从零学起开关电源设计入门 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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马洪涛 著

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出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122318565

商品编码：29387163699

出版时间：2018-07-01

基本信息

商品名称： 从零学起开关电源设计入门	出版社： 化学工业出版社	出版时间：2018-07-01
作者：马洪涛	译者：	开本： 16开
定价： 59.00	页数：	印次： 1
ISBN号：9787122318565	商品类型：图书	版次： 1

内容提要

本书从实用角度出发，全面系统深入地阐述了开关电源 的基础知识、典型开关电源的结构及工作原理、开关电源的 控制电路及各种保护电路的作用、开关电源的设计流程、开 关电源的调试与测试方法等，并给出了几种开关电源的设计 实例分析。 本书可供电子和电气工程技术人员，仪器仪表及家电维 修人员，大专院校师生及电子爱好者阅读。

《高效能电源转换：原理、实践与优化》 简介 在当今高度互联和数字化的世界中，几乎所有电子设备都离不开稳定、高效的电源供应。从智能手机、笔记本电脑到服务器、电动汽车，再到复杂的工业控制系统和医疗设备，一个可靠的电源是它们正常运行的基石。本书《高效能电源转换：原理、实践与优化》旨在为读者提供一个全面而深入的电源转换技术学习路径，涵盖从基础理论到实际应用的各个方面，特别强调现代电源设计中至关重要的效率、可靠性和性能优化。 本书面向对象广泛，包括电子工程专业的学生、初入电源设计领域的工程师、希望提升现有电源设计技能的资深从业者，以及对电力电子技术感兴趣的技术爱好者。我们相信，无论您是刚刚接触电力电子的门外汉，还是寻求突破设计瓶颈的专家，都能从本书中获益匪浅。 内容概述 本书的结构设计循序渐进，从最核心的概念出发，逐步深入到复杂的电路拓扑和高级设计技术。我们力求以清晰易懂的语言，结合丰富的图示和实例，让读者能够轻松掌握关键知识点。 第一部分：电源转换基础理论 本部分是本书的基石，将带领读者回顾和学习电力电子转换的基本原理。 第一章：电力电子与电源转换概述 详细介绍电力电子的定义、发展历程及其在现代社会中的重要性。 阐述不同类型电源（AC-DC, DC-DC, DC-AC, AC-AC）的功能和应用场景。 引入能量守恒、功率损耗等基本物理概念，为后续章节打下基础。 讨论电源转换面临的主要挑战，如效率、功率密度、电磁兼容性（EMC）等。 第二章：基本半导体开关器件 深入解析二极管（包括肖特基二极管）的工作原理、特性参数（如正向压降、反向恢复时间）及其在开关电源中的应用。 详细讲解功率MOSFET的工作原理、栅极驱动要求、导通和关断特性、损耗分析（导通损耗、开关损耗）以及选择关键参数。 介绍IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的结构、工作模式、优缺点，以及其在高功率应用中的适用性。 探讨其他功率器件，如TRIAC、SCR等，及其在特定场景下的应用。 强调不同器件在不同应用下的选型依据，如电压、电流等级、开关频率、效率要求等。 第三章：电感与电容元件在储能与滤波中的作用 深入研究电感器的基本原理、电感量计算、饱和特性、直流电阻（DCR）及其对效率的影响。 分析电容器的类型（电解电容、陶瓷电容、薄膜电容等）、等效串联电阻（ESR）、等效串联电感（ESL）及其对纹波和稳定性的影响。 讲解电感和电容在能量存储（如升压、降压）和能量传递过程中的作用。 详细阐述它们如何用于平滑电流和电压，减少输出纹波，以及选择合适的元件参数以满足设计需求。 第四章：开关电源的基本拓扑结构 DC-DC转换器： 降压（Buck）变换器： 详细分析其工作原理（连续导通模式 CCM 和断续导通模式 DCM），推导占空比、输出电压、纹波等关键公式。 升压（Boost）变换器： 同样分析其 CCM 和 DCM 工作模式，推导相关公式。 升降压（Buck-Boost）变换器： 解释其工作原理及特点。 SEPIC、Cuk、Zeta变换器： 介绍这些具有隔离或非隔离特性的变换器，分析其优缺点和适用范围。 隔离型DC-DC变换器： 反激（Flyback）变换器： 详细讲解其基于变压器的能量传递机制，分析其工作模式、变压器设计要点、初次级绕组参数计算。 正激（Forward）变换器： 分析其工作原理，讨论储能与直通的权衡，以及如何处理变压器励磁电流。 半桥（Half-Bridge）和全桥（Full-Bridge）变换器： 介绍其结构、工作原理、优势（提高功率密度，降低器件应力）及其在高功率应用中的地位。 AC-DC转换器（整流与滤波）： 无源整流器： 分析半波、全波、桥式整流电路的工作原理、输出特性及纹波。 有源功率因数校正（PFC）： 介绍PFC的必要性，讲解升压PFC、Buck-Boost PFC等基本PFC电路的工作原理。 DC-AC逆变器： 简单介绍其基本原理和应用。 第二部分：高级电源设计技术与优化 本部分将深入探讨影响电源性能的关键因素，并介绍实现高效能设计的方法。 第五章：开关损耗的分析与抑制 深入剖析MOSFET在开关过程中的瞬态损耗（跨导损耗、体二极管损耗、反向恢复损耗），并分析其与开关速度、栅极驱动、寄生电容的关系。 介绍软开关技术（ZVS-零电压开关，ZCS-零电流开关）的原理，如相移全桥、谐振变换器等，分析其如何有效降低开关损耗。 讨论降低栅极驱动损耗的策略，如优化栅极驱动器设计、使用低栅电荷的MOSFET。 讲解选择合适的开关频率对损耗和元件尺寸的权衡。 第六章：传导损耗的降低与热管理 分析导通损耗的来源，包括MOSFET的RDS(on)、电感DCR、PCB走线电阻、二极管正向压降等。 介绍如何通过选用低RDS(on)的MOSFET、低DCR的电感、优化PCB布线来减小传导损耗。 详细阐述热管理的重要性，包括散热片的设计、热阻的计算、PCB的散热增强技术。 探讨自然对流、强制风冷、液冷等散热方式的选择。 介绍热建模和仿真在优化散热设计中的应用。 第七章：电磁兼容性（EMC）设计 深入理解EMI（电磁干扰）的产生机制，包括传导辐射和空间辐射。 分析开关电源中常见的EMI源，如高频电流环路、栅极驱动信号、变压器漏感等。 介绍EMI滤波器的设计原理和选择，包括输入滤波、输出滤波。 讲解PCB布局的EMC优化策略，如减小高频电流环路面积、合理走线、屏蔽接地。 讨论屏蔽壳体、磁珠等减小辐射的技术。 介绍EMC测试标准和认证要求。 第八章：输出纹波与瞬态响应的优化 详细分析输出电压纹波的产生机理，包括电容ESR、ESL、电感纹波电流等。 介绍如何通过选择低ESR/ESL的输出电容、优化输出滤波器的参数来减小纹波。 深入研究瞬态响应，分析负载变化时输出电压的过冲和跌落。 讲解控制环路设计对瞬态响应的影响，如PI/PID控制器的选择和参数整定。 介绍增加输出滤波电容、设计合适的反馈补偿网络等提高瞬态响应的方法。 第九章：反馈控制理论与环路稳定性分析 回顾误差放大器的基本工作原理，介绍跨导放大器（OTA）等常见误差放大器结构。 深入讲解PID（比例-积分-微分）控制器的设计原理，以及在电源控制中的应用。 分析开关电源的传递函数，包括功率级、PWM调制器、误差放大器等模块。 详细讲解频率响应分析方法，如伯德图（Bode Plot）、Nyquist图，用于评估系统的增益裕度和相位裕度。 介绍如何通过补偿网络设计来保证系统的稳定性和动态性能。 探讨电压模式控制与电流模式控制的优缺点及其在不同应用中的选择。 第十章：现代电源设计中的关键技术 同步整流（Synchronous Rectification）： 讲解其工作原理，如何用MOSFET替代二极管以显著降低导通损耗，以及同步整流控制技术。 多相交错技术（Interleaving）： 介绍其如何降低输入/输出纹波、提高效率、提升功率密度，并分析多相Buck、Boost拓扑。 GaN和SiC器件的应用： 介绍宽禁带半导体材料（如氮化镓GaN、碳化硅SiC）的特性，如高击穿电压、低导通电阻、极快的开关速度，以及它们在实现更高效率、更高功率密度电源中的优势。 数字电源控制： 介绍数字电源控制的优势，如灵活性、可编程性、集成度高，以及如何利用微控制器（MCU）或数字信号处理器（DSP）实现电源的监测、控制和优化。 inalámb充电技术： 简要介绍无线充电的基本原理（电磁感应、谐振耦合），以及其在电源设计中的应用。 第三部分：实践应用与案例分析 本部分将理论知识与实际工程相结合，通过实例展示如何应用所学知识解决实际问题。 第十一章：电源设计流程与工具 详细梳理一个完整的电源设计流程，包括需求分析、规格制定、拓扑选择、元件选型、原理图设计、PCB布局、原型制作、测试与调试。 介绍常用的电源设计辅助工具，如计算器、仿真软件（如LTspice, PSpice, PSIM）、PCB设计软件。 强调在设计过程中进行仿真验证的重要性。 第十二章：典型电源应用案例分析 笔记本电脑适配器设计： 分析其对效率、功率密度、EMC的要求，以及如何选择合适的拓扑和控制策略。 LED驱动电源设计： 讲解恒流控制、调光技术，以及在不同LED应用中的挑战。 服务器电源单元（PSU）设计： 探讨其对高效率（如80 Plus认证）、可靠性、热管理的要求，以及PFC和LLC谐振变换器的应用。 汽车电子电源设计： 分析汽车环境的特殊要求（宽温范围、高瞬态电压、EMC），以及DC-DC转换器的应用。 便携式充电器设计： 关注其小型化、高效率、快充功能的需求。 第十三章：可靠性与故障分析 探讨影响电源可靠性的关键因素，如元件寿命、热应力、电压应力、环境因素。 介绍一些常见的电源故障模式（如元件损坏、输出不稳定、过载保护失效），以及如何进行故障诊断和排除。 强调设计中的冗余、保护电路和降额使用。 本书特色 理论与实践的深度结合： 不仅讲解深厚的理论基础，更注重实际电路的设计和优化方法。 贴近现代设计需求： 强调效率、功率密度、EMC、可靠性等现代电源设计中的核心要素。 图文并茂，易于理解： 大量使用电路图、波形图、PCB布局图等，辅助读者理解抽象概念。 案例分析丰富： 通过具体的应用案例，展示设计方法的实际应用。 面向工程师的实用指南： 提供实用的设计技巧、选型建议和故障排除思路。 通过学习《高效能电源转换：原理、实践与优化》，读者将能够系统地掌握开关电源设计所需的知识和技能，无论是为了应对工作中的挑战，还是为了在技术领域取得进一步的突破，本书都将是您不可或缺的学习伙伴。我们期待与您一同探索电力电子的奥秘，创造更高效、更可靠的能源解决方案。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构和内容编排，体现了作者深厚的工程素养和对初学者的极大体谅。它在内容组织上非常讲究节奏感，不会让读者感到疲劳。每一个章节的末尾，都配有相关的习题或思考题，这些题目设计得非常巧妙，它们不是简单的知识点复述，而是需要你综合运用前面所学知识去分析和解决一个小问题。这种主动学习的方式，比被动阅读要有效得多。而且，书中的图示和示意图质量极高，线条清晰，标注明确，这在理解复杂的磁性元件设计和布局布线时尤其重要。清晰的示意图能够瞬间瓦解文字描述带来的理解障碍。总而言之，这本书的价值在于它成功地搭建起了一座从基础理论到实际工程应用之间的桥梁，它不只是教你如何设计一个电源，更重要的是，它培养了你成为一个独立、可靠的电源工程师所必须具备的底层思维和解决问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

从我个人的角度来看，这本书在故障排查和调试环节的处理，堪称一绝。在电源设计完成后，实际调试阶段往往会遇到各种意想不到的问题：纹波过大、瞬态响应差、甚至是不稳定振荡。这本书并没有仅仅提供理论上的解决方案，而是像一本“故障排除手册”一样，详细列举了常见问题的现象、可能的原因以及相应的调试步骤。它会引导你一步步去验证输入端、开关节点、输出滤波乃至反馈回路，让你有章可循地去定位问题根源，而不是盲目地调整参数。我记得有一次我遇到了输出电压在轻负载下不稳定的问题，按照书上提到的几个关键检查点逐一排查，很快就锁定了是某个电感的饱和特性导致的。这种结构化的调试流程，极大地提高了我的工作效率，让我不再惧怕复杂的硬件调试环节。这本书真正做到了“授人以渔”，教会了我如何像一个老手一样去思考和解决问题。

评分☆☆☆☆☆

我必须得说，这本书的讲解深度和广度都超出了我的预期，尤其是在系统级设计思维的培养上，做得非常出色。很多电源设计书籍往往只停留在单个模块的分析，但这本书却非常强调电源作为一个整体系统在实际应用中的表现。比如，它花了不少篇幅讨论了如何进行热设计，这在实际产品开发中是决定成败的关键因素之一，但常常被初级教材忽略。作者不仅分析了热量产生的源头，还给出了具体的散热方案和材料选择的建议，这对于我们这些需要把设计从仿真推向实物的工程师来说，价值巨大。再者，对于电源的可靠性分析，书中也涉及了，比如MTBF（平均无故障时间）的估算和容错设计。读完之后，我不再仅仅满足于电路能“跑起来”，而是开始思考这个电路在各种环境压力下的“健壮性”如何。这种系统化的思考方式，才是区分一个合格工程师和一个初级操作员的关键，而这本书恰恰提供了这样的思维框架。

评分☆☆☆☆☆

这本书的文字风格非常平易近人，几乎没有那种拒人于千里之外的“学术腔”，读起来感觉就像是在听一位经验丰富的工程师在跟你分享他的“独家秘籍”。我特别欣赏作者在描述一些复杂概念时所采用的类比手法。例如，在讲解环路补偿时，它没有直接用复杂的传递函数去吓唬读者，而是用“反馈系统的响应速度和稳定性”来打比方，让人能迅速抓住核心矛盾。这种把抽象概念具体化、形象化的能力，是很多技术作者所欠缺的。此外，书中对各种测试设备的选用和使用技巧也有涉及，比如示波器的探头选择对高频测量的影响，这些都是教科书里学不到的“野路子”经验。这些细节的处理，让这本书的实用价值直线飙升，它不仅仅是知识的传递，更像是经验的传承。我拿着书上的建议去实际操作时，发现很多原本困扰我很久的问题，迎刃而解，这极大地增强了我对电源设计的信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是我的救星，特别是对于像我这种刚踏入电子工程领域，对开关电源设计一窍不通的“小白”来说。一开始接触这些术语和电路图，感觉就像是在看天书，各种拓扑结构、环路补偿、EMI/EMC，都让我头大。但这本书的叙述方式非常巧妙，它不是直接抛出一堆复杂的公式，而是从最基础的原理讲起，像是在手把手地教你认识每一个元器件在电源转换过程中扮演的角色。比如，它对MOSFET的开关特性和驱动方式的讲解就特别到位，让我对功率器件的选型和应用有了清晰的认识。而且，作者在讲解过程中，会穿插很多实际应用中的案例和“避坑”指南，这比那些只讲理论的教科书实用多了。我记得有一章专门讲了反激式和正激式电源的区别与选择，对比得非常直观，让我一下子就明白了在不同场景下应该倾向于哪种拓扑。这本书的结构安排也很有逻辑性，从入门到深入，每一步都走得很稳健，让人感觉每学完一章，自己的能力都在稳步提升，不再是那种零散的知识点了。对于初学者来说，这种由浅入深、注重实践的讲解方式，无疑是最好的敲门砖。