現代儀器電源--原理技術設計 張建生 9787030150950 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張建生 著

圖書標籤:

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030150950

商品編碼：29690919075

包裝：平裝

齣版時間：2005-07-01

基本信息

書名：現代儀器電源--原理技術設計

定價：28.00元

作者：張建生

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2005-07-01

ISBN：9787030150950

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版次：1

裝幀：平裝

開本：

商品重量：0.459kg

編輯推薦

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內容提要

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本書緊密結閤具體産品，係統全麵地介紹新型儀器電源技術的基本原理和實用技術，具有較強的實用性和針對性。全書內容包括：開關電源原理，開關電源性能分析，開關電源中功率器件性能分析，開關電源産品設計與工藝，通信用智能開關電源的監控係統及高頻開關電源係統，通信機房電源的配置，通信用新型電源電池，新型智能開關電源設計仿真等。此外，附錄中還列齣瞭和開關電源相關的高頻功率變壓器的設計，以及部分電源 MOSFET器件參數錶，以供讀者參考。
本書可作為電氣工程及自動化專業、電子信息專業、通信工程專業的教材或輔導用書，也可供其他相關專業及對現代儀器電源感興趣的讀者閱讀。

目錄

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章 開關電源基礎
　1.1 開關電源基礎
　1.2 開關電源的功率變換電路
　1.3 開關電源的反饋控製電路
　1.4 開關電源驅動電路
　1.5 開關電源功率因數及校正器
第二章 開關電源的性能指標
　2.1 電源指標體係介紹
　2.2 開關電源與其他電源的性質比較
第三章 開關電源常用的集成控製器
　3.1 SG1524係列開關電源控製器
　3.2 TL494型開關電源集成控製器
　3.3 UC1842係列開關電源集成控製器
第四章 開關電源主控元器件
　4.1 二極管
　4.2 功率晶體管
　4.3 功率MOS場效應晶體管
　4.4 絕緣柵雙極晶體管
　4.5 光電耦閤器
　4.6 精密可調基準 電源
　4.7 開關電源中使用的厚膜電路
　4.8 開關電源中使用的電容器
第五章 開關電源産品設計與工藝
　5.1 概述
　5.2 變壓器的設計
　5.3 開關管與整流二極管的參數計算
　5.4 吸收迴路的設計計算
　5.5 功率晶全管的選擇
　5.6 功率晶體管的保護電路設計
　5.7 MOSFET的選擇與保護
第六章 通信用智能開關電源的監控係統
　6.1 智能開關電源的監控原理
　6.2 電源監控係統的通信接口與通信協議
　6.3 DK係列智能開關電源監控模塊
　6.4 MSS3000多媒體集中監控係統
　6.5 監控係統實例
第七章 通信用智能高頻一菤電源係統
　7.1 概述
　7.2 PS48600型智能高頻開關電源係統
　7.3 諧振型通信開關穩壓電源係統
第八章 通信機房電源配置
　8.1 概述
　8.2 機房電源的設置
　8.3 接地、防雷及各種保護措施
　8.5 電力電池機房的設計
第九章 通信用新型電源電池
　9.1 通信用蔗園電池的發展動態和分類
　9.2 鉛酸蓄電池的基本工作原理和應用
　9.3 鎳鎘電池
　9.4 鎳金屬氫化物電池
　9.5 鋰離子電池
　9.6 太陽能電池
第十章 新型智能開關電源設計仿真
　10.1 開關電源計算機仿真技術
　10.2 MATLAB語言在新型智能開關電源仿真中的應用
　10.3 ISPICE及其在開關電源仿真中的應用
　10.4 新型智能開關電源的優化設計方法
　10.5 工程優化的基本內容
　10.6 開關電源應用優化方法的幾個問題
附錄1 高頻功率變壓器的設計
附錄2 部分電源MOSFET器件參數錶
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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儀器電源的理論基石與實踐探索 在精密儀器日益普及的今天，穩定、可靠且高質量的電源已成為衡量儀器性能優劣的關鍵因素之一。從實驗室的高精度分析儀器到工業生産綫上的自動化控製設備，再到醫療領域的生命支持係統，無一不依賴於強大而精密的電源供應。本書深入剖析瞭現代儀器電源的核心原理，係統闡述瞭實現高性能電源所需的關鍵技術，並提供瞭詳實的設計思路與實踐指導，旨在為讀者構建一個全麵而深入的儀器電源知識體係。 第一部分：儀器電源的原理基礎 儀器電源的設計並非憑空而來，它建立在一係列深刻的物理學和電學原理之上。本部分將首先追溯電源技術的演進，從早期的綫性電源到如今廣泛應用的開關電源，梳理其發展脈絡，幫助讀者理解不同技術路綫的優勢與局限。 1.1 電能轉換的本質：從交流到直流 幾乎所有電子儀器都需要穩定可靠的直流電能，而電網提供的通常是交流電。因此，將交流電轉換為直流電是儀器電源的首要任務。本部分將詳盡介紹各種整流電路的原理，包括半波整流、全波整流（中心抽頭變壓器式和橋式整流）及其各自的優缺點。在此基礎上，將深入探討濾波技術，這是消除整流後的脈動直流電壓、使其接近理想直流的關鍵。我們將詳細分析電感濾波、電容濾波以及LC組閤濾波的原理、計算方法和在不同應用場景下的選擇策略。 1.2 電壓穩定性的奧秘：穩壓技術 純淨的直流電還不足以滿足精密儀器的苛刻要求，電壓的穩定性至關重要。任何微小的電壓波動都可能導緻儀器讀數的偏差甚至功能失常。本部分將係統介紹兩大類主流穩壓技術：綫性穩壓和開關穩壓。 綫性穩壓器： 詳細解析串聯型穩壓器（如三端穩壓器LM78XX/LM79XX係列）的工作原理，重點講解其內部的反饋、比較、放大和調整機製。同時，也將探討並聯型穩壓器（如TL431等精密基準源配閤功率管）的穩壓原理。我們將分析綫性穩壓器在穩壓精度、輸齣噪聲、動態響應等方麵的優勢，並指齣其主要的缺點——效率較低，尤其在輸入輸齣壓差較大時，功耗會顯著增加，産生大量熱量。 開關穩壓器： 這是現代高效率電源的核心技術。本部分將對開關穩壓器進行深度解析，從最基礎的Buck（降壓）、Boost（升壓）和Buck-Boost（升降壓）拓撲結構入手，詳細闡述其工作原理、功率開關管的周期性導通與關斷、電感/電容的儲能與釋放過程。我們將深入研究PWM（脈衝寬度調製）和PFM（脈衝頻率調製）等控製方式，以及它們如何精確控製輸齣電壓。進一步，我們將引入更復雜的拓撲，如SEPIC、Cuk、Flyback、Forward、Half-Bridge、Full-Bridge等，分析它們在不同電壓轉換需求下的適用性、效率特點和隔離需求。 1.3 電源的“健康”指標：紋波與噪聲 紋波是電源輸齣電壓周期性的波動，而噪聲則是非周期性的隨機乾擾。它們是衡量電源純淨度的重要指標，也是影響儀器性能的“殺手”。本部分將詳細分析紋波和噪聲的産生源，包括整流濾波不完善、開關器件的開關瞬態、電磁乾擾（EMI）耦閤等。我們將介紹量化紋波和噪聲的各種指標，如峰峰值紋波、RMS紋波、輸齣噪聲電壓等。更重要的是，本部分將提供一係列抑製紋波和噪聲的有效方法，包括優化濾波電路設計、采用差分濾波、屏蔽與接地技術、閤理的PCB布局等。 1.4 效率與功率密度：現代電源設計的永恒追求 在同等性能的前提下，更高的效率意味著更低的能耗和更小的散熱需求，從而實現更小的體積和更低的運行成本。功率密度則是單位體積內的輸齣功率。本部分將探討提升電源效率的各種策略，包括選擇高效率的功率器件（如MOSFET、GaN、SiC器件）、優化開關頻率、采用同步整流技術、優化磁性元件設計等。同時，也將討論如何通過高頻化設計、集成化設計以及新型拓撲的應用來提高功率密度，使儀器電源更加緊湊化。 第二部分：現代儀器電源的關鍵技術 在掌握瞭基本原理之後，本部分將聚焦於實現高性能儀器電源所需的一係列關鍵技術，這些技術是區分普通電源與精密儀器電源的“內功”。 2.1 精密穩壓與反饋控製 精確的輸齣電壓是儀器正常工作的生命綫。本部分將深入探討精密穩壓的實現技術，包括： 誤差放大器設計： 分析跨阻放大器、跨壓放大器等在穩壓迴路中的應用，以及如何優化其帶寬、增益和穩定性。 基準電壓源： 介紹各種精密基準電壓源（如帶隙基準、齊納二極管穩壓器）的工作原理、精度指標（溫度係數、初始精度）以及選擇考量。 反饋迴路的穩定性分析： 詳細講解根軌跡法、Bode圖法等分析反饋迴路穩定性的方法，以及如何通過補償網絡（如PID控製）來優化瞬態響應和穩定性。 數字控製技術： 探討微控製器（MCU）在電源中的應用，如何實現更靈活的數字PWM控製、電壓/電流監測、保護功能以及多路輸齣協同控製。 2.2 隔離技術：安全與性能的保障 在許多應用場景下，儀器電源的輸齣端需要與輸入端（如市電）在電氣上隔離，以確保操作人員的安全，防止共模乾擾，並實現電壓的升降壓。本部分將詳細介紹各種隔離變壓器和隔離變壓器的設計與應用： 變壓器原理與設計： 講解電磁感應定律在變壓器中的應用，如何根據功率、頻率、電壓比等參數計算鐵芯尺寸、繞組匝數和導綫截麵積。 隔離式開關電源拓撲： 深入研究Flyback、Forward、Half-Bridge、Full-Bridge、Resonant Converter等隔離式拓撲的原理，分析它們的效率、隔離性能、元器件選擇和應用範圍。 高頻變壓器設計： 討論在高頻工作下，如何減小磁芯損耗、銅損（集膚效應、鄰近效應），優化漏感和分布電容。 光耦隔離： 介紹光電耦閤器在反饋迴路中的應用，其隔離原理和選擇要點。 2.3 保護與可靠性設計 儀器電源的可靠性直接關係到整個儀器的穩定運行，而完善的保護功能則是避免設備損壞、保障安全的最後一道防綫。本部分將全麵探討各種保護措施： 過壓保護（OVP）： 介紹如何利用鉗位電路（如TVS管）、比較器或MCU來檢測並快速切斷過壓輸齣。 欠壓保護（UVP）： 講解如何防止輸齣電壓過低對設備造成損害。 過流保護（OCP）： 重點分析限流技術，包括摺返限流、恒流限流以及電流模式控製的OCP功能。 過溫保護（OTP）： 介紹如何通過熱敏元件（如NTC熱敏電阻、溫控開關）監測溫度，並觸發保護機製。 短路保護： 探討不同類型的短路保護策略，以及如何在短路發生時快速響應並避免損壞。 軟啓動： 解釋軟啓動的原理，如何通過限製浪湧電流來保護器件和延長設備壽命。 冗餘設計與熱插拔： 介紹在高可靠性要求的場閤，如何通過冗餘電源模塊和熱插拔技術來保證持續供電。 2.4 電磁兼容性（EMC）設計 現代儀器對電磁兼容性（EMC）的要求越來越高，以避免電源的電磁輻射乾擾其他設備，同時也要抵禦外部電磁乾擾。本部分將深入探討EMC設計： EMI的産生與傳播： 分析開關電源産生EMI的主要源頭，如開關器件的瞬態電流、電磁輻射等。 傳導乾擾與輻射乾擾： 區分這兩種乾擾形式，並提齣相應的抑製對策。 濾波技術： 詳細介紹EMI濾波器（如共模濾波器、差模濾波器）的設計原理、元器件選擇（共模電感、X/Y電容）及其在電源中的布局。 屏蔽與接地： 探討金屬外殼的屏蔽作用，以及良好的接地是減少EMI的關鍵。 PCB布局技巧： 強調電源PCB布局對EMC性能的重要性，包括迴路麵積最小化、信號隔離、電源/地平麵設計等。 第三部分：儀器電源的設計實踐與案例分析 理論結閤實踐是掌握任何技術的必由之路。本部分將從實際工程設計的角度齣發，提供具體的指導和豐富的案例。 3.1 器件選型與參數計算 功率器件選型： MOSFET、IGBT、GaN、SiC等功率器件的特性分析，如何根據電壓、電流、開關速度、導通電阻、封裝等參數進行閤理選擇。 磁性元件設計： 扼流圈、變壓器的設計與選型，包括磁芯材料、尺寸、氣隙、繞組工藝的選擇，以及如何計算參數以滿足效率和體積要求。 電容與電阻選型： 針對不同應用場景（如濾波、退耦、限流），如何選擇閤適的電容（陶瓷電容、電解電容、薄膜電容）和電阻（功率電阻、精密電阻）。 控製芯片選型： 介紹主流的PWM控製器、LLC控製器、PFC控製器等集成電路，以及如何根據設計需求進行選擇。 3.2 PCB布局與布綫 電源PCB布局原則： 強調高電流迴路、開關節點、控製信號、反饋信號的走綫策略，以及如何減少寄生參數。 散熱設計： 閤理的元器件布局、散熱器選擇、風扇配置等，以確保電源在額定工況下穩定工作。 多層闆設計： 闡述多層闆在電源設計中的優勢，尤其是在實現良好的地平麵和電源平麵方麵。 3.3 實際設計流程與方法 需求分析與規格定義： 如何根據儀器應用的具體需求，明確電源的輸入/輸齣電壓、電流、功率、精度、紋波、效率、尺寸、成本等關鍵指標。 拓撲結構選擇： 基於規格要求，選擇最適閤的電源拓撲結構（如Buck、Boost、Flyback、LLC等）。 電路原理圖設計： 繪製完整的電路原理圖，包含主電路、控製電路、保護電路等。 元器件參數計算與仿真： 利用仿真軟件（如LTspice, PSpice）進行關鍵參數的計算和電路性能的預估。 PCB布局與打樣： 進行實際的PCB布局設計，並安排打樣製作。 樣機製作與調試： 焊接元器件，進行電路調試，解決設計中遇到的問題。 測試與驗證： 對樣機進行各項性能指標（電壓精度、紋波、效率、負載調整率、溫度等）的嚴格測試，確保設計符閤要求。 可靠性與EMC測試： 進行長期可靠性測試和EMC測試，以滿足相關標準。 3.4 典型應用案例分析 本部分將選取幾種典型的現代儀器電源應用場景，進行深入的案例分析，例如： 高精度數字示波器電源設計： 分析其對噪聲、紋波、瞬態響應的要求，以及相應的電源架構和關鍵技術。 頻譜分析儀低噪聲電源設計： 重點探討如何實現極低的輸齣噪聲，以及對隔離和EMI的要求。 激光器驅動電源設計： 講解大功率、高精度電流控製在激光器驅動中的應用。 醫療設備電源設計： 強調其對安全、可靠性、低漏電流以及EMC的嚴苛標準。 工業自動化控製係統電源設計： 關注其對環境適應性、過載能力和可靠性的要求。 本書力求以嚴謹的理論分析、深入的技術闡述和豐富的實踐經驗，為讀者提供一個係統、全麵、實用的儀器電源設計指南。無論您是電子工程專業的學生、資深的電源工程師，還是對儀器電源技術感興趣的研究人員，本書都將是您寶貴的參考資料，幫助您掌握現代儀器電源的設計精髓，並能在實際工作中遊刃有餘。

評分☆☆☆☆☆

當我翻開書本，開始接觸到第一章的內容時，我立刻被作者行雲流水的敘述方式所吸引住瞭。他沒有采用那種刻闆的、充滿術語堆砌的寫作風格，而是更像一位經驗豐富的工程師在手把手地指導初學者。語言流暢且富有邏輯性，即便是初次接觸這個領域的讀者，也能順著他的思路逐步深入。特彆是對於一些基礎原理的闡述，作者總是能找到非常貼切且生動的比喻來解釋其背後的物理意義，這極大地降低瞭理解門檻。我記得其中一個關於反饋機製穩定性的討論，作者用瞭一個日常生活中常見的例子來類比，瞬間就讓我明白瞭那個看似復雜的數學模型到底在描述什麼現象。這種將深奧理論“去魅”的能力，是衡量一本技術著作是否優秀的黃金標準。他的文字不是在“說教”，而是在“引導思考”，引導讀者自己去發現和驗證那些規律，這種互動式的閱讀體驗非常棒。

評分☆☆☆☆☆

技術圖錶的繪製質量，是衡量一本優秀技術書籍的另一個重要維度，而這本書在這方麵錶現得堪稱典範。無論是原理框圖、時序圖還是關鍵節點的電壓電流波形圖，它們的綫條都極其清晰銳利，幾乎沒有模糊或重影的情況。更重要的是，這些圖錶不是簡單的裝飾品，它們是文字內容的有力延伸和精確補充。例如，在討論開關電源的控製環路時，作者提供的根軌跡圖和波特圖，不僅數據點位標注準確，而且圖例的解釋也極為到位，讓人一眼就能看齣係統響應的裕度和穩定性狀況。在某些復雜的半控橋電路分析中，甚至連關鍵元件的參數變化對輸齣波形的影響都被繪製成瞭對比圖，這種直觀的比較方式，比單純閱讀文字描述要高效得多。這錶明編者對製圖標準有著極高的要求，確保瞭信息的準確無誤地傳遞。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計給我留下瞭非常深刻的印象，封麵采用瞭一種低調而沉穩的深藍色調，配閤著清晰的白色宋體標題，顯得專業感十足。紙張的質感也相當不錯，厚實且光滑，閱讀起來非常舒適，即便是長時間翻閱也不會覺得眼睛疲勞。我尤其欣賞的是內文的排版布局，圖錶和文字的穿插處理得非常得當，復雜的電路圖和波形分析圖都清晰明瞭，標注詳盡，這對於理解那些抽象的技術概念來說，無疑是巨大的幫助。很多技術書籍在圖文混排上處理得比較生硬，導緻閱讀體驗下降，但這本書明顯在這方麵下瞭功夫，每一個技術細節的呈現都經過瞭精心的設計。裝訂方麵也很牢固，我感覺這本書可以經受住我這種經常帶著它在各種工況環境下閱讀的“摺騰”，不會輕易散頁或鬆動。從整體的物質感受上來說，它散發齣的那種“匠人精神”和對細節的關注，已經預示瞭書中內容的高水準，這絕不是一本隨便印刷的教材能比擬的，光是捧在手裏，就能感受到作者和齣版社對於知識載體本身的尊重。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度達到瞭一個非常平衡的境界，它成功地在“科普”和“專業深入”之間找到瞭一個完美的結閤點。對於初學者來說，它可以作為一本堅實的基礎教材，帶你構建起對現代儀器電源係統的完整認知框架；而對於資深工程師而言，其中涉及的很多前沿控製策略和特定應用場景的優化技巧，仍然提供瞭新的思考角度和參考價值。我發現，很多新技術名詞的定義和概念的提齣，都帶有作者自身多年的實踐沉澱和獨特的見解，這些“獨傢秘笈”是其他泛泛而談的資料裏難以找到的。它不是一本僅僅復述教科書知識的工具書，而更像是一份凝聚瞭作者心血的、富有洞察力的技術總結。這種厚重感和前瞻性，使得這本書在我的工具書架上，占據瞭一個非常核心的位置，我確信未來在處理復雜電源設計問題時，還會頻繁地翻閱它來尋找靈感和驗證思路。

評分☆☆☆☆☆

這本書在案例分析和實際應用部分的詳盡程度，簡直令人驚嘆。它不僅僅停留在理論的描述上，而是深入到瞭“為什麼”和“怎麼辦”的層麵。書中穿插瞭大量的真實世界中遇到的電源設計難題和對應的解決方案，這些內容對於正在進行項目開發的工程師來說，簡直就是一份寶貴的“排雷指南”。我特彆留意瞭關於EMC（電磁兼容性）設計的章節，很多教材往往隻是簡單提及標準和要求，但這本書卻詳細剖析瞭不同拓撲結構下可能産生的噪聲源，以及如何通過優化布局、選擇閤適的濾波元件來有效抑製它們，甚至連PCB走綫的寬度和間距對高頻信號完整性的影響都做瞭細緻的推演。這些都是書本理論教學中常常被忽略的、但卻是決定産品成敗的關鍵因素。讀完這些章節，感覺自己像是上瞭一堂頂級的實戰大師課，對未來設計的信心都增加瞭不少。