开关电源理论与设计实践 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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梁适安 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121191930

商品编码：29328690286

包装：平装

出版时间：2013-01-01

基本信息

书名：开关电源理论与设计实践

定价：45.00元

作者：梁适安

出版社：电子工业出版社

出版日期：2013-01-01

ISBN：9787121191930

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.481kg

编辑推荐

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内容提要

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　　本书是作者结合多年实践经验，针对工程技术人员的需要而编写的，详细介绍了开关电源的基本理论、各种高频直流电源转换器电路、开关电源的小信号模式化分析、稳定性分析和反馈补偿控制器设计、频率响应测量技术、实际系统稳定性的测量与回路补偿网络的设计等内容。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《开关电源理论与设计实践》 内容梗概： 本书旨在为读者提供一套全面且深入的开关电源设计理论框架和实用技术指南。它涵盖了从基础概念到高级应用的广泛主题，力求帮助读者掌握开关电源的原理、核心拓扑结构、关键元器件选择、电路分析与优化、以及实际设计与测试方法。全书结构清晰，逻辑严谨，理论讲解与工程实践紧密结合，旨在培养读者独立解决开关电源设计中复杂问题的能力。 核心章节详述： 第一部分：开关电源基础理论 第一章：开关电源概述 1.1 传统线性电源的局限性： 详细阐述了线性电源在效率、体积、发热等方面的固有不足，引出开关电源的必要性。 1.2 开关电源的工作原理： 深入剖析了开关管的周期性开关动作如何实现电压的升降和能量的传递。讲解脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）等基本控制方式，并对比其优缺点。 1.3 开关电源的优势与劣势： 全面分析开关电源在效率、功率密度、宽输入电压范围、隔离性等方面的显著优势，同时也客观指出其在电磁干扰（EMI）、瞬态响应、纹波抑制等方面的挑战。 1.4 开关电源的应用领域： 列举并简要介绍开关电源在计算机、通信设备、消费电子、工业控制、新能源等众多领域的广泛应用，彰显其不可替代性。 第二章：基本开关电源拓扑结构 2.1 非隔离型拓扑： 2.1.1 降压（Buck）变换器： 详细介绍Buck变换器的基本工作原理，包括连续导通模式（CCM）和断续导通模式（DCM）。推导关键参数（如占空比、输出电压）与输入电压、电感、电容的关系。分析电感电流、输出电压纹波的产生机制和计算方法。 2.1.2 升压（Boost）变换器： 深入讲解Boost变换器的原理，同样区分CCM和DCM。分析其输出电压的升压机制，推导相关公式，并讲解电感电流和输出电压纹波的特性。 2.1.3 升降压（Buck-Boost）变换器： 阐述Buck-Boost变换器同时实现升压和降压的功能，分析其工作状态，并推导其输出电压与输入电压的关系。 2.1.4 Cuk、SEPIC、Zeta变换器： 简要介绍这几种具有自身特点的非隔离型拓扑，分析其能量传递路径和电压转换特性，以及在特定应用场景下的优势。 2.2 隔离型拓扑： 2.2.1 反激（Flyback）变换器： 详细解析Flyback变换器的工作原理，重点讲解变压器在能量存储与传递中的作用。分析其单管工作模式，并讲解输入输出隔离的实现方式。 2.2.2 正激（Forward）变换器： 介绍Forward变换器的原理，分析其变压器的工作方式，以及如何通过复位绕组解决磁通复位问题。 2.2.3 半桥（Half-Bridge）变换器： 讲解半桥变换器的结构和工作过程，分析其功率开关器件的驱动和电压应力。 2.2.4 全桥（Full-Bridge）变换器： 深入探讨全桥变换器的原理，分析其四个功率开关器件的协同工作，以及在实现高功率输出方面的优势。 2.2.5 LLC谐振变换器： 介绍LLC谐振变换器的谐振特性，分析其软开关（ZVS）的实现，以及在实现高效率和低EMI方面的突出表现。 第二部分：关键元器件选型与分析 第三章：功率开关器件 3.1 MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）： 详细介绍MOSFET的结构、工作原理，包括栅极驱动、导通压降、开关损耗等关键参数。分析不同封装形式（TO-220, TO-247, D2PAK等）的散热性能。 3.2 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）： 阐述IGBT的特性，对比其与MOSFET的优势和劣势，重点讲解其在高电压、大电流应用中的适用性。 3.3 功率二极管： 介绍整流二极管、肖特基二极管等在开关电源中的应用。分析其正向压降、反向恢复时间等关键参数对效率和EMI的影响。 3.4 碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）器件： 重点介绍SiC和GaN等宽禁带半导体材料的优势，包括高耐压、低导通电阻、高开关频率等，以及其在下一代开关电源设计中的重要作用。 3.5 功率开关器件的驱动电路设计： 讲解驱动电路的设计原则，包括驱动电压、驱动电流、门极电容的匹配，以及如何实现快速、可靠的开关动作。 第四章：储能与滤波元件 4.1 电感器的设计与选型： 详细介绍电感器的结构（铁芯、线圈）、参数（电感量、饱和电流、直流电阻、自谐振频率）及其对电路性能的影响。讲解不同磁芯材料（铁氧体、铁硅铝、非晶合金等）的特性。 4.2 电容器的设计与选型： 分析电容器在开关电源中的作用（储能、滤波、耦合）。重点讲解电解电容器、陶瓷电容器、薄膜电容器的特性，包括容量、等效串联电阻（ESR）、等效串联电感（ESL）、耐压、温度特性等。 4.3 变压器的设计与选型（隔离型拓扑）： 深入解析变压器的设计要点，包括匝数比、磁芯选型、线材选择、绕制工艺等。讲解如何根据功率、电压、隔离要求进行设计，以及涡流损耗、磁滞损耗等对效率的影响。 第三部分：控制理论与环路稳定性 第五章：开关电源的控制技术 5.1 电压模式控制： 讲解电压模式控制的原理，分析其传递函数，以及在不同工作模式下的特性。 5.2 电流模式控制： 详细介绍电流模式控制的优势，包括内环电流环对占空比的快速响应、更好的瞬态性能、以及简化环路补偿等。区分峰值电流模式和平均电流模式。 5.3 滞环控制（Hysteretic Control）： 介绍滞环控制的原理，分析其快速响应和简单的实现方式，同时也指出其在输出纹波和EMI方面的不足。 5.4 频率调制控制（PFM）： 讲解PFM控制的工作方式，以及其在低功耗应用中的优势。 5.5 PWM控制器的选择与应用： 介绍市面上常见的PWM控制器芯片，分析其功能、参数和应用方法。 第六章：反馈环路设计与稳定性分析 6.1 反馈环路的基本组成： 讲解误差放大器、补偿网络、PWM调制器等组成的反馈回路。 6.2 环路补偿技术： 深入阐述Type II、Type III补偿器的设计原理，如何通过调整补偿元件参数来获得合适的增益裕度和相位裕度，保证系统的稳定性和动态响应。 6.3 伯德图（Bode Plot）分析： 讲解如何通过绘制伯德图来分析系统的频率响应，判断系统的稳定性。 6.4 瞬态响应分析： 分析不同负载变化和输入电压变化下，开关电源的瞬态响应特性，以及如何通过环路补偿进行优化。 第四部分：设计实践与工程考量 第七章：电磁干扰（EMI）与滤波设计 7.1 EMI的产生源： 分析开关电源中EMI的主要产生机制，包括传导发射和辐射发射。 7.2 EMI的抑制方法： 讲解在PCB布局、器件选型、屏蔽、滤波等方面的EMI抑制策略。 7.3 EMI滤波器的设计： 详细介绍EMI滤波器的分类（共模、差模）、设计原则和元件选择。 7.4 传导发射与辐射发射的测试与分析： 介绍EMI的测试方法和标准，以及如何根据测试结果进行电路优化。 第八章：PCB布局与布线 8.1 PCB布局的基本原则： 强调功率回路、控制回路、信号回路的合理划分，以及热管理考虑。 8.2 关键布线技术： 讲解高频信号布线、电源线和地线的设计、接地策略等，以减少寄生参数和EMI。 8.3 信号完整性与电源完整性： 分析PCB布局对信号完整性和电源完整性的影响，以及如何避免信号反射和电源噪声。 第九章：散热设计与热管理 9.1 散热的基本原理： 讲解热传导、热对流、热辐射等散热方式。 9.2 功率器件的散热设计： 分析功率器件的发热量，讲解散热器（Heatsink）的选型和安装，以及热界面材料（TIM）的应用。 9.3 PCB的散热优化： 讲解通过增加铜箔面积、使用多层PCB、引入导热过孔等方式优化PCB散热。 9.4 整体热管理方案： 介绍系统级热管理，包括风扇、进出风口设计等。 第十章：保护电路设计 10.1 过压保护（OVP）： 介绍不同过压保护的实现方式，如齐纳二极管、TL431、专用OVP芯片等。 10.2 过流保护（OCP）： 讲解过流检测方法（如电流检测电阻、电流互感器、检测IC），以及不同OCP模式（打嗝模式、恒流模式）的应用。 10.3 过温保护（OTP）： 介绍温度检测元件（如NTC热敏电阻、温度传感器IC）及其在OTP中的应用。 10.4 短路保护： 分析短路保护的原理和实现电路。 10.5 欠压锁定（UVLO）： 讲解UVLO在启动和运行过程中的作用。 第十一章：实际设计案例分析 11.1 针对不同应用场景的设计示例： 例如，为消费电子产品设计的低成本、高效率电源；为通信设备设计的宽输入范围、高可靠性电源；为LED照明设计的高功率密度、低纹波电源。 11.2 设计流程与调试经验： 结合实际案例，详细讲解从需求分析、原理图设计、PCB布局、物料采购、焊接、调试到最终测试的完整设计流程。分享实际设计中可能遇到的问题及解决方法。 附录 常用元器件手册查询指南 开关电源设计常用公式汇总 相关标准与规范简介 本书特色： 理论深度与实践广度并重： 既有扎实的理论基础讲解，又有丰富的工程实践经验分享，为读者提供全方位的知识体系。 图文并茂，易于理解： 大量采用电路图、波形图、PCB布局图等，配合清晰的文字描述，化繁为简，提高学习效率。 聚焦核心问题： 针对开关电源设计中的难点和热点问题，如EMI、稳定性、散热等，提供深入的分析和解决方案。 面向工程师的实用指南： 旨在为初学者和有经验的工程师提供一套完整的参考框架和解决问题的思路，帮助他们快速掌握开关电源的设计精髓。 通过对本书的学习，读者将能够深入理解开关电源的工作原理，熟练掌握各种拓扑结构的应用，精准选择关键元器件，有效地进行环路补偿和稳定性分析，并能系统地解决EMI、散热等工程设计问题，最终能够独立设计出高性能、高可靠性的开关电源产品。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁大气，让人一眼就能感受到其专业和严谨。我一直对电子技术有着浓厚的兴趣，尤其是那些能够将交流电转换为直流电，并且效率极高的设备。开关电源无疑是其中最关键的一环，它广泛应用于我们生活中的方方面面，从手机充电器到大型服务器，都离不开它的身影。我翻阅了几章，对书中关于Buck、Boost、Buck-Boost等基本拓扑结构的讲解印象深刻。作者深入浅出地剖析了这些拓扑的工作原理，通过清晰的电路图和数学推导，将原本复杂的概念变得易于理解。特别是关于纹波抑制和瞬态响应的部分，作者给出了非常实用的设计建议和分析方法。我还注意到书中提到了磁性元件的设计，这部分内容对我来说尤其重要，因为磁性元件的性能直接影响着开关电源的整体效率和稳定性。整体而言，这本书为我打下了坚实的理论基础，让我对开关电源有了更全面、更深入的认识。

评分☆☆☆☆☆

作为一名热爱DIY的电子爱好者，我一直对各种电子设备的工作原理感到好奇。开关电源作为许多电子设备的核心，一直是我想要深入了解的对象。这本书的语言风格非常友好，即使是对初学者来说，也不会感到晦涩难懂。我特别喜欢书中关于如何进行仿真和验证的部分，作者详细介绍了使用SPICE等仿真软件进行电路分析和优化的方法，并且给出了具体的仿真模型和参数设置。这对于我这样的DIY爱好者来说，是非常宝贵的实践指导。通过仿真，我可以在不损坏实际元件的情况下，测试不同的设计方案，并不断优化电路性能。此外，书中还提供了很多实际的测试方法和仪器使用技巧，让我能够更好地理解和掌握开关电源的实际调试过程。

评分☆☆☆☆☆

刚拿到这本书，就被其厚实的体量和精美的排版所吸引。我是一名刚入职的工程师，在学校学习的理论知识与实际应用之间总感觉隔了一层纱。这本书的出现，恰好填补了我的这一块知识空白。我尤其喜欢其中关于元器件选型和布局的章节，这部分内容往往是决定一个开关电源能否成功流片和量产的关键。书中详细讲解了不同类型MOSFET、二极管、电容、电感等元器件的选型原则，并给出了具体的计算公式和参考数据。更重要的是，作者结合实际案例，阐述了PCB布局对EMI（电磁干扰）、热设计以及寄生参数的影响。这一点对我启发很大，因为在实际工作中，常常会因为忽略了这些细节而导致产品达不到设计指标。书中提供的各种实用技巧和经验，如如何减小环路面积、如何处理高频噪声等，都是宝贵的财富，能够帮助我少走弯路，提高工作效率。

评分☆☆☆☆☆

我是一名有一定经验的电子工程师，在工作中遇到过不少开关电源的设计难题。这次阅读《开关电源理论与设计实践》给我带来了很多惊喜。书中关于高级拓扑结构，如SEPIC、Cuk以及四开关反激等，的讲解让我耳目一新。这些拓扑在某些特定应用场景下，能够提供比基本拓扑更优越的性能，而我之前对这些结构了解不多。作者不仅给出了这些拓扑的电路原理，还深入分析了它们的优缺点以及适用范围，这对于我拓展设计思路非常有帮助。另外，书中关于多相并联、LLC谐振变换器等内容，也让我看到了开关电源在高性能、高效率领域的最新发展趋势。这些前沿技术的介绍，让我对未来的技术发展有了更清晰的认识，也为我指明了学习和研究的方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的感受是它的全面性和实用性。它不仅仅局限于理论知识的堆砌，而是将理论与实践紧密结合。我注意到书中专门用了一个章节来讨论可靠性设计和故障分析。这对于任何从事产品开发的人来说都是至关重要的。作者从元器件的可靠性、热应力、电应力等多个方面，详细阐述了如何设计出更加稳定可靠的开关电源。同时，书中还提供了多种常见的故障模式及其分析方法，以及相应的解决策略。这使得在实际产品开发过程中，一旦出现问题，能够快速定位原因并找到解决方案，大大缩短了故障排除的时间，也降低了研发成本。这本书就像一位经验丰富的导师，为我提供了宝贵的实践经验和设计智慧。