簡要介紹一些專業設備，如麯綫示蹤儀、開關參數測試儀等，它們能提供更精確的參數測量。 4.2 功率器件的關鍵參數測試 RDS(on)測試： 介紹如何進行RDS(on)的精確測量，以及其與柵極電壓、溫度的關係。 Vce(sat)測試： 講解IGBT的Vce(sat)測試方法，以及其對飽和度電流和溫度的依賴性。 反嚮恢復特性測試： 重點介紹二極管和IGBT反嚮恢復電荷（Qrr）、反嚮恢復時間（trr）的測試方法，以及其對開關損耗的影響。 漏電流（Idss/Iceo）與擊穿電壓（BVdss/Vceo）測試： 介紹如何進行這些參數的測量，以及它們在評估器件質量和可靠性方麵的重要性。 柵極電荷（Qg）測試： 講解Qg的測量方法，及其對驅動電路設計的影響。 4.3 功率器件的常見故障模式與分析 過熱失效： 講解因散熱不良、過載導緻結溫過高而引起的器件損壞。 過壓失效： 分析瞬態過電壓、雷電感應等引起的器件擊穿。 過流失效： 介紹因負載短路、驅動異常等導緻的電流過大損壞。 柵極驅動異常： 如柵極驅動電壓不足、驅動信號錯誤、驅動器損壞等。 內部缺陷： 如芯片製造缺陷、封裝問題等。 故障診斷與維修策略： 提供一步步的故障排查思路，包括外觀檢查、通電測試、參數對比等，並介紹針對不同故障的維修建議。 總結： 《功率電子器件應用與設計指南》旨在為工程師、技術人員以及相關專業的學生提供一個全麵、深入的功率電子器件知識體係。通過對器件原理的深入剖析、選型方法的係統講解以及在實際應用中的案例分析，本書將幫助讀者提升在功率電子領域的設計能力和故障排除能力，從而應對日益增長的高效率、高性能、小型化電子設備設計挑戰。

評分☆☆☆☆☆

我必須說，這本書在“檢測與故障排查”這部分的深度和廣度，是市麵上許多同類書籍望塵莫及的。對於我們這些經常與樣機打交道的人來說，設計固然重要，但快速準確地定位和解決現場問題更是核心競爭力。作者並沒有停留在簡單的萬用錶測量層麵，而是深入探討瞭示波器探頭選擇對高頻信號測量的影響，特彆是對於開關電源內部開關節點波形的捕獲技巧，簡直是“黑科技”級彆的分享。書中詳細對比瞭不同檢測工具（如LCR測試儀、熱像儀、邏輯分析儀）在特定場景下的適用性和局限性，這一點對於預算有限或需要搭建多功能測試平颱的工程師來說，提供瞭極具價值的參考。舉個例子，在分析一個Buck轉換器在高負載下齣現間歇性振蕩的問題時，我按照書中描述的方法，通過耦閤電容和地綫布局的細節排查，最終發現是反饋環路中的一個毫歐級電阻在電流突變時産生的瞬態電壓被誤判為信號噪聲。這種對細節的執著，正是區分優秀電源和普通電源的關鍵所在。這本書真正教會瞭我“看清”電流和電壓的“本來麵目”。

評分☆☆☆☆☆

從結構編排上看，作者展現瞭極其清晰的邏輯脈絡，這對於係統學習者來說是極大的福音。全書的論述邏輯像是搭建一座精密的電子設備，從最基礎的功率半導體選型開始，逐步過渡到磁性元件（變壓器與電感）的設計權衡，最後纔進入到控製環路和保護電路的集成。這種自底嚮上的構建方式，確保瞭讀者在接觸復雜概念之前，已經對底層物理限製有瞭深刻理解。特彆是關於磁芯材料特性、損耗麯綫以及飽和通度的詳細講解，讓我徹底明白瞭為什麼同樣是10A的電流，在不同的磁芯上錶現會天差地彆。對於電感飽和帶來的非綫性問題，書中提供的簡化模型和實際的降額建議，遠比那些晦澀的電磁場理論公式來得實用得多。每次我需要設計一個新的隔離或升壓電路時，這本書就成瞭我的第一參考書，它總能在我即將犯下“老毛病”之前，及時彈齣警示，提醒我重新審視溫度係數和磁通密度對長期可靠性的影響。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值遠超齣瞭“元件選擇手冊”的範疇，它更像是一部關於“工程妥協的藝術”的教科書。在實際的電源設計中，我們經常麵臨成本、體積、效率、可靠性這四大要素的相互製約。作者在講解每一個元件時，都會不厭其煩地列齣各種選擇背後的權衡點。比如，選擇高頻陶瓷電容固然可以減小體積，但其對DC偏置效應的敏感性，可能在特定工作電壓下導緻實際電容量大幅度縮水，這在設計高密度電源時是一個巨大的隱患。書中通過具體的案例分析，揭示瞭那些看似微小的參數差異，如何在係統層麵被放大，最終導緻設計失敗。這種“反經驗主義”的教導非常寶貴，它教會瞭我不能僅僅依賴於數據錶上的最大值或最小值，而必須將元器件置於整個係統的動態工作環境中去評估。讀完這本書，我對待任何一個元器件的態度都變得更加審慎和敬畏，深知“魔鬼藏在細節裏”的真諦。

評分☆☆☆☆☆

這本電源設計領域的權威著作，對我這位剛剛入門的電子愛好者來說，簡直是開啓瞭一扇通往高效能電源世界的大門。我記得第一次翻開它的時候，厚厚的篇幅和密密麻麻的專業術語差點讓我望而卻步，但很快，我就被書中那種由淺入深、層層遞進的講解方式所吸引。書中對各種常用元器件——從電容、電感到MOSFET、肖特基二極管——的物理特性、失效模式以及最重要的“如何選用”進行瞭極其詳盡的剖析。比如，對於紋波電流和等效串聯電阻（ESR）的討論，作者不僅僅是給齣瞭公式，更是結閤瞭實際應用中，不同工作頻率下它們對係統穩定性和發熱量的影響，這對我理解電源的“體質”至關重要。書中對降額設計的強調，以及在不同溫度環境下元器件壽命預估的方法，更是體現瞭作者在工程實踐中積纍的深厚功力。它不是一本純理論的教科書，更像是一本資深工程師手把手教你如何避免設計陷阱的實戰手冊。讀完相關章節後，我立刻著手優化瞭我手頭一個低噪聲LDO的輸齣濾波電路，效果立竿見影，不僅輸齣噪聲降低瞭，係統的穩定性也提高瞭一個檔次。這種立即可見的成效，極大地增強瞭我繼續深入學習的動力。

評分☆☆☆☆☆

對於需要進行産品迭代和平颱化設計的工程師而言，這本書中關於“標準化與兼容性”的論述尤為精闢。作者並非隻關注單個電路的完美，而是著眼於如何構建一個易於維護、方便升級的電源架構。書中對輸入輸齣規格的裕量設計、熱管理模塊的模塊化封裝建議，以及如何選擇具有良好供應鏈穩定性的替代元器件係列，都提供瞭極為實用的指導方針。在談及熱敏電阻（NTC）或保險絲的選擇時，書中明確指齣瞭不同封裝（如貼片與直插）在瞬時過流保護特性上的巨大差異，這對於設計那些對浪湧電流敏感的輸入端保護電路至關重要。總而言之，這本書的格局很大，它將單個開關電源的元件選擇，提升到瞭整個電子産品生命周期管理的高度。它不僅指導我如何選齣當下最好的元器件，更重要的是，它教會我如何構建一個能夠適應未來變化、擁有良好工程繼承性的電源平颱。閱讀此書，就像是獲得瞭一張電源領域未來十年的“選型地圖”。