模块电源外围电路设计要点及应用实例 pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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周志敏编

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模块电源
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出版社：电子工业出版社

ISBN：9787121313851

版次：1

商品编码：12075217

包装：平装

丛书名：电子工程技术丛书

开本：16开

出版时间：2017-05-01

用纸：胶版纸

页数：248

字数：405000

具体描述

内容简介

　　本书结合国外模块电源技术的发展动向及国内的应用实践，在简介DC/DC变换器和模块电源的基础上，系统地讲述了软开关控制技术及电路分析、VICOR模块电源、DC/DC模块电源工程应用、系统电源架构及模块电源应用电路实例等内容，题材新颖实用，内容丰富，深入浅出，文字通俗，具有很高的实用价值，是从事模块电源设计与应用的工程技术人员的必备读物。

作者简介

　　周志敏，1985年毕业于哈尔滨建筑大学（现为哈尔滨工业大学）电气自动化专业，1985年8月在黑龙江省荣军电力公司从事技术工作，1987年5月在山东莱芜钢铁集团公司安装工程处从事技术工作，1990年12月在山东莱芜钢铁集团公司设计院从事电气自动化设计工作，1999年8月在山东莱芜钢铁集团公司动力部从事技术管理和开发工作。

前言/序言

随着电子技术的高速发展，电子设备的应用领域也越来越广泛。随着IC集成技术的不断发展，电子系统对电源的要求更加灵活多样。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向，而电子设备电源的模块化、智能化已是当今电源技术发展的主流趋势。

在全球倡导节能环保、提高能效的背景下，电源变换技术正面临着前所未有的挑战。软开关控制技术已成为提高模块电源效率、功率密度、减少电磁干扰的核心技术。目前，模块电源在我国通信、信息、家电、国防等领域得以广泛应用，现已成为具有发展前景的一项高新技术产品。模块电源具有高集成度、高性能比、低损耗、高效率、电路简洁、工作更加可靠、最佳的性能指标等特点得以广泛应用。模块电源的开发研制生产已成为发展前景十分诱人的朝阳产业。

本书结合国内外模块电源技术的发展动向及最新应用技术，系统地讲述模块电源基础知识、系统电源设计、模块电源应用实例等内容，尽量做到有针对性和实用性，力求做到通俗易懂和结合实际，具有技术前沿、新颖实用等特点，是从事模块电源设计和应用的工程技术人员必备图书。

本书在写作过程中，无论从资料的收集和技术信息的交流上，都得到国内外专业学者及模块电源制造商的大力支持，在此表示衷心的感谢。

由于时间短，加之作者水平有限，难免有谬误之处，敬请读者批评指正。

《高性能电子设备系统优化指南》内容概述：本书深入探讨了电子设备系统中至关重要的各个组成部分的优化策略与实践方法，旨在帮助读者构建更稳定、更高效、更可靠的电子产品。全书聚焦于核心技术与前沿理念的融合，通过详实的理论阐述和丰富的案例分析，为电子工程师、技术研发人员以及相关领域的学生提供一套系统的指导。第一部分：高性能电源管理单元设计本部分将系统性地分析现代电子设备对电源管理单元（PMU）的严苛要求，并深入剖析实现高性能PMU的关键技术。高效DC-DC转换器拓扑分析与选择： Buck（降压）拓扑：详细介绍不同工作模式（连续导通模式CCM、非连续导通模式DCM、断续导通模式BCM）的原理、效率曲线、纹波特性及其在不同负载下的适用性。重点解析了同步Buck和异步Buck的效率差异、成本考量以及寄生参数的影响。 Boost（升压）拓扑：深入讲解Boost拓扑的升压原理、工作状态分析、以及在需要高于输入电压的应用中的重要性。对比分析了不同控制方式（电压模式、电流模式）的优缺点，并探讨了如何优化瞬态响应和提高效率。 Buck-Boost（升降压）拓扑：阐述了Buck-Boost拓扑在输入电压可能高于或低于输出电压时的灵活性，分析了其正输出和负输出的应用场景，并重点关注其功率效率与复杂度的权衡。 SEPIC（单端初级电感转换器）和Cuk拓扑：详细介绍了这两种拓扑在实现升降压功能，同时保持输出电压极性不变的特点。分析了其在电磁干扰（EMI）抑制和传递函数方面的优势，以及在需要隔离或低纹波的应用中的潜力。多相（Multiphase）Buck拓扑：深入讲解了通过并联多个Buck转换器来提高输出电流能力、降低纹波、提高效率以及改善瞬态响应的原理。分析了多相系统中的均流技术和相位延迟控制。 LLC谐振变换器：重点分析了LLC谐振变换器作为高效率、高功率密度AC-DC转换器（如开关电源）的核心技术。深入讲解了谐振腔的设计、工作频率的选择、全载域的零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）实现，以及如何优化功率传输和减小损耗。 LLC和移相全桥（PSFB）变换器的对比与选型：详细对比了LLC和PSFB在不同应用场景下的优劣势，包括效率、功率密度、EMI特性、成本以及设计复杂度，为读者提供选型依据。功率器件（MOSFET/GaN/SiC）的选择与驱动：详细分析了功率MOSFET、GaN（氮化镓）和SiC（碳化硅）等功率器件的特性，包括导通电阻、开关损耗、耐压、热阻等，以及如何根据应用需求选择合适的器件。深入讲解了高频开关驱动电路的设计，包括栅极驱动器的选型、匹配电阻、寄生电容的补偿以及防止振铃的措施。低压差线性稳压器（LDO）设计与优化： LDO基本原理与结构：详细介绍LDO的工作原理、构成（误差放大器、基准电压源、调整管）以及其低压差、低噪声的优势。噪声抑制与瞬态响应优化：深入分析了影响LDO输出纹波和噪声的主要因素（如电源噪声、器件噪声、PCB布局），并提出了多种抑制噪声的技术，包括滤波、低噪声基准源的选择、以及优化的反馈回路设计。同时，详细讲解了如何通过调整补偿网络和优化误差放大器来改善LDO的瞬态响应，以应对负载快速变化。不同负载下的效率与功耗管理：分析了LDO在不同负载下的效率曲线，并提出了低功耗工作模式（如旁路模式、关断模式）的设计方法，以延长电池供电设备的续航时间。输出电容的选择与稳定性分析：深入讨论了输出电容的 ESR（等效串联电阻）和容值对LDO稳定性的影响，并提供了详细的稳定性分析方法和设计指南。电源管理集成电路（PMIC）的应用： PMIC的系统集成优势：阐述了PMIC如何将多个电源管理功能集成到单个芯片中，从而简化系统设计、减小PCB面积、提高整体效率和可靠性。多路输出PMIC的设计考量：分析了多路输出PMIC的设计挑战，包括各路输出的相互影响、交叉调整率、以及如何优化整体效率。智能电源管理与动态电压/频率调整（DVFS）：探讨了PMIC在实现动态电压和频率调整（DVFS）方面的作用，以根据应用负载动态调整CPU/GPU的工作电压和频率，从而实现最优的功耗和性能平衡。 PMIC在嵌入式系统和移动设备中的应用：通过实际案例分析，展示了PMIC在智能手机、平板电脑、物联网设备等领域的广泛应用。第二部分：高性能信号完整性（SI）与电源完整性（PI）设计本部分聚焦于确保电子设备在高速运行过程中信号传输的准确性和电源供应的稳定性，这是现代高性能电子产品设计的基石。高速信号传输原理与模型：传输线理论：详细讲解了传输线的基本概念，包括特性阻抗、传播延迟、反射、驻波等。分析了不同材质、几何形状的PCB走线如何影响传输线特性。信号失真与眼图分析：深入分析了信号在传输过程中可能出现的失真原因，如反射、串扰、损耗、色散等。详细介绍了眼图的构成、分析方法以及如何通过眼图评估信号质量。时域反射（TDR）与眼图分析的关联：阐述了TDR如何用于测量传输线的不连续性，以及TDR测量结果如何与眼图分析相互印证，共同指导设计优化。眼图参数解读：详细解析眼高、眼宽、抖动（Jitter）等关键眼图参数，并阐述了这些参数对系统可靠性的影响。串扰（Crosstalk）分析与抑制：串扰的形成机理：详细分析了走线之间的电感和电容耦合是串扰产生的主要原因，区分了近端串扰（NEXT）和远端串扰（FEXT）。串扰的危害与评估：阐述了串扰如何导致信号误判、位错误，并介绍常用的串扰评估指标。串扰抑制技术：提供了多种有效的串扰抑制方法，包括走线间距控制、地线隔离、差分对设计、屏蔽走线、以及使用差分信号等。电源完整性（PI）设计：电源噪声的来源与传播：详细分析了电源噪声的来源，包括开关电源的纹波、IC开关切换产生的瞬态电流、以及PCB走线的阻抗效应。阐述了电源噪声如何在电源分配网络（PDN）中传播。电源分配网络（PDN）阻抗的意义：强调了低PDN阻抗是实现良好电源完整性的关键。详细介绍了PDN阻抗的构成，包括去耦电容、PCB走线、连接器等。去耦电容（Decoupling Capacitor）的设计与选型：深入讲解了去耦电容在降低PDN阻抗、提供瞬时电流、抑制电源噪声方面的作用。详细分析了不同容值、ESR、ESL的电容在不同频率下的表现，以及如何根据IC的瞬态电流需求和去耦电容的频率响应来选择合适的电容组合。 PCB走线阻抗控制与电源平面设计：强调了PCB走线设计中阻抗匹配的重要性，以及如何通过合理设计电源平面和地平面来降低PDN阻抗。 BGA封装与信号/电源完整性：针对BGA封装的特点，分析了其对信号和电源完整性带来的挑战，包括引脚间距、球距、寄生电感等，并提出了相应的优化设计思路。高速接口（USB, PCIe, DDR等）的SI/PI设计考量：不同高速接口的电气特性：详细介绍了USB、PCIe、DDR等主流高速接口的电气规范，包括信号电平、时序要求、阻抗匹配、眼图模板等。针对性SI/PI优化策略：结合具体接口标准，分析了其在SI/PI设计中最容易出现的问题，并提供了具体的优化设计方案。例如，对于DDR内存接口，重点讲解了走线长度匹配、时序补偿、终端匹配等。第三部分：电磁兼容性（EMC）与热管理设计本部分关注电子设备在电磁环境中的正常运行能力，以及在高效运行过程中产生的热量的有效管理，确保产品的稳定性和可靠性。电磁兼容性（EMC）基础理论： EMC的基本概念：解释了传导发射（Conducted Emission）、辐射发射（Radiated Emission）、传导抗扰度（Conducted Immunity）、辐射抗扰度（Radiated Immunity）等基本概念。 EMC的耦合机制：深入分析了传导耦合、辐射耦合、电容耦合、电感耦合等EMC耦合机制。 EMC标准与测试：介绍了常见的EMC标准（如FCC, CE, CISPR）以及EMC测试流程和方法。 EMC设计策略与技巧： PCB布局与布线原则：强调了良好的PCB布局是EMC设计的基础，包括信号走线与电源/地平面的关系、差分走线、避免高频信号环路等。滤波技术：详细介绍了低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、以及EMI滤波器在抑制传导和辐射干扰中的应用。屏蔽设计：讲解了金属屏蔽、导电涂层等屏蔽技术的原理和应用，以及如何设计有效的屏蔽结构。接地策略：深入讨论了单点接地、多点接地、混合接地等不同接地方式的优缺点，以及在不同应用场景下的选择。元器件选型与布局：分析了某些元器件（如开关电源、高速时钟、连接器）是EMC问题的潜在源头，并提供了选型和布局上的建议。热管理基础与设计：热量产生与传递机理：详细分析了电子元器件产生热量的来源（如导通损耗、开关损耗、漏电流损耗），以及热量在PCB、机壳、空气中的传递方式（传导、对流、辐射）。热阻与热阻抗：详细讲解了热阻和热阻抗的概念，以及它们在评估器件散热性能中的重要性。热设计目标与要求：阐述了根据电子设备的工作环境、寿命要求、可靠性标准来设定热设计目标。散热设计方法：自然对流与强制风冷：介绍了利用自然对流和强制风冷进行散热的设计方法，包括散热片、风扇、风道设计等。热管与液冷技术：探讨了热管和液冷技术在高性能、高密度电子设备中的应用，以及其工作原理和设计考量。导热材料的应用：详细介绍了导热硅胶、导热垫、导热界面材料（TIM）等在填充空隙、提高热传递效率方面的作用。 PCB热设计：讲解了通过增加覆铜面积、使用过孔、多层板设计等方法来优化PCB的散热性能。元器件的散热设计：分析了不同封装（如QFN, BGA, TO-220）的散热特性，以及如何通过PCB布局、散热器等手段来改善元器件的散热。热管理与EMC的协同设计：散热设计对EMC的影响：探讨了风扇、散热片等结构对电磁辐射的影响，以及如何进行协同设计以避免问题。屏蔽罩与散热的结合：分析了在需要屏蔽的场合，如何同时兼顾散热需求，例如通过开孔、使用导热材料填充等。第四部分：可靠性设计与应用实例本部分将深入探讨电子设备在长期使用过程中的可靠性保障，并通过多个实际应用案例来巩固前述理论知识，提供可借鉴的实践经验。电子元器件的可靠性分析：失效模式与机理：详细分析了电子元器件常见的失效模式（如开路、短路、参数漂移、击穿）及其物理机理。可靠性指标：介绍了MTBF（平均无故障时间）、失效率（Failure Rate）、可靠度（Reliability）等关键可靠性指标，并讲解了如何进行可靠性估算。加速寿命试验（ALT）与环境应力筛选（ESS）：阐述了如何通过加速寿命试验来预测产品寿命，以及如何利用环境应力筛选来发现和剔除早期失效的产品。 PCB可靠性设计：焊点可靠性：重点分析了焊点在热循环、振动等应力下的失效机理，以及如何通过优化焊接工艺、选择合适的焊料来提高焊点可靠性。 PCB板材与层叠设计：讨论了不同PCB板材（如FR-4, 高频板材）的特性对可靠性的影响，以及层叠设计对信号完整性和散热的影响。过孔与布线可靠性：分析了过孔和细线路在长期使用中可能出现的可靠性问题，以及如何进行优化设计。系统级可靠性设计：冗余设计与容错技术：探讨了如何通过引入冗余备份、故障检测与切换等技术来提高系统的整体可靠性。软件可靠性与系统稳定性：简要提及了软件设计中的鲁棒性、错误处理等对系统整体稳定性的重要性。应用实例分析：智能家居设备电源系统设计：以智能门锁、智能音箱为例，详细分析其电源管理单元的设计、EMC/EMI的控制以及低功耗优化策略。汽车电子功率模块设计：针对车载充电机、DC-DC转换器等应用，深入剖析其在高温、高湿、振动等恶劣环境下的SI/PI/EMC/热管理设计挑战。通信设备高频信号链路设计：以高性能服务器、路由器等设备的高速串行接口为例，详细展示其SI/PI优化和EMC设计中的关键技术。工业控制系统电源与信号完整性设计：针对对稳定性和抗干扰要求极高的工业自动化设备，展示其在恶劣电磁环境下如何实现可靠的电源分配和信号传输。可穿戴设备低功耗电源与信号设计：以智能手表、健康监测设备为例，重点讲解如何在极小的空间内实现高效电源管理、低功耗设计以及保证信号的稳定传输。本书特色：系统性与全面性：覆盖了高性能电子设备设计的关键领域，从电源管理到信号完整性，再到电磁兼容性和热管理，形成了一个完整的技术体系。理论与实践结合：深入的理论分析与丰富的应用案例相结合，帮助读者理解“为什么”和“怎么做”。前沿技术展望：关注最新的功率器件技术、高速接口标准以及先进的EMC/热管理解决方案。可操作性强：提供的设计指南和优化策略都具有很强的实践指导意义，可以直接应用于实际产品开发中。面向多层次读者：适合电子工程专业的学生、嵌入式系统工程师、硬件设计师、产品经理等需要深入了解电子设备设计原理和实践的技术人员。通过对本书的学习，读者将能够系统地掌握高性能电子设备设计中的核心技术和关键考量因素，从而提升产品性能、可靠性和市场竞争力。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字让我眼前一亮，因为我在实际工作中经常会遇到这样的问题：明明选择了一个性能很好的模块电源，但整体系统的表现却不尽如人意，仔细排查后才发现，问题往往出在了外围的滤波、缓冲或者保护电路设计上。我希望这本书能提供一套系统性的方法论，让我能够从“点”到“面”地理解模块电源外围电路的重要性。我尤其关注“设计要点”这个部分，它是否能深入浅出地讲解各种外围元件（如电容、电感、二极管、MOSFET等）在高频开关电源中的作用和选择原则？例如，在选择滤波电容时，除了容值，等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）在高频下的影响有多大？如何根据不同应用场景选择合适的电容类型（陶瓷、电解、钽电容等）？书中能否提供一些关于PCB布局的建议，因为我知道良好的布局对电源性能至关重要，能有效减少寄生电感和耦合噪声。至于“应用实例”，我期待看到一些能够体现设计理念的真实案例，而不仅仅是理论上的组合。比如，如何在一个高度集成的系统中，有效地为多个不同的模块电源设计通用或定制化的外围电路？如何针对移动设备的电池管理系统，设计兼具高效充电和保护功能的外围电路？

评分☆☆☆☆☆

作为一名在电子设计领域摸爬滚打了多年的工程师，我深知一款优秀模块电源的稳定性和可靠性，往往取决于其外围电路的精心设计。许多时候，我们能找到合适的模块电源芯片，但如何为其构建一个高效、低噪声、安全可靠的“外衣”，却是一门学问。这本书的出现，无疑填补了我在这方面知识体系中的一些空白。我特别期待它能在“设计要点”方面提供一些“黑科技”或者说行业内的“潜规则”。比如，在某些严苛的应用环境中，如何有效抑制EMI辐射？如何设计出能够应对突发浪涌电流的保护电路？如何平衡成本、体积和性能之间的关系？书中能否提供一些通用的设计原则和一些“经验公式”？或者，它能否分享一些在实际项目中遇到的典型问题，以及作者是如何通过巧妙的外围电路设计来解决的？“应用实例”的部分，我更希望看到一些具有代表性的、能够体现不同设计思路和技术难点的例子。例如，针对低功耗物联网设备，如何设计极致省电的外围电路？针对高功率密度应用，如何实现高效的散热和能量传递？希望书中不仅能展示成熟的设计方案，还能探讨一些正在兴起的新技术，如LLC谐振、GaN器件在模块电源中的应用等。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身定做的！我一直对如何让模块电源发挥出最佳性能感到困惑，尤其是在实际应用中，那些看似微小的外围电路设计，比如滤波、去耦、保护等等，总让我觉得摸不着头脑。这本书的标题直接点出了核心问题——“设计要点”，这正是我想深入了解的。我期待它能像一位经验丰富的导师，把我从“知道有这些电路”提升到“理解为什么这样设计，以及如何根据具体需求进行优化”。例如，在处理高频噪声时，不同的滤波策略会有什么本质区别？选择多级滤波还是单级？电容的ESR值在高频应用中有何影响？这本书能否提供清晰的原理分析和实用的指导，帮助我规避常见的陷阱？我希望它不仅仅是罗列一些公式和图纸，更能解释这些设计背后的物理原理，让我知其然，更知其所以然。而且，“应用实例”这部分更是我迫切需要的，理论知识如果脱离了实践，就如同空中楼阁。我希望书中能包含不同类型模块电源（如DC-DC升压、降压、隔离型等）在不同领域的典型应用案例，比如在汽车电子、工业控制、通信设备等场景下的设计细节。能否通过实例展示如何根据负载特性、纹波要求、效率目标等来选择和配置外围元件？我希望这些案例不仅要展示成功的经验，更能分析其中的取舍和权衡，让我能够触类旁通，举一反三。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名精准地击中了我的痛点。作为一名嵌入式系统开发者，我经常需要集成各种模块电源，但对它们的外围电路设计却了解得不够深入。有时候，简单的增加一些电容就能解决问题，有时候却需要大动干戈。我非常希望能从这本书中学到一些“一看就懂，一学就会”的设计技巧。我特别期待“设计要点”部分能够提供清晰的指导，让我明白在不同类型的模块电源（例如，单输出、多输出、可调压、固定压等）以及不同的应用场景（例如，低功耗、高效率、低噪声等）下，外围电路设计应该遵循哪些基本原则。我希望书中能够讲解如何根据负载的动态响应需求，来选择合适的输出滤波器的类型和参数，以及如何根据输入源的特性，来设计有效的输入滤波和保护电路。此外，“应用实例”部分是我非常看重的一点。我希望看到一些能够展示如何将这些设计要点应用到实际产品中的案例，例如，如何在一个电源适配器中，实现高效率和低纹波输出？如何在医疗设备中，设计一个既安全可靠又低噪声的模块电源方案？我希望这些实例能够具有一定的深度，能够让我理解到设计背后的权衡和考量。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得，模块电源的强大之处在于它的集成度和便捷性，但真正的挑战往往在于如何将其完美地融入到整个系统中。而这中间的桥梁，就是其外围电路的设计。这本书的书名“模块电源外围电路设计要点及应用实例”，正是我渴望获取的知识。我希望它能为我提供一种“系统性”的思考方式，而不是零散的技巧。例如，“设计要点”部分，我期望它能深入探讨不同类型的滤波技术，如EMI滤波、纹波滤波、旁路滤波等，并提供具体的计算方法和选型指南。能否讲解如何根据不同的应用场景（如工业控制、消费电子、汽车电子等）来选择最合适的外围电路设计策略？例如，在对电磁兼容性要求极高的场合，如何设计能够有效抑制辐射和传导干扰的电路？在对瞬态响应要求苛刻的场合，如何设计能够快速稳定输出的补偿电路？“应用实例”部分，我期待看到一些真正能够启发思路的案例。例如，如何在一个复杂的电源系统中，巧妙地整合多个模块电源，并为它们设计出相互影响最小、性能最优的外围电路？能否分享一些在实际项目中遇到的疑难杂症，以及作者是如何通过创新的外围电路设计来解决的？我希望这本书能够成为我解决实际问题的“工具箱”，而不是一本“教科书”。