开关电源磁性元件理论及设计 9787512413146 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周洁敏，赵修科，陶思钰 著

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出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512413146

商品编码：29624003924

包装：平装

出版时间：2014-01-01

基本信息

书名：开关电源磁性元件理论及设计

定价：69.00元

作者：周洁敏,赵修科,陶思钰

出版社：北京航空航天大学出版社

出版日期：2014-01-01

ISBN：9787512413146

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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　　《开关电源磁性元件理论及设计》系统介绍磁的基本理论知识，磁性材料的种类、特点及其选择方法和在开关电源中的应用与设计等。内容包括磁的基本理论与磁元件、磁性材料的基本参数及磁特性测量、开关电源中常用的磁性材料、线圈、磁芯的工作状态、高频变压器设汁的基本问题、电感设计、特殊磁元件设计、平面磁元件、磁集成技术和磁性元件的温升、绝缘及电气特性测试。在《开关电源磁性元件理论及设计》的*后还附有磁元件没计数据，以方便读者学习使用。
　　《开关电源磁性元件理论及设计》可供从事开关电源研发设计人员，以及从事电气工程自动化的设备制造与维修的工程技术人员和工程管理人员阅读和参考。

内容提要

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《开关电源磁性元件理论及设计》系统介绍磁的基本理论知识，磁性材料的种类、特点及其选择方法和在开关电源中的应用与设计等。内容包括磁的基本理论与磁元件、磁性材料的基本参数及磁特性测量、开关电源中常用的磁性材料、线圈、磁芯的工作状态、高频变压器设计的基本问题、电感设计、特殊磁元件设计、平面磁元件、磁集成技术和磁性元件的温升、绝缘及电气特性测试。在《开关电源磁性元件理论及设计》的后还附有磁元件设计数据，以方便读者学习使用。
　　《开关电源磁性元件理论及设计》可供从事开关电源研发设计人员，以及从事电气工程自动化的设备制造与维修的工程技术人员和工程管理人员阅读和参考。

目录

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章磁的基础理论与磁元件
1.1磁场的发现和产生
1.2磁的单位和电磁基本定律
1.2.1磁感应强度
1.2.2磁通
1.2.3磁导率和磁场强度
1.2.4安培环路定律
1.2.5电磁感应定律
1.2.6电磁能量关系
1.3电路中的磁性元件
1.3.1自感
1.3.2互感
1.3.3变压器
1.4磁元件的磁路分析
1.4.1磁路的欧姆定律
1.4.2带有气隙的串联磁路分析
1.4.3并联磁路分析
1.4.4变压器的等效磁路模型
1.5典型磁元件的磁势分析
1.5.1环形磁芯的漏磁分析
1.5.2E形磁芯磁场和等效磁路
本章小结

第2章磁性材料的基本参数及磁特性测量
2.1磁性材料的基本特性
2.2磁性材料的基本参数
2.2.1与磁化特性曲线相关的参数
2.2.2磁导率
2.2.3与磁芯损耗相关的参数
2.2.4居里温度和磁导率的比温度系数
2.2.5磁导率的时间减落因数
2.2.6功率损耗密度
2.3磁芯损耗
2.3.1磁化能量和磁滞损耗
2.3.2涡流损耗
2.3.3剩余损耗
2.3.4磁芯损耗的计算
2.3.5利用磁性材料性能图表进行损耗计算
2.4磁化曲线的测量和显示
2.4.1测试原理和电路
2.4.2测量误差分析
2.4.3磁化曲线的显示
2.5动态磁化
2.5.1动态磁化过程
2.5.2高频下的磁化曲线
本章小结

第3章开关电源中常用的磁性材料
3.1软磁材料的重要指标
3.2软磁铁氧体材料
3.2.1铁氧体的组成和基本特性
3.2.2铁氧体应用参数
3.3合金磁材料
3.3.1概述
3.3.2硅钢片
3.3.3坡莫合金磁性材料
3.3.4非晶合金和微晶合金
3.4金属磁粉芯磁性材料
3.4.1概述
3.4.2磁粉芯类别
3.4.3使用无机物粘结剂金属粉芯材料
本章小结

第4章线圈
4.1集肤效应
4.1.1高频电流引起的集肤效应
4.1.2集肤效应的定量分析
4.1.3交直流电阻比与线径和频率的关系
4.1.4矩形波电流产生的集肤效应
……
第5章磁芯的工作状态
第6章高频变压器设计的基本问题
第7章电感设计
第8章特殊磁元件设计
第9章平面磁元件
0章磁集成技术
1章温升、绝缘及电气特性测试

作者介绍

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周洁敏，教授，电源网专家，南京航空航天大学民航学院。1965年8月出生；1982年考入南京航空学院航空电气工程专业：1986年、1989年毕业于该专业的本科和硕士研究生：1989年3月，分配到机电部南京第十四研究所机载部电源室工作，先后任电源室专业组长和副主任；1995年5月调入南京航空航天大学民航学院工作，曾任民航电子电气工程系主任。2004年晋升为教授。

文摘

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序言

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现代电力电子技术基石：电力电子变压器与电感器设计深度解析 在日新月异的电力电子技术领域，高效、可靠的电力转换是实现能源优化利用的关键。而作为电力电子转换器核心的磁性元件，其性能直接决定了整个系统的效率、体积、成本乃至稳定性。本书并非《开关电源磁性元件理论及设计》，而是旨在深入剖析现代电力电子系统中至关重要的另一类磁性元件——电力电子变压器与电感器——的理论基础、设计方法与实际应用。我们将带领读者穿越复杂的电磁学理论，抵达实用设计的彼岸，赋能工程师们驾驭这一精密而强大的技术领域。 第一部分：理论基石——电磁场与磁性材料的深刻洞察 要精通电力电子变压器与电感器的设计，扎实的电磁场理论功底是不可或缺的。本书将从基础的麦克斯韦方程组出发，循序渐进地讲解电磁场在磁性元件中的行为规律。 电磁场基础回顾与电力电子应用视角： 我们将系统梳理电场、磁场的基本概念，重点强调其在动态变化下的特性，如感应电动势、涡流效应等。不同于传统电磁学，本书将始终围绕电力电子应用的特定环境，例如高频、强电磁干扰等场景，来阐述理论知识。 磁路法与有限元法的深入比较与应用： 传统的磁路法在理解磁性元件的基本原理方面具有直观性，本书将详细介绍其推导过程、适用范围以及局限性。在此基础上，我们将着重探讨更为现代和精确的数值计算方法——有限元法（FEM），并展示其在复杂几何形状、非线性磁性材料以及三维电磁场分析中的强大能力。通过对比分析，读者将能理解何时采用何种方法，以及如何有效利用专业仿真软件进行设计。 磁性材料的科学与工程考量： 磁性元件的性能与所选用的磁性材料息息相关。本书将广泛介绍各类常用的软磁材料，包括铁氧体、坡莫合金、非晶合金、纳米晶合金以及硅钢等。我们将深入分析这些材料的磁导率、损耗特性（磁滞损耗、涡流损耗）、饱和磁感应强度、居里温度等关键参数，并结合不同的工作频率、温度和磁通密度，指导读者如何根据具体应用场景进行最优材料选择。特别地，我们将探讨材料的微观结构对宏观磁性能的影响，为理解材料行为提供更深层次的认识。 集肤效应与邻近效应的解析： 在高频工作的磁性元件中，集肤效应和邻近效应是导致导体损耗增加的主要原因。本书将通过详细的数学推导和物理机制解析，阐明电流在高频下的分布特性，以及这种分布如何影响导体电阻和磁场耦合。我们将介绍降低这些效应的工程手段，如采用多股细导线（利兹线）、特殊绕组结构等，并提供相关的计算公式和设计指导。 第二部分：核心设计——变压器与电感器的精确建模与优化 理论的基石铺就之后，本书将带领读者进入电力电子变压器与电感器的具体设计环节。我们将聚焦于实际的设计流程、参数计算以及性能优化。 电力电子变压器的设计精要： 基本原理与拓扑分析： 从最基础的单相隔离变压器讲起，逐步引入多绕组、多象限以及高频隔离变压器的设计理念。我们将分析不同变压器拓扑（如正激、反激、桥式、LLC谐振等）对变压器参数提出的特定要求。 功率容量、电压比与匝数计算： 详细介绍如何根据输入输出电压、功率等级、工作周期等参数，精确计算变压器的额定功率、电压比以及各绕组的匝数。我们将强调在设计中考虑安全裕度和工作裕量。 磁芯选型与尺寸优化： 基于前面理论部分的材料分析，指导读者根据工作频率、功率密度、损耗目标等，选择合适的磁芯形状（如EE、EI、RM、PQ、Pot、Toroid等）和材料。我们将介绍磁芯尺寸的计算方法，以及如何通过优化磁芯尺寸来平衡功率处理能力、体积和成本。 绕组设计与材料选择： 重点关注高频下绕组的集肤效应和邻近效应，介绍利兹线、铜箔绕组、多层绕组等在高频变压器设计中的应用。我们将提供绕组线径、层数、间距等的计算公式和设计建议，以最大限度地降低绕组损耗。 漏感与分布电容的控制： 详细分析漏感和分布电容对变压器性能的影响，包括寄生振荡、EMI辐射等。我们将介绍通过调整绕组结构、增加屏蔽层、优化绕线工艺等手段来控制漏感和分布电容。 散热设计与温升控制： 磁性元件在高功率工作时会产生大量热量，散热设计是保证其可靠性的重要环节。本书将介绍有效的散热方法，如自然对流、强制风冷、液冷等，并提供温升预测和控制的工程指南。 电感器的设计进阶： 扼流圈、储能电感与滤波器电感： 区分不同类型的电感器（如扼流圈、储能电感、滤波器电感）在电路中的作用，并分析其各自的设计侧重点。 电感值、电流等级与磁芯设计： 依据电路功能需求，计算所需的电感值、额定电流以及纹波电流。我们将详细介绍如何根据这些参数选择合适的磁芯材料和形状，以及计算磁芯的尺寸和气隙。 气隙设计的重要性与影响： 气隙是控制电感器电感量和饱和特性的关键要素。本书将深入分析气隙的产生机理、计算方法，以及气隙大小对电感值、直流偏磁能力、交流损耗的影响。我们将讨论如何通过调整气隙来优化电感器的储能能力和动态响应。 绕组结构与损耗分析： 与变压器类似，电感器的绕组设计也需考虑高频损耗。我们将探讨单层、多层、交错绕组等结构，并分析其在高频下的性能表现。 直流偏磁与交流纹波电流的影响： 详细分析直流偏磁和交流纹波电流对磁芯饱和、材料损耗以及电感量稳定性的影响，并指导读者如何通过合理的磁芯选型和气隙设计来应对这些挑战。 集成电感的设计理念： 随着功率密度要求的提高，集成电感的概念应运而生。本书将探讨将电感器与变压器、甚至功率器件集成在一起的设计思路，以及这种集成带来的挑战与优势。 第三部分：实践应用与前沿发展 理论与设计方法论的掌握，最终是为了解决实际工程问题。本书的第三部分将聚焦于实际应用中的注意事项，以及磁性元件技术的未来发展方向。 磁性元件的制造工艺与质量控制： 绕线工艺： 详细介绍自动绕线、手工绕线等不同绕线工艺的优缺点，以及如何保证绕线的均匀性、紧密度和绝缘性。 磁芯成型与绝缘处理： 介绍磁芯的烧结、压制工艺，以及对磁芯进行绝缘处理的常用方法，如浸漆、喷涂等。 成品测试与可靠性评估： 介绍对完成的磁性元件进行参数测试（如电感量、匝数比、直流电阻、绝缘电阻、耐压等），以及如何通过可靠性测试（如温度循环、振动冲击、高低温存储等）来评估其长期稳定性。 典型应用案例分析： 开关电源中的磁性元件： 以常见的DC-DC转换器（如Buck, Boost, Flyback, Forward, LLC等）为例，详细分析其中变压器和电感器的具体设计参数和实现方案。 新能源汽车电源系统： 探讨车载充电器（OBC）、DC-DC转换器、电机驱动器等系统中对磁性元件的特殊要求，如高效率、高功率密度、宽温域工作能力等。 工业电源与智能电网： 分析工业变频器、UPS、储能系统等领域对磁性元件的性能需求，以及如何应对高功率、复杂电磁环境的挑战。 前沿技术展望： 新材料与新结构： 介绍诸如碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体器件在电力电子系统中的应用，以及它们对磁性元件提出的更高性能要求。展望新型磁性材料（如高温超导材料、磁性纳米颗粒等）和新型磁性元件结构（如平面变压器、微型化磁性元件等）的潜在发展。 智能化设计与数字化孪生： 探讨如何利用人工智能（AI）和机器学习（ML）技术来辅助磁性元件的设计和优化，以及如何构建磁性元件的数字化孪生模型，实现实时监测和预测性维护。 集成化与小型化趋势： 分析功率密度不断提升的趋势下，磁性元件的集成化（如功率模块中的集成）和小型化技术的研究进展。 本书旨在为工程师、研究人员以及对电力电子技术感兴趣的读者提供一份全面而深入的指南。通过本书的学习，读者将能够深刻理解电力电子变压器与电感器的工作原理，掌握精确的设计方法，并能根据实际需求进行创新性的设计，从而推动电力电子技术的进步和发展。

评分☆☆☆☆☆

作为一名电源产品的研发人员，我对磁性元件的设计有着非常直接的需求。很多时候，我们在开发新产品时，往往会遇到各种意想不到的问题，比如元件过热、效率不达标、电磁干扰超标等等，而这些问题很多都源于对磁性元件理解的不足。我非常期待这本书能提供一些关于磁性元件失效模式的分析，以及如何通过设计来规避这些失效。例如，当开关管的开关损耗很高时，我们应该如何调整变压器的参数来改善？当输出纹波很大时，又该如何优化输出滤波电感的設計？我希望书中能有一些“疑难杂症”的解答，能够帮助我们快速定位问题并找到解决方案。同时，对于一些新兴的功率器件（如GaN、SiC）的应用，它们对磁性元件的要求也越来越高，如果书中能包含这方面的内容，那就更好了。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《开关电源磁性元件理论及设计》的瞬间，我就被它厚实的体量和专业的气息所吸引。对于我这样在电源行业摸爬滚打多年的老兵来说，每一次的技术革新都离不开对基础理论的深刻理解和对新材料、新工艺的掌握。开关电源的发展日新月异，尤其是在高频化、小型化、高效率方面，磁性元件的设计和优化扮演着至关重要的角色。我特别关注书中对不同磁芯材料（如铁氧体、非晶、纳米晶等）的特性分析，它们在不同工作频率和功率下的性能表现，以及如何根据具体应用场景做出最优选择。此外，变压器和电感的绕组设计、漏感控制、温升计算等细节，更是影响电源性能的关键。我希望能在这本书中找到一些前沿的理论探讨，比如如何利用有限元分析软件辅助设计，如何进行EMI/EMC方面的磁性元件优化，以及针对特定应用（如LED驱动、PFC电路）的磁性元件设计指南。

评分☆☆☆☆☆

说实话，在网上找关于开关电源磁性元件的资料，信息量很大但杂乱无章，真正能系统地、深入浅出地解释清楚的确实不多。我希望这本书能够成为一个“定海神针”，为我提供一个扎实的理论基础。我最想了解的，是那些看似简单但实际上非常关键的环节，比如如何准确计算电感量和匝数，磁芯饱和磁通密度和工作气隙之间的关系，以及如何理解和控制磁芯损耗的构成（磁滞损耗、涡流损耗等）。还有就是，书中是否能详细介绍一下绕组的工艺对磁性元件性能的影响，比如集肤效应、邻近效应在绕线中的体现，以及多股线、利兹线等特殊绕法的作用。更重要的是，如果能提供一些关于磁性元件可靠性评估的指导，比如长期工作下的性能衰减、绝缘可靠性等，那这本书的价值就更加凸显了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目《开关电源磁性元件理论及设计》听起来就非常契合我的需求。我目前负责的是一些小型化、高功率密度的电源模块的开发，在这个过程中，磁性元件的设计是制约整体性能提升的一个重要瓶颈。我希望这本书能够提供一些在空间受限的情况下，如何设计出高性能磁性元件的思路和方法。比如，如何选择合适的磁性材料和形状，在保证足够电感量和功率处理能力的同时，最小化体积和重量。此外，我也很关心磁性元件的集成化设计，比如如何将多个电感或变压器集成到一个磁芯上，以减小整体尺寸和提高效率。书中如果能包含一些关于磁性元件热设计的讨论，比如如何计算和控制温升，以及如何进行散热设计，那就更完美了，这对于高功率密度设计至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书我终于入手了，期待了好久！作为一名刚刚涉足开关电源设计的工程师，我一直觉得磁性元件这块是我的短板，理论知识不够扎实，设计起来也总是心里没底。市面上关于开关电源的书不少，但专门深入讲解磁性元件的却不多，而且很多都偏向于理论公式推导，实操性不强。我希望这本书能像我当初学单片机一样，有一个清晰的脉络，从最基础的磁学原理开始，逐步深入到各种磁性元件（如电感、变压器、磁芯材料等）的设计、选型，再到实际电路中的应用。特别是对于一些复杂的设计挑战，比如如何减小损耗、如何解决饱和问题、如何进行高频设计等，如果能有详细的分析和实用的技巧，那就太棒了。我非常期待这本书能提供一些具体的案例，通过这些案例来理解理论知识是如何落地应用的，这样我才能更快地提升自己的设计能力，做出更稳定、更高效的开关电源。