开关变换器环路设计指南 从模拟到数字控制 机械工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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桑佳亚·玛尼克塔拉 著

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• 机械工业出版社
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• 控制理论

店铺： 北京群洲文化专营店

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111560821

商品编码：29475467471

包装：平装-胶订

出版时间：2017-05-01

基本信息

书名：开关变换器环路设计指南 从模拟到数字控制

定价：55.00元

作者：桑佳亚·玛尼克塔拉

出版社：机械工业出版社

出版日期：2017-05-01

ISBN：9787111560821

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书对作者多年的开关电源设计经验进行了总结，从开关变换器环路的基本概念入手，抛开了繁杂的理论分析，主张通过电路直觉分析，并与实例相结合，对开关变换器的控制（模拟及数字）环路设计以及系统稳定性进行了直观的讲解。对于模拟环路补偿设计部分，对电流、电压模式控制方式以及典型的模拟补偿方案的不足进行了深入探讨；对于数字补偿设计部分，作者提出了全新的“Q值匹配”概念，并用实例进行分析。本书同时提供了大量的参考资料并解答了一些工程师在环路设计中经常碰到的问题。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《高效电力电子系统设计：从理论到实践》 内容简介： 在现代电子设备和系统中，高效可靠的电源管理是核心挑战之一。无论是智能手机、电动汽车，还是数据中心和可再生能源并网，都离不开精巧的电力电子转换技术。本书旨在为工程师、技术人员和高级工程师提供一套系统性的、从基础理论到实际应用的全方位指南，帮助他们掌握电力电子转换器的设计、分析与优化方法。 全书共分为四个主要部分：基础理论与元件模型、核心转换器拓扑分析、控制策略与环路设计、以及高级主题与实际应用。我们力求以深入浅出的方式，结合丰富的案例分析和工程经验，将复杂的概念化繁为简，让读者能够深刻理解其内在机理，并能够灵活应用于实际的项目开发中。 第一部分：基础理论与元件模型 本部分将从最基础的电力电子学原理出发，回顾必要的数理基础，包括基尔霍夫定律、电路分析方法以及瞬态响应分析等。在此基础上，我们将深入探讨构成电力电子转换器的关键功率器件，例如功率二极管、功率MOSFET、IGBT等。我们会详细介绍这些器件的电气特性、开关损耗、导通损耗以及热阻等重要参数，并阐述如何根据具体应用场景选择合适的功率器件，以及如何进行器件的选型和评估。 此外，本部分还将重点介绍被动元件，特别是电感器和电容器的设计与选择。电感器的磁芯材料、绕组结构、饱和特性以及寄生参数等将得到详尽的分析，并给出计算电感量以满足特定纹波电流需求的实用公式和方法。对于电容器，我们将探讨其ESR（等效串联电阻）、ESL（等效串联电感）、容值稳定性以及纹波电流承受能力，并介绍不同类型的电容器（如陶瓷电容、电解电容、薄膜电容）在电力电子应用中的优缺点和适用性。 最后，本部分还将引入简化的开关模型，帮助读者理解开关动作对电路的影响，并为后续的拓扑分析打下坚实基础。 第二部分：核心转换器拓扑分析 本部分将系统地介绍几种最常用且基础的DC-DC（直流-直流）开关变换器拓扑。我们将从最简单的降压（Buck）变换器开始，详细分析其工作原理、电压转换关系、电流应力以及在连续导通模式（CCM）和断续导通模式（DCM）下的不同特性。然后，我们将深入探讨升压（Boost）变换器，分析其升压原理、输出电压与占空比的关系，以及在不同工作模式下的行为。 紧接着，我们将介绍Buck-Boost（升降压）变换器，阐述其能够实现输出电压高于或低于输入电压的功能，并分析其独特的电路结构和工作特性。此外，我们还将介绍Cuk、SEPIC和Zeta等拓扑，重点分析它们的拓扑结构、电压转换关系、优缺点以及在特定应用场景下的优势，例如隔离型变换器的基础——正激（Forward）和反激（Flyback）变换器，它们在隔离和多路输出方面的重要性将得到强调。 对于每一种拓扑，我们都将提供详细的数学模型，推导其稳态工作方程，并分析关键参数（如占空比、输出电压纹波、输入/输出电流纹波）与电路元件值、开关频率之间的关系。同时，我们还将讨论不同拓扑在效率、功率密度、电磁干扰（EMI）和元器件数量等方面的权衡。 第三部分：控制策略与环路设计 这一部分是本书的核心，将聚焦于开关变换器的控制系统设计。我们将首先介绍两种主要的控制策略：电压模式控制（VMC）和电流模式控制（CMC）。电压模式控制以其结构简单而得到广泛应用，但其环路对输入电压变化较为敏感。我们将详细分析电压模式控制的传递函数，以及如何设计补偿网络（如PI控制器、PID控制器）来保证系统的稳定性和动态响应。 电流模式控制因其优越的性能而成为许多高性能开关变换器的首选。我们将深入分析电流模式控制的基本原理，包括峰值电流模式控制（PCM）和平均电流模式控制（ACM）。PCM能够提供内建的电流限制和更好的瞬态响应，但存在斜坡补偿的必要性以避免次谐波振荡，我们将详细解释斜坡补偿的设计方法。ACM则在一定程度上牺牲了瞬态响应，但可以获得更好的输出电流精度和更低的输出纹波。 本部分还将重点讲解如何进行控制环路的稳定性分析，包括伯德图、根轨迹图等分析工具的使用，以及如何计算补偿器的参数以满足稳定性（如相位裕度和增益裕度）和动态响应（如单位阶跃响应、稳态误差）的要求。我们将提供详细的计算实例，演示如何根据变换器模型和性能指标来设计合适的补偿器。 此外，我们还将介绍数字控制在开关变换器中的应用。随着数字信号处理器（DSP）和微控制器的性能提升，数字控制已成为主流。我们将探讨如何将模拟控制算法转化为数字实现，包括采样、量化、数字补偿器的设计以及抗混叠滤波等问题。我们将分析数字控制带来的优势，例如灵活性、精度、集成度以及更容易实现复杂的控制策略。 第四部分：高级主题与实际应用 在掌握了基础的拓扑和控制方法后，本部分将拓展到更高级的主题和实际工程中的关键考量。我们将讨论开关变换器的效率优化，包括如何减小导通损耗、开关损耗、磁芯损耗和铜损，并介绍低损耗器件和高效拓扑的应用。 电磁兼容性（EMC）是开关变换器设计中不可忽视的一环。我们将深入分析EMI的产生机理，包括传导干扰和辐射干扰，并介绍降低EMI的常用方法，例如合理的PCB布局、滤波器的设计、屏蔽以及软开关技术。 我们还将探讨几种特殊应用场景下的变换器设计，例如高功率密度设计、低纹波输出设计、以及多相交错（Interleaving）变换器的应用，后者能够有效降低输入/输出纹波、提高效率并改善动态响应。 最后，本部分将通过一系列详细的案例研究，将前面所学的知识融会贯通。我们将选取不同应用领域的典型开关变换器设计，例如笔记本电脑适配器、LED驱动器、车载DC-DC转换器以及太阳能逆变器等，从需求分析、拓扑选择、元件选型、环路设计到PCB布局和实际调试，进行全方位的解析。这些案例将帮助读者理解理论知识如何在实际工程中落地，并积累解决实际问题的经验。 本书的目标是帮助读者不仅理解开关变换器的“是什么”和“为什么”，更能掌握“怎么做”，从而自信地设计出高性能、高可靠性的电力电子转换器，满足日益增长的能源管理需求。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书在讲解模拟控制部分的深入程度，让我对开关变换器有了全新的认识。我之前阅读的一些书籍，在环路分析方面往往比较笼统，仅仅给出了一些基本的稳定判据。然而，《开关变换器环路设计指南：从模拟到数字控制》这本书，则在理论推导上做了非常细致的阐述，尤其是在分析不同补偿方式对系统动态响应的影响时，作者通过大量的图表和公式，清晰地展示了比例、积分、微分环节如何改变了系统的极点和零点位置，进而影响了系统的幅频和相频特性。我特别喜欢书中对“相位裕度”和“增益裕度”的讲解，它不仅仅是给出了一个数值范围，而是通过详细的分析，解释了为什么需要足够的裕度，以及裕度不足会导致哪些后果。在模拟控制部分，我学到了很多关于如何根据实际电路参数来精确计算补偿元件值的技巧，这比我之前依靠经验值来调整要精确和高效得多。当我开始阅读数字控制的部分时，我发现这本书的过渡也做得非常自然。它并没有突然跳到复杂的数字算法，而是先从离散时间系统的基本概念讲起，然后逐步引入数字PID控制器，并详细说明了数字控制器与模拟控制器在实现上的差异以及各自的优缺点。书中还探讨了如何将数字控制器的参数映射到硬件实现，这对于我这种刚开始接触数字控制的工程师来说，非常有指导意义。

评分☆☆☆☆☆

最近入手了一本《开关变换器环路设计指南：从模拟到数字控制》，翻了几页后，我发现这本书在理论推导的深度上，相较于我之前看过的几本教材，显得尤为扎实。尤其是在关于变换器动态特性的分析部分，作者并没有止步于简化的模型，而是细致地阐述了不同拓扑结构下，寄生参数和元件非理想性对环路稳定性的影响。例如，在讨论Buck变换器时，书中不仅仅是画出了基本的控制框图，还深入分析了电感电流纹波、电容ESR以及开关管的结电容如何耦合到误差放大器中，从而在频率响应上产生额外的极点或零点。这种深入的挖掘，让我在理解PID控制器的整定原则时，不再是机械地套用公式，而是能更清晰地认识到，为什么在某些情况下需要调整比例、积分、微分的增益，以及如何根据实际的频率响应曲线来优化补偿网络。书中还用了不少篇幅来讲解采样延迟和模数转换器（ADC）的量化噪声，这对于我目前正在尝试设计的数字控制开关电源项目来说，简直是雪中送炭。作者并没有简单地说“采样延迟会影响稳定性”，而是详细地推导了采样延迟引入的相位滞后，并给出了几种有效的数字补偿策略，比如前馈控制或者引入额外的预测项，这让我对如何平衡数字控制的灵活性和模拟控制的快速响应有了更深刻的认识。总的来说，如果你想深入理解开关变换器环路背后的物理机制，并希望在设计中能够游刃有余地应对各种复杂情况，这本书绝对值得花时间去研读。

评分☆☆☆☆☆

这本《开关变换器环路设计指南：从模拟到数字控制》给我最大的感受是，它不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的老工程师在手把手地传授宝贵经验。作者在讲解模拟控制部分时，并没有止步于理论推导，而是结合了大量的实际工程案例。例如，在讨论如何选择合适的误差放大器类型时，书中详细对比了跨导放大器、运算放大器等不同类型的优缺点，以及它们在不同应用场景下的适用性。我之前一直觉得，模拟控制器的设计就是调一下电容电阻，但读了这本书才知道，原来误差放大器的带宽、增益裕度、相位裕度这些参数，对整个环路的性能有着至关重要的影响。书中还详细介绍了如何根据变换器的输出电容和负载的特性，来设计合适的补偿网络，以确保系统在整个工作范围内都能保持稳定。而当进入数字控制部分时，这本书的价值更是得到了充分体现。作者并没有简单地将模拟控制器“翻译”成数字形式，而是深入探讨了数字控制的独特性，比如采样频率、字长、计算延迟等对控制精度的影响。他提出的几种常见的数字补偿算法，比如PID、Fuzzy、以及更高级的模型预测控制，都给出了详细的实现思路和性能分析。最让我受益匪浅的是，书中还讲解了如何利用仿真工具和实际硬件进行对比验证，以确保设计方案的可靠性。这本书的实践性非常强，读完后可以直接应用到工作中。

评分☆☆☆☆☆

我之前接触开关电源设计，更多的是停留在“搭积木”的层面，即根据现有的资料和经验，选择合适的器件，搭建起一个能工作的电路。然而，当遇到一些性能瓶颈，比如纹波控制不理想、瞬态响应慢，或者在不同负载条件下稳定性出现波动时，就常常束手无策。这次偶然间看到了《开关变换器环路设计指南：从模拟到数字控制》，我抱着试试看的心态翻阅了一下，结果惊喜地发现，它就像一本“武功秘籍”，为我打开了新的视角。书中将复杂的控制理论，通过清晰的图示和由浅入深的讲解，变得易于理解。特别是关于频率响应的分析，作者用大量的实例，比如Bode图和Nyquist图，来直观地展示了不同补偿策略对系统稳定性和动态性能的影响。我印象特别深刻的是，书中在讲解数字控制部分时，并没有回避实际应用中的难点，比如如何对数字PID控制器进行离线和在线整定，以及如何利用FPGA或DSP实现复杂的控制算法。它提出的“数字孪生”概念，让我对如何将模拟设计迁移到数字平台有了更清晰的思路，避免了盲目尝试。而且，书中还提到了许多在实际工程中容易被忽略的细节，比如PCB布局对噪声的影响，以及如何通过合理的去耦和滤波来提高系统的抗干扰能力。读完这本书，我感觉自己不再是那个只会“搭积木”的工程师，而是可以更从容地去“设计”和“优化”开关电源的核心控制环路了。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚入行的电源工程师，在学习开关变换器设计过程中，经常会遇到一些理论与实践脱节的情况。很多书籍虽然讲得很全面，但往往过于偏重理论，让我难以将其应用到实际的电路设计中。《开关变换器环路设计指南：从模拟到数字控制》这本书，恰恰弥补了这一不足。它在讲解理论知识的同时，非常注重实际工程中的应用。比如，在讲到模拟控制器的补偿设计时，作者不仅给出了详细的数学推导，还提供了很多具体的电路实例，包括如何选择合适的补偿器件，以及如何根据实际的测量结果来优化补偿参数。这让我能够更清晰地理解，为什么书中的理论推导能够转化为实际的性能提升。而在数字控制方面，这本书更是我的“救星”。我之前对数字控制的理解非常模糊，总觉得它比模拟控制要复杂很多。但是，通过阅读这本书，我逐渐明白了数字控制的优势，以及如何克服它的一些挑战。书中详细介绍了如何利用数字信号处理器（DSP）或者微控制器（MCU）来实现各种控制算法，包括PID、PWM生成、ADC采样等。而且，书中还提供了一些关于如何进行数字滤波器设计和参数整定的实用技巧，这对于我来说非常宝贵。总的来说，这本书的实践性非常强，它不仅能够帮助我打下坚实的理论基础，更能够指导我进行实际的开关变换器环路设计，让我少走了很多弯路。