開關變換器環路設計指南 從模擬到數字控製 機械工業齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

桑佳亞·瑪尼剋塔拉 著

圖書標籤:

• 開關變換器
• 環路設計
• 電力電子
• 控製係統
• 模擬電路
• 數字電路
• 機械工業齣版社
• 電源設計
• 開關電源
• 控製理論

店鋪： 北京群洲文化專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111560821

商品編碼：29475467471

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2017-05-01

基本信息

書名：開關變換器環路設計指南 從模擬到數字控製

定價：55.00元

作者：桑佳亞·瑪尼剋塔拉

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2017-05-01

ISBN：9787111560821

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

---

內容提要

---

本書對作者多年的開關電源設計經驗進行瞭總結，從開關變換器環路的基本概念入手，拋開瞭繁雜的理論分析，主張通過電路直覺分析，並與實例相結閤，對開關變換器的控製（模擬及數字）環路設計以及係統穩定性進行瞭直觀的講解。對於模擬環路補償設計部分，對電流、電壓模式控製方式以及典型的模擬補償方案的不足進行瞭深入探討；對於數字補償設計部分，作者提齣瞭全新的“Q值匹配”概念，並用實例進行分析。本書同時提供瞭大量的參考資料並解答瞭一些工程師在環路設計中經常碰到的問題。

目錄

---

作者介紹

---

文摘

---

序言

---

《高效電力電子係統設計：從理論到實踐》 內容簡介： 在現代電子設備和係統中，高效可靠的電源管理是核心挑戰之一。無論是智能手機、電動汽車，還是數據中心和可再生能源並網，都離不開精巧的電力電子轉換技術。本書旨在為工程師、技術人員和高級工程師提供一套係統性的、從基礎理論到實際應用的全方位指南，幫助他們掌握電力電子轉換器的設計、分析與優化方法。 全書共分為四個主要部分：基礎理論與元件模型、核心轉換器拓撲分析、控製策略與環路設計、以及高級主題與實際應用。我們力求以深入淺齣的方式，結閤豐富的案例分析和工程經驗，將復雜的概念化繁為簡，讓讀者能夠深刻理解其內在機理，並能夠靈活應用於實際的項目開發中。 第一部分：基礎理論與元件模型 本部分將從最基礎的電力電子學原理齣發，迴顧必要的數理基礎，包括基爾霍夫定律、電路分析方法以及瞬態響應分析等。在此基礎上，我們將深入探討構成電力電子轉換器的關鍵功率器件，例如功率二極管、功率MOSFET、IGBT等。我們會詳細介紹這些器件的電氣特性、開關損耗、導通損耗以及熱阻等重要參數，並闡述如何根據具體應用場景選擇閤適的功率器件，以及如何進行器件的選型和評估。 此外，本部分還將重點介紹被動元件，特彆是電感器和電容器的設計與選擇。電感器的磁芯材料、繞組結構、飽和特性以及寄生參數等將得到詳盡的分析，並給齣計算電感量以滿足特定紋波電流需求的實用公式和方法。對於電容器，我們將探討其ESR（等效串聯電阻）、ESL（等效串聯電感）、容值穩定性以及紋波電流承受能力，並介紹不同類型的電容器（如陶瓷電容、電解電容、薄膜電容）在電力電子應用中的優缺點和適用性。 最後，本部分還將引入簡化的開關模型，幫助讀者理解開關動作對電路的影響，並為後續的拓撲分析打下堅實基礎。 第二部分：核心轉換器拓撲分析 本部分將係統地介紹幾種最常用且基礎的DC-DC（直流-直流）開關變換器拓撲。我們將從最簡單的降壓（Buck）變換器開始，詳細分析其工作原理、電壓轉換關係、電流應力以及在連續導通模式（CCM）和斷續導通模式（DCM）下的不同特性。然後，我們將深入探討升壓（Boost）變換器，分析其升壓原理、輸齣電壓與占空比的關係，以及在不同工作模式下的行為。 緊接著，我們將介紹Buck-Boost（升降壓）變換器，闡述其能夠實現輸齣電壓高於或低於輸入電壓的功能，並分析其獨特的電路結構和工作特性。此外，我們還將介紹Cuk、SEPIC和Zeta等拓撲，重點分析它們的拓撲結構、電壓轉換關係、優缺點以及在特定應用場景下的優勢，例如隔離型變換器的基礎——正激（Forward）和反激（Flyback）變換器，它們在隔離和多路輸齣方麵的重要性將得到強調。 對於每一種拓撲，我們都將提供詳細的數學模型，推導其穩態工作方程，並分析關鍵參數（如占空比、輸齣電壓紋波、輸入/輸齣電流紋波）與電路元件值、開關頻率之間的關係。同時，我們還將討論不同拓撲在效率、功率密度、電磁乾擾（EMI）和元器件數量等方麵的權衡。 第三部分：控製策略與環路設計 這一部分是本書的核心，將聚焦於開關變換器的控製係統設計。我們將首先介紹兩種主要的控製策略：電壓模式控製（VMC）和電流模式控製（CMC）。電壓模式控製以其結構簡單而得到廣泛應用，但其環路對輸入電壓變化較為敏感。我們將詳細分析電壓模式控製的傳遞函數，以及如何設計補償網絡（如PI控製器、PID控製器）來保證係統的穩定性和動態響應。 電流模式控製因其優越的性能而成為許多高性能開關變換器的首選。我們將深入分析電流模式控製的基本原理，包括峰值電流模式控製（PCM）和平均電流模式控製（ACM）。PCM能夠提供內建的電流限製和更好的瞬態響應，但存在斜坡補償的必要性以避免次諧波振蕩，我們將詳細解釋斜坡補償的設計方法。ACM則在一定程度上犧牲瞭瞬態響應，但可以獲得更好的輸齣電流精度和更低的輸齣紋波。 本部分還將重點講解如何進行控製環路的穩定性分析，包括伯德圖、根軌跡圖等分析工具的使用，以及如何計算補償器的參數以滿足穩定性（如相位裕度和增益裕度）和動態響應（如單位階躍響應、穩態誤差）的要求。我們將提供詳細的計算實例，演示如何根據變換器模型和性能指標來設計閤適的補償器。 此外，我們還將介紹數字控製在開關變換器中的應用。隨著數字信號處理器（DSP）和微控製器的性能提升，數字控製已成為主流。我們將探討如何將模擬控製算法轉化為數字實現，包括采樣、量化、數字補償器的設計以及抗混疊濾波等問題。我們將分析數字控製帶來的優勢，例如靈活性、精度、集成度以及更容易實現復雜的控製策略。 第四部分：高級主題與實際應用 在掌握瞭基礎的拓撲和控製方法後，本部分將拓展到更高級的主題和實際工程中的關鍵考量。我們將討論開關變換器的效率優化，包括如何減小導通損耗、開關損耗、磁芯損耗和銅損，並介紹低損耗器件和高效拓撲的應用。 電磁兼容性（EMC）是開關變換器設計中不可忽視的一環。我們將深入分析EMI的産生機理，包括傳導乾擾和輻射乾擾，並介紹降低EMI的常用方法，例如閤理的PCB布局、濾波器的設計、屏蔽以及軟開關技術。 我們還將探討幾種特殊應用場景下的變換器設計，例如高功率密度設計、低紋波輸齣設計、以及多相交錯（Interleaving）變換器的應用，後者能夠有效降低輸入/輸齣紋波、提高效率並改善動態響應。 最後，本部分將通過一係列詳細的案例研究，將前麵所學的知識融會貫通。我們將選取不同應用領域的典型開關變換器設計，例如筆記本電腦適配器、LED驅動器、車載DC-DC轉換器以及太陽能逆變器等，從需求分析、拓撲選擇、元件選型、環路設計到PCB布局和實際調試，進行全方位的解析。這些案例將幫助讀者理解理論知識如何在實際工程中落地，並積纍解決實際問題的經驗。 本書的目標是幫助讀者不僅理解開關變換器的“是什麼”和“為什麼”，更能掌握“怎麼做”，從而自信地設計齣高性能、高可靠性的電力電子轉換器，滿足日益增長的能源管理需求。

評分☆☆☆☆☆

最近入手瞭一本《開關變換器環路設計指南：從模擬到數字控製》，翻瞭幾頁後，我發現這本書在理論推導的深度上，相較於我之前看過的幾本教材，顯得尤為紮實。尤其是在關於變換器動態特性的分析部分，作者並沒有止步於簡化的模型，而是細緻地闡述瞭不同拓撲結構下，寄生參數和元件非理想性對環路穩定性的影響。例如，在討論Buck變換器時，書中不僅僅是畫齣瞭基本的控製框圖，還深入分析瞭電感電流紋波、電容ESR以及開關管的結電容如何耦閤到誤差放大器中，從而在頻率響應上産生額外的極點或零點。這種深入的挖掘，讓我在理解PID控製器的整定原則時，不再是機械地套用公式，而是能更清晰地認識到，為什麼在某些情況下需要調整比例、積分、微分的增益，以及如何根據實際的頻率響應麯綫來優化補償網絡。書中還用瞭不少篇幅來講解采樣延遲和模數轉換器（ADC）的量化噪聲，這對於我目前正在嘗試設計的數字控製開關電源項目來說，簡直是雪中送炭。作者並沒有簡單地說“采樣延遲會影響穩定性”，而是詳細地推導瞭采樣延遲引入的相位滯後，並給齣瞭幾種有效的數字補償策略，比如前饋控製或者引入額外的預測項，這讓我對如何平衡數字控製的靈活性和模擬控製的快速響應有瞭更深刻的認識。總的來說，如果你想深入理解開關變換器環路背後的物理機製，並希望在設計中能夠遊刃有餘地應對各種復雜情況，這本書絕對值得花時間去研讀。

評分☆☆☆☆☆

我之前接觸開關電源設計，更多的是停留在“搭積木”的層麵，即根據現有的資料和經驗，選擇閤適的器件，搭建起一個能工作的電路。然而，當遇到一些性能瓶頸，比如紋波控製不理想、瞬態響應慢，或者在不同負載條件下穩定性齣現波動時，就常常束手無策。這次偶然間看到瞭《開關變換器環路設計指南：從模擬到數字控製》，我抱著試試看的心態翻閱瞭一下，結果驚喜地發現，它就像一本“武功秘籍”，為我打開瞭新的視角。書中將復雜的控製理論，通過清晰的圖示和由淺入深的講解，變得易於理解。特彆是關於頻率響應的分析，作者用大量的實例，比如Bode圖和Nyquist圖，來直觀地展示瞭不同補償策略對係統穩定性和動態性能的影響。我印象特彆深刻的是，書中在講解數字控製部分時，並沒有迴避實際應用中的難點，比如如何對數字PID控製器進行離綫和在綫整定，以及如何利用FPGA或DSP實現復雜的控製算法。它提齣的“數字孿生”概念，讓我對如何將模擬設計遷移到數字平颱有瞭更清晰的思路，避免瞭盲目嘗試。而且，書中還提到瞭許多在實際工程中容易被忽略的細節，比如PCB布局對噪聲的影響，以及如何通過閤理的去耦和濾波來提高係統的抗乾擾能力。讀完這本書，我感覺自己不再是那個隻會“搭積木”的工程師，而是可以更從容地去“設計”和“優化”開關電源的核心控製環路瞭。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書在講解模擬控製部分的深入程度，讓我對開關變換器有瞭全新的認識。我之前閱讀的一些書籍，在環路分析方麵往往比較籠統，僅僅給齣瞭一些基本的穩定判據。然而，《開關變換器環路設計指南：從模擬到數字控製》這本書，則在理論推導上做瞭非常細緻的闡述，尤其是在分析不同補償方式對係統動態響應的影響時，作者通過大量的圖錶和公式，清晰地展示瞭比例、積分、微分環節如何改變瞭係統的極點和零點位置，進而影響瞭係統的幅頻和相頻特性。我特彆喜歡書中對“相位裕度”和“增益裕度”的講解，它不僅僅是給齣瞭一個數值範圍，而是通過詳細的分析，解釋瞭為什麼需要足夠的裕度，以及裕度不足會導緻哪些後果。在模擬控製部分，我學到瞭很多關於如何根據實際電路參數來精確計算補償元件值的技巧，這比我之前依靠經驗值來調整要精確和高效得多。當我開始閱讀數字控製的部分時，我發現這本書的過渡也做得非常自然。它並沒有突然跳到復雜的數字算法，而是先從離散時間係統的基本概念講起，然後逐步引入數字PID控製器，並詳細說明瞭數字控製器與模擬控製器在實現上的差異以及各自的優缺點。書中還探討瞭如何將數字控製器的參數映射到硬件實現，這對於我這種剛開始接觸數字控製的工程師來說，非常有指導意義。

評分☆☆☆☆☆

這本《開關變換器環路設計指南：從模擬到數字控製》給我最大的感受是，它不僅僅是一本教科書，更像是一位經驗豐富的老工程師在手把手地傳授寶貴經驗。作者在講解模擬控製部分時，並沒有止步於理論推導，而是結閤瞭大量的實際工程案例。例如，在討論如何選擇閤適的誤差放大器類型時，書中詳細對比瞭跨導放大器、運算放大器等不同類型的優缺點，以及它們在不同應用場景下的適用性。我之前一直覺得，模擬控製器的設計就是調一下電容電阻，但讀瞭這本書纔知道，原來誤差放大器的帶寬、增益裕度、相位裕度這些參數，對整個環路的性能有著至關重要的影響。書中還詳細介紹瞭如何根據變換器的輸齣電容和負載的特性，來設計閤適的補償網絡，以確保係統在整個工作範圍內都能保持穩定。而當進入數字控製部分時，這本書的價值更是得到瞭充分體現。作者並沒有簡單地將模擬控製器“翻譯”成數字形式，而是深入探討瞭數字控製的獨特性，比如采樣頻率、字長、計算延遲等對控製精度的影響。他提齣的幾種常見的數字補償算法，比如PID、Fuzzy、以及更高級的模型預測控製，都給齣瞭詳細的實現思路和性能分析。最讓我受益匪淺的是，書中還講解瞭如何利用仿真工具和實際硬件進行對比驗證，以確保設計方案的可靠性。這本書的實踐性非常強，讀完後可以直接應用到工作中。

評分☆☆☆☆☆

我是一名剛入行的電源工程師，在學習開關變換器設計過程中，經常會遇到一些理論與實踐脫節的情況。很多書籍雖然講得很全麵，但往往過於偏重理論，讓我難以將其應用到實際的電路設計中。《開關變換器環路設計指南：從模擬到數字控製》這本書，恰恰彌補瞭這一不足。它在講解理論知識的同時，非常注重實際工程中的應用。比如，在講到模擬控製器的補償設計時，作者不僅給齣瞭詳細的數學推導，還提供瞭很多具體的電路實例，包括如何選擇閤適的補償器件，以及如何根據實際的測量結果來優化補償參數。這讓我能夠更清晰地理解，為什麼書中的理論推導能夠轉化為實際的性能提升。而在數字控製方麵，這本書更是我的“救星”。我之前對數字控製的理解非常模糊，總覺得它比模擬控製要復雜很多。但是，通過閱讀這本書，我逐漸明白瞭數字控製的優勢，以及如何剋服它的一些挑戰。書中詳細介紹瞭如何利用數字信號處理器（DSP）或者微控製器（MCU）來實現各種控製算法，包括PID、PWM生成、ADC采樣等。而且，書中還提供瞭一些關於如何進行數字濾波器設計和參數整定的實用技巧，這對於我來說非常寶貴。總的來說，這本書的實踐性非常強，它不僅能夠幫助我打下堅實的理論基礎，更能夠指導我進行實際的開關變換器環路設計，讓我少走瞭很多彎路。