DC-DC开关变换器的建模与设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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解光军，程心 著

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• DC-DC变换器
• 开关电源
• 电力电子
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• 设计
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• 优化
• 电路分析
• 新能源
• 电源系统

店铺： 中图天下图书专营店

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030469076

商品编码：29436509804

包装：平装

出版时间：2017-02-01

图书基本信息
图书名称	DC-DC开关变换器的建模与设计
作者	解光军,程心
定价	69.00元
出版社	科学出版社有限责任公司
ISBN	9787030469076
出版日期	2017-02-01
字数
页码
版次	31
装帧	平装
开本
商品重量	0.4Kg

内容简介

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文摘

序言

DC-DC开关变换器：原理、建模与设计进阶 内容概要 本书深入探讨了DC-DC开关变换器的核心原理、先进建模技术以及面向实际应用的系统设计方法。不同于市面上多数仅侧重于基本拓扑结构的教材，本书旨在为读者提供一个全面、系统且具有前瞻性的视角，使其能够应对日益复杂和多样化的电源管理挑战。我们将从开关变换器最基础的能量转移机制出发，逐步引入非线性动力学、多域系统建模等现代工程分析工具，并结合实际设计中的关键考量，如效率优化、电磁兼容性（EMC）、热管理以及动态性能提升，为读者构建一个扎实的理论基础和丰富的实践指导。 第一部分：开关变换器基础与建模基石 本部分将打下坚实的理论基础，为后续的深入学习铺平道路。 1. 开关变换器基本原理回顾与拓展： 基础拓扑的深入理解： 我们将不仅仅介绍Buck、Boost、Buck-Boost、SEPIC、Ćuk等经典拓扑，更会分析它们在不同工作模式下的能量存储与释放过程，揭示其内在的功率变换机制。本书将注重分析不同拓扑在效率、纹波、输入输出阻抗等方面的权衡，帮助读者理解何时选择何种拓扑是最优的。 平均模型（Average Model）的推导与应用： 详述如何从开关级瞬态行为导出平均模型，以及该模型在系统级分析中的作用。我们将重点讲解如何通过平均模型来理解变换器的稳态特性，例如输出电压与占空比的关系，以及输入输出电流的平均值。 小信号模型（Small-Signal Model）的构建与意义： 详细推导各种拓扑的线性化小信号模型，并阐述其在环路稳定性分析、控制回路设计中的关键作用。本书将深入分析不同参数（如电感、电容、电阻、开关管导通电阻）对小信号模型参数的影响，并演示如何利用Bode图、Nyquist图等工具进行稳定性评估。 状态空间平均法（State-Space Averaging）的深入探讨： 介绍状态空间平均法的原理，并展示如何将其应用于更复杂的变换器拓扑，包括多相变换器和交错并联变换器。我们将详细讲解如何建立变换器的状态空间方程，并分析其在时域和频域内的动态响应。 2. 先进建模技术： 基于物理的建模（Physics-Based Modeling）： 引入如何考虑寄生参数（如电感漏感、电容ESR、ESL，开关管的结电容、导通电阻，二极管的恢复时间）对变换器性能的影响。我们将展示这些寄生参数如何在平均模型和小信号模型中体现，以及它们如何影响系统的频率响应和瞬态响应。 多域系统建模： 介绍如何将电气域、磁性元件域、热域甚至机械域集成到统一的模型中，特别是在高功率密度设计中，热效应的考虑至关重要。本书将通过实例演示如何构建包含磁芯损耗、铜损、开关损耗、传导损耗以及热阻抗的集成模型，用于预测器件温度和评估热管理策略。 针对不同应用场景的模型选择： 根据实际应用的需求，如精度要求、计算复杂度、实时性要求等，指导读者选择合适的建模方法。例如，在初步设计阶段，平均模型可能足够；在精细的环路设计和瞬态分析中，小信号模型是必需的；而在高功率密度和热管理设计中，多域模型则不可或缺。 仿真工具的应用与技巧： 结合主流仿真软件（如MATLAB/Simulink, PSpice, LTspice, Simplis）的特点，演示如何搭建和验证模型，包括瞬态仿真、频率响应分析、蒙特卡洛分析等。本书将提供丰富的仿真脚本和范例，帮助读者快速上手。 第二部分：DC-DC开关变换器设计精要 本部分将从理论走向实践，聚焦于实际设计中的关键问题与解决方案。 1. 关键组件的选择与建模： 功率电感的设计与选型： 详细讲解电感设计的基本原理，包括磁芯材料的选择、磁通密度、饱和电流、直流电阻（DCR）和交流损耗的计算。本书将深入分析不同磁芯材料（如铁氧体、坡莫合金、非晶合金）的特性，以及如何根据工作频率、纹波电流和功率需求来优化电感设计。 功率 MOSFET/GaN/SiC 器件的选择： 评估不同功率半导体器件（MOSFET、GaN HEMT、SiC MOSFET）的参数（如导通电阻、开关速度、击穿电压、栅极电荷）及其对变换器性能的影响。我们将重点分析它们的损耗特性、开关损耗以及在不同工作电压和电流下的适用性。 高频电容的选型： 讨论陶瓷电容、电解电容、聚合物电容等不同类型电容的ESR、ESL、纹波电流能力、寿命等参数，以及它们在输入滤波、输出滤波和旁路应用中的作用。 控制芯片与驱动电路： 介绍不同类型控制芯片（电压模式、电流模式、Hysteretic控制等）的工作原理、性能特点，以及功率器件驱动电路的设计要点，包括驱动电压、驱动电流、死区时间控制等。 2. 效率优化策略： 损耗分析与辨识： 精确量化各种损耗（传导损耗、开关损耗、磁芯损耗、驱动损耗、寄生参数引起的损耗），并分析其在不同工作条件下的变化规律。本书将提供详细的损耗计算公式和图表，帮助读者识别主要的损耗来源。 软开关技术： 深入研究零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）等软开关技术，包括其工作原理、实现方法（如移相控制、谐振变换器）以及对效率和电磁干扰的改善。我们将分析不同软开关拓扑的优缺点，以及它们在实际应用中的适用范围。 多相与交错并联技术： 阐述多相变换器和交错并联变换器在提高功率密度、降低纹波、提升效率方面的优势，以及相应的控制策略。 先进拓扑设计： 介绍一些高效率的先进变换器拓扑，如混合谐振变换器（H-bridge LLC，ZVS-Boost等），以及如何通过拓扑的创新来进一步提升效率。 3. 动态性能与控制设计： 稳态分析与瞬态响应： 分析变换器的稳态工作点，以及在负载变化、输入电压变化等瞬态扰动下的响应特性。 控制环路设计（电流模式与电压模式）： 详细讲解电压模式和电流模式控制的基本原理、传递函数推导，以及如何设计补偿网络以获得良好的稳定性和动态响应。我们将重点分析电流模式控制的优势，如内环电流补偿、更好的瞬态响应和对输入电压变化的鲁棒性。 环路稳定性分析与裕度设计： 利用Bode图、Nyquist图、根轨迹图等工具，对控制环路的稳定性进行详细分析，并指导读者进行裕度设计。 数字控制技术简介： 介绍数字控制在开关变换器中的应用，包括数字采样、量化、控制算法的实现，以及其在高级功能（如自适应控制、故障保护）方面的优势。 4. 电磁兼容性（EMC）与热管理： EMC问题分析与抑制： 识别开关变换器产生的传导和辐射干扰源，并介绍相应的抑制措施，如滤波器设计、PCB布局优化、屏蔽等。本书将详细讲解EMI的传播路径，并提供具体的EMC设计指南。 热分析与散热设计： 讨论功率器件、电感、电容等组件的散热问题，介绍热阻、热容的概念，以及有效的散热方法（如散热片、风扇、强制对流、热管）。我们将演示如何通过热仿真来评估温度分布，并优化散热方案。 本书特色 深度与广度的平衡： 在覆盖全面知识面的同时，对关键概念和技术进行深入剖析，确保读者不仅知其然，更知其所以然。 理论与实践的结合： 理论分析严谨，并辅以丰富的工程实例和仿真演示，帮助读者将所学知识应用于实际设计。 前瞻性视角： 关注新兴技术和发展趋势，如GaN/SiC器件的应用、数字控制、先进的拓扑结构等。 注重细节： 强调实际设计中容易被忽略但至关重要的细节，如寄生参数的影响、EMC和热管理。 目标读者 本书适合于电子工程、电力电子、自动化等相关专业的本科生、研究生，以及从事电源设计、产品研发的工程师。对于希望深入理解DC-DC开关变换器原理、掌握先进建模技术并能独立完成高质量电源系统设计的专业人士，本书将是不可多得的参考。

评分☆☆☆☆☆

我在一家消费电子公司负责电源模块的设计工作，我们的产品线涵盖了从手机充电器到笔记本电脑电源等多种DC-DC开关变换器应用。虽然我们已经积累了丰富的实际设计经验，但随着产品对功耗、效率和体积要求的不断提高，我们时常会遇到设计上的瓶颈。例如，如何在保证输出稳定性的前提下，进一步减小电源模块的尺寸，或者如何更有效地抑制高频开关噪声，以满足日益严格的EMC标准。我一直希望能够找到一本能够提供更全面、更深入的设计指导的书籍。我心目中的理想书籍，应该不仅仅局限于讲解基础理论，更重要的是能够提供实际的设计方法和技巧，例如如何选择合适的元器件，如何进行EMI/EMC的设计，如何进行热管理优化，以及如何进行可靠性设计。如果这本书能够针对不同类型的DC-DC开关变换器，提供详细的设计流程、计算公式、以及工程实践中的注意事项，那将对我们的设计团队非常有帮助。我尤其希望它能涵盖一些在消费电子领域常用的拓扑结构，并且在设计方法上能考虑成本和量产的因素。这本书的潜在意义在于，它或许能帮助我们团队提升设计水平，缩短产品开发周期，最终打造出更具市场竞争力的高性能、高可靠性电源产品，为公司在激烈的市场竞争中赢得优势。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚刚入门的电力电子专业研究生，我对DC-DC开关变换器的学习过程充满了好奇与探索的动力。在课堂上，老师们讲解的都是基础概念和经典拓扑，例如 Buck、Boost、Buck-Boost 等，我能够理解它们的基本工作原理和数学模型。然而，当涉及到更复杂的拓扑结构，如 Cuk、SEPIC、Zeta，或者一些多级变换器时，我就会感到有些吃力，难以完全把握其能量传递的细节和控制的难点。更令我头疼的是，当我尝试用MATLAB/Simulink搭建模型进行仿真时，常常会因为模型建立不准确而导致仿真结果与理论预期相差甚远，这极大地打击了我的学习积极性。我非常渴望能有一本能够循序渐进地引导我掌握DC-DC开关变换器建模方法的书籍。理想的书籍应该能从最基本的元器件模型入手，逐步讲解如何构建不同拓扑的电路模型，并详细介绍如何应用各种数学工具，如拉普拉斯变换、状态空间平均法等，来分析其动态响应和稳态特性。此外，对于控制器的设计，我也希望能有清晰的讲解，从PID控制器到更先进的数字控制算法，都能够有系统的介绍和实例演示。这本书的潜在价值在于，它或许能够帮助我建立起一个坚实的理论基础，并掌握实用的建模和仿真技巧，从而在我的研究课题中取得更大的进展，也为我未来在电力电子领域的发展打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一位资深的电力电子研究员，多年来一直专注于开关电源的理论研究和前沿技术探索。我深知DC-DC开关变换器作为现代电力电子系统的核心部件，其性能的提升对整个系统的效率、体积、成本乃至可靠性都起着至关重要的作用。近年来，随着新能源、人工智能、5G等技术的飞速发展，对DC-DC开关变换器的要求也越来越高，例如更高的功率密度、更宽的输入输出电压范围、更低的电磁干扰以及更高的智能化水平。我一直关注着行业内的最新发展动态，并积极尝试将最新的理论成果应用于实际设计中。然而，许多新兴的拓扑结构和控制策略，其背后的物理原理和数学模型往往非常复杂，需要扎实的理论功底和丰富的实践经验才能完全理解和掌握。我一直在寻找一本能够深入剖析这些前沿技术，并提供严谨的数学推导和详细的设计指导的学术著作。如果这本书能够涵盖诸如GaN、SiC等宽禁带器件在DC-DC变换器中的应用，或者深入探讨软开关技术、多相变换器、以及数字控制在DC-DC系统中的实现，那将对我非常有价值。我期待这本书能够为我提供新的研究思路和设计方法，帮助我突破现有技术的瓶颈，推动DC-DC开关变换器向更高性能、更智能化、更集成化的方向发展，为我即将开展的某项国家级重点科研项目提供坚实的理论和技术支撑。

评分☆☆☆☆☆

一本令人振奋的学术著作！我是一名在新能源领域摸爬滚打多年的工程师，一直深耕于DC-DC开关变换器的实际应用和优化。在工作实践中，我时常会遇到各种复杂的设计挑战，例如在有限的空间内实现高效率、低纹波输出，或者在动态负载条件下保持精确的电压控制。虽然我拥有一定的理论基础，但每次遇到新的问题，总觉得在理论的深度和广度上有所欠缺，尤其是在理解一些高级控制策略以及新兴拓扑的适用性方面。市面上关于DC-DC变换器的书籍不少，但真正能在我这种经验丰富但又希望不断突破的工程师眼中留下深刻印象的却不多。我一直在寻找一本既能系统梳理DC-DC变换器的基础理论，又能深入探讨前沿建模技术和设计方法的著作。理想中的书籍应该能帮助我理解不同拓扑结构的工作原理、能量转换过程，并能提供一套严谨的建模方法，以便于进行仿真分析和性能预测。更重要的是，我希望这本书能够指导我如何根据具体的应用场景，例如电动汽车充电器、服务器电源、可再生能源并网系统等，选择最合适的拓扑结构，并运用先进的控制策略来优化设计，最终实现更高的功率密度、更好的电磁兼容性和更优的成本效益。这本书的出现，让我看到了突破瓶颈的希望，我迫不及待地想深入研读，看看它是否能满足我一直以来对高质量技术参考书的期待，并为我的下一代产品设计提供关键的理论支撑和设计灵感。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对电力电子技术怀有浓厚兴趣的爱好者，虽然没有接受过专业的科班训练，但我通过自学和大量的线上资源，已经对DC-DC开关变换器有了初步的了解。我最感兴趣的是它如何通过巧妙的开关动作，实现电压的升降和隔离，这个过程充满着智慧和工程的美感。目前我所掌握的知识，主要停留在对基本原理的理解，例如电容和电感的储能特性，以及MOSFET等开关器件的开关过程。我非常想进一步深入学习，但又觉得很多资料过于专业化，充满了复杂的数学公式，让我望而却步。我希望能够找到一本能够用更直观、更易懂的方式来讲解DC-DC开关变换器原理的书籍。这本书可以包含大量的图示和类比，帮助我理解能量如何在电路中流动和转换。同时，我也希望它能够介绍一些实际的电路设计，例如一个简单的开关电源是如何搭建起来的，常用的元器件有哪些，以及在搭建过程中可能会遇到的一些问题和解决方法。如果这本书能够指导我如何从零开始，设计一个简单的小型DC-DC转换器，例如给LED供电或者给电池充电，那将是非常棒的学习体验。这本书的出现，对我来说，就像是一盏指路明灯，能够帮助我系统地学习，克服学习过程中的障碍，让我能够更深入地探索这个迷人的领域，也为我未来可能从事的DIY项目打下坚实的基础，甚至激发我未来进一步深造的念头。