现代仪器电源--原理技术设计 9787030150950 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张建生 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030150950

商品编码：29661716869

包装：平装

出版时间：2005-07-01

基本信息

书名：现代仪器电源--原理技术设计

定价：28.00元

作者：张建生

出版社：科学出版社

出版日期：2005-07-01

ISBN：9787030150950

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

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编辑推荐

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内容提要

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本书紧密结合具体产品，系统全面地介绍新型仪器电源技术的基本原理和实用技术，具有较强的实用性和针对性。全书内容包括：开关电源原理，开关电源性能分析，开关电源中功率器件性能分析，开关电源产品设计与工艺，通信用智能开关电源的监控系统及高频开关电源系统，通信机房电源的配置，通信用新型电源电池，新型智能开关电源设计仿真等。此外，附录中还列出了和开关电源相关的高频功率变压器的设计，以及部分电源 MOSFET器件参数表，以供读者参考。
本书可作为电气工程及自动化专业、电子信息专业、通信工程专业的教材或辅导用书，也可供其他相关专业及对现代仪器电源感兴趣的读者阅读。

目录

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章 开关电源基础
　1.1 开关电源基础
　1.2 开关电源的功率变换电路
　1.3 开关电源的反馈控制电路
　1.4 开关电源驱动电路
　1.5 开关电源功率因数及校正器
第二章 开关电源的性能指标
　2.1 电源指标体系介绍
　2.2 开关电源与其他电源的性质比较
第三章 开关电源常用的集成控制器
　3.1 SG1524系列开关电源控制器
　3.2 TL494型开关电源集成控制器
　3.3 UC1842系列开关电源集成控制器
第四章 开关电源主控元器件
　4.1 二极管
　4.2 功率晶体管
　4.3 功率MOS场效应晶体管
　4.4 绝缘栅双极晶体管
　4.5 光电耦合器
　4.6 精密可调基准 电源
　4.7 开关电源中使用的厚膜电路
　4.8 开关电源中使用的电容器
第五章 开关电源产品设计与工艺
　5.1 概述
　5.2 变压器的设计
　5.3 开关管与整流二极管的参数计算
　5.4 吸收回路的设计计算
　5.5 功率晶全管的选择
　5.6 功率晶体管的保护电路设计
　5.7 MOSFET的选择与保护
第六章 通信用智能开关电源的监控系统
　6.1 智能开关电源的监控原理
　6.2 电源监控系统的通信接口与通信协议
　6.3 DK系列智能开关电源监控模块
　6.4 MSS3000多媒体集中监控系统
　6.5 监控系统实例
第七章 通信用智能高频一菤电源系统
　7.1 概述
　7.2 PS48600型智能高频开关电源系统
　7.3 谐振型通信开关稳压电源系统
第八章 通信机房电源配置
　8.1 概述
　8.2 机房电源的设置
　8.3 接地、防雷及各种保护措施
　8.5 电力电池机房的设计
第九章 通信用新型电源电池
　9.1 通信用蔗园电池的发展动态和分类
　9.2 铅酸蓄电池的基本工作原理和应用
　9.3 镍镉电池
　9.4 镍金属氢化物电池
　9.5 锂离子电池
　9.6 太阳能电池
第十章 新型智能开关电源设计仿真
　10.1 开关电源计算机仿真技术
　10.2 MATLAB语言在新型智能开关电源仿真中的应用
　10.3 ISPICE及其在开关电源仿真中的应用
　10.4 新型智能开关电源的优化设计方法
　10.5 工程优化的基本内容
　10.6 开关电源应用优化方法的几个问题
附录1 高频功率变压器的设计
附录2 部分电源MOSFET器件参数表
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《电子设备供电系统构建与优化》 内容概要： 本书深入剖析了现代电子设备供电系统的设计、实现与优化之道。全书共分为五个部分，旨在为读者提供一个系统、全面且实用的技术指南，覆盖了从基础理论到前沿技术的方方面面，能够帮助工程师、研究人员以及爱好者构建出高效、稳定、可靠且符合特定需求的电子设备供电解决方案。 第一部分：供电系统基础理论与关键要素 本部分是全书的基石，重点在于夯实读者对供电系统基本原理的理解。 Chapter 1：供电系统的核心任务与挑战 详细阐述了供电系统在电子设备中的不可或缺性，分析了其承载的能量转换、电压调节、电流供给、噪声抑制、安全保护等核心功能。 深入探讨了当前电子设备供电面临的主要挑战，包括日益增长的功率密度需求、对能效提升的迫切要求、越来越严格的电磁兼容性（EMC）标准、对系统稳定性和可靠性的极致追求，以及在复杂多变的外部环境下保持正常工作的能力。 通过列举不同类型电子设备（如消费电子、工业控制、通信设备、医疗器械等）对供电系统的差异化需求，引发读者对供电系统设计复杂性的思考。 Chapter 2：电源拓扑结构的选择与分析 系统性地介绍了线性电源和开关电源（SMPS）两大类基本电源拓扑。 详细分析了线性电源的优缺点，包括其简单、低噪声的特点，以及低效率、体积大、发热量高等局限性，并介绍了其适用的场景。 深入剖析了各种主流开关电源拓扑，如降压（Buck）、升压（Boost）、升降压（Buck-Boost）、反激（Flyback）、正激（Forward）、全桥（Full-Bridge）、半桥（Half-Bridge）等。 对每种拓扑的电路原理、工作模式、电压电流变换关系、效率特点、噪声特性、功率密度以及适用范围进行了详细的数学推导和图示讲解。 提供了如何根据具体应用需求（如输入/输出电压范围、输出电流大小、效率目标、成本预算、尺寸限制、噪声要求等）进行拓扑结构选择的决策树和权衡分析方法。 Chapter 3：关键元器件的选型与性能考量 功率半导体器件： 详细介绍了MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、二极管（包括肖特基二极管、恢复二极管）等在功率变换电路中的作用。 分析了这些器件的导通压降、开关损耗、耐压等级、电流能力、热阻、封装类型以及可靠性参数。 指导读者如何根据工作电压、电流、开关频率和效率要求进行器件的初步选型，并强调了关注器件的门极驱动特性和体二极管的性能。 磁性元件（电感与变压器）： 阐述了电感和变压器在能量存储、隔离、电压/电流变换中的关键作用。 深入讲解了磁芯材料（如铁氧体、坡莫合金、非晶合金等）的特性（磁导率、饱和磁通密度、损耗等）及其对电源性能的影响。 分析了电感量的计算、绕组设计、匝数比、漏感、寄生电容等对开关电源稳定性和效率的影响。 强调了如何根据工作电流、电感值、直流叠加特性、温升限制以及尺寸要求来设计或选择合适的磁性元件。 储能元件（电容）： 详细介绍了电解电容（铝电解、固体聚合物电容）、陶瓷电容（MLCC）、薄膜电容等在滤波、储能和旁路作用。 分析了这些电容的等效串联电阻（ESR）、等效串联电感（ESL）、耐压、容值、工作温度范围、寿命以及纹波电流承受能力。 指导读者如何根据输出滤波、输入滤波、纹波抑制和瞬态响应要求来选择合适类型的电容，并强调了多电容并联策略的优点。 控制芯片与驱动电路： 介绍了几类常用的PWM（脉冲宽度调制）控制器、LLC谐振控制器、PFC（功率因数校正）控制器等专用集成电路（IC）。 讲解了这些控制IC的功能（如过压保护、过流保护、欠压锁定、软启动、频率抖动等）及其与功率器件的接口。 阐述了驱动电路的设计原则，包括信号隔离、驱动能力、驱动时序以及驱动损耗的优化。 第二部分：高性能电源的设计与实现技术 本部分聚焦于如何通过精巧的设计实现高性能的电源系统。 Chapter 4：效率优化策略 降低导通损耗： 讨论了低导通电阻MOSFET的选用、并联使用功率器件、优化PCB布线降低导线电阻等方法。 降低开关损耗： 深入研究了软开关技术（如零电压开关ZVS、零电流开关ZCS）在LLC谐振变换器、相移全桥变换器中的应用。讲解了如何通过调整谐振参数、优化死区时间来减小开关损耗。 降低磁性元件损耗： 探讨了磁芯材料的选择、优化的磁路设计、改进绕组工艺（如多股线、扁平线）以降低涡流损耗和磁滞损耗。 降低辅助电路损耗： 分析了待机功耗、控制电路功耗的来源，提出了低功耗控制IC、高效的辅助电源设计方法。 功率因数校正（PFC）： 详细介绍了主动式PFC（APFC）和无源式PFC（PPFC）的工作原理、拓扑结构（如Boost PFC、SEPIC PFC）以及实现高功率因数的关键技术，包括谷值导通（CrCM）、临界导通（CRM）和连续导通（CCM）模式的PFC控制。 Chapter 5：纹波与噪声抑制技术 理解纹波与噪声的来源： 分析了开关噪声（EMI）、传导噪声、功率器件开关过程中的瞬态振铃、PCB走线耦合、元器件自身的噪声等。 滤波器的设计与应用： 详细讲解了输入滤波器（LC、π型）、输出滤波器（LC、RC）的设计原则，包括截止频率、阻抗匹配、滤波性能的计算。 PCB布局布线优化： 强调了地平面、电源平面、信号走线的合理分割与连接，减小环路面积，避免交叉耦合。 屏蔽与隔离技术： 介绍了金属屏蔽壳、磁屏蔽的应用，以及差分信号、光耦隔离在降低噪声传播中的作用。 元器件的去耦与旁路： 讲解了不同类型电容在不同频率段的旁路效果，强调了高速数字电路中对高频旁路电容的合理布置。 Chapter 6：瞬态响应与动态稳定性 瞬态响应的定义与影响： 解释了输出电压在负载突变时产生的过冲、下冲及其对电子设备性能的影响。 环路补偿设计： 深入讲解了PID（比例-积分-微分）控制器的原理，以及如何通过伯德图、根轨迹等分析方法对电压反馈环路进行补偿设计，以获得快速、无振荡的瞬态响应。 关键参数的优化： 讨论了输出电容容量、ESR，以及控制环路的增益和相裕度对瞬态响应的影响。 动态负载下的稳定性： 分析了在多路输出、动态负载变化剧烈场景下的电源稳定性问题，提出了相应的解决方案。 Chapter 7：可靠性与安全性设计 过压、过流、过温保护： 详细介绍了各种保护电路的设计，包括阈值设定、保护响应时间、保护恢复机制。 软启动与浪涌电流抑制： 讲解了软启动技术如何平滑启动过程，避免对后级电路造成冲击，以及如何设计限流电路抑制启动时的浪涌电流。 绝缘与电气间隙： 阐述了高压隔离电路设计的要求，包括介质强度、电气间隙、爬电距离，以及相关的安全标准（如IEC/EN 60950, IEC/EN 62368等）。 元器件的可靠性选型： 强调了选择具有良好MTBF（平均无故障时间）的元器件，并对关键元器件（如电解电容）的寿命进行估算。 散热设计： 讨论了自然对流、强制风冷、热管、液冷等散热方式，以及PCB散热敷铜、增加散热片等技巧，确保器件工作在安全温度范围内。 第三部分：特定应用场景的电源设计 本部分将理论与实践相结合，针对几种典型的应用场景进行深入分析。 Chapter 8：高效LED照明驱动电源设计 分析了LED的伏安特性，PWM调光与模拟调光方式。 介绍了适用于LED照明的开关电源拓扑，如Buck、Boost、SEPIC、Flyback等，并重点讨论了恒流输出控制的实现。 探讨了多串并联LED的均流技术、功率因数校正（PFC）在LED驱动中的应用、以及EMI的抑制。 强调了散热与寿命设计。 Chapter 9：通信设备供电系统设计 分析了通信设备对电源的严苛要求：高可靠性、低纹波、快速动态响应、宽温工作范围。 介绍了高密度、高效率的DC-DC变换器设计，如LLC谐振变换器、相移全桥变换器。 讨论了冗余电源设计（N+1冗余）、热插拔技术、集中供电与分布式供电架构。 重点关注了电磁兼容性（EMC）设计与测试。 Chapter 10：工业控制与嵌入式系统电源 分析了工业环境的复杂性（如强干扰、宽温、高湿）对电源提出的挑战。 介绍了高可靠性的DC-DC模块、隔离型电源设计。 讨论了电源的保护功能（如防反接、过载保护、短路保护）在工业应用中的重要性。 阐述了低功耗待机电源、多路输出电源的设计。 介绍了针对嵌入式系统设计的低成本、小型化电源解决方案。 第四部分：先进的电源技术与趋势 本部分将带领读者了解电源领域的前沿技术和未来发展方向。 Chapter 11：无线充电与能量收集技术 详细阐述了电磁感应式、磁共振式无线充电的原理，包括线圈设计、匹配网络、效率优化。 介绍了能量收集技术（如太阳能、热电、射频能量收集）在低功耗物联网设备中的应用。 探讨了能量收集电源的低功耗管理与存储技术。 Chapter 12：GaN与SiC在高功率电源中的应用 深入分析了氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等宽禁带半导体材料的特性，包括其高耐压、低导通电阻、高开关速度等优势。 探讨了GaN/SiC器件在开关电源中的应用，如何实现更高的效率、更高的功率密度和更低的EMI。 介绍了GaN/SiC驱动电路的设计要点与挑战。 Chapter 13：数字化与智能化电源控制 介绍了数字电源控制的基本原理，包括数字信号处理器（DSP）、微控制器（MCU）在电源中的应用。 探讨了数字电源在参数配置、动态调整、故障诊断、远程监控等方面的优势。 展望了人工智能（AI）在电源优化、故障预测、自适应控制等方面的应用前景。 第五部分：电源设计实践与工具 本部分提供实际的设计指导和工具介绍，帮助读者将理论知识转化为实际成果。 Chapter 14：电源设计流程与仿真分析 系统梳理了从需求分析、方案设计、原理图绘制、PCB布局、样机制作、调试测试到量产的全过程。 详细介绍了各种电子设计自动化（EDA）工具（如Altium Designer, Cadence Allegro, PSpice, LTspice, MATLAB/Simulink等）在电源设计中的应用，包括原理图编辑、PCB布局、电磁仿真、热仿真、电路仿真等。 强调了仿真在验证设计、预测性能、优化参数中的重要性。 Chapter 15：电源的测试与测量 介绍了常用的电源测试仪器，如示波器、频谱分析仪、直流电子负载、电源测量仪、LCR测试仪等。 详细讲解了输出电压纹波、瞬态响应、效率、功率因数、EMI/EMC等关键参数的测量方法和注意事项。 提供了典型电源参数的测试报告模板。 Chapter 16：故障诊断与维修技巧 总结了常见的电源故障现象及其可能的原因。 提供了系统化的故障诊断方法，包括目视检查、替换法、代换法、测量法等。 分享了一些实用的维修技巧和安全注意事项。 通过本书的学习，读者将能够深刻理解现代电子设备供电系统的设计精髓，掌握构建高效、稳定、可靠电源系统的关键技术，并能应对日益复杂的工程挑战，从而在电子工程领域取得更大的成功。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得非常专业，那种略带工业感的深色调和清晰的字体排布，一下子就抓住了我的眼球。我最近刚好在负责一个涉及到精密测量设备供电系统的项目，急需一本能够系统梳理电源原理和设计方法的参考书。市面上很多同类书籍要么过于侧重理论推导，让人望而生畏，要么就是停留在简单的电路介绍层面，缺乏工程实践的指导深度。这本书的标题《现代仪器电源——原理技术设计》给我的感觉是，它正好卡在了理论深度和工程实用性之间的黄金分割点。我特别期待它能在开关电源拓扑结构的选择、噪声抑制与电磁兼容（EMC）处理这些关键环节提供独到的见解。毕竟，在现代高精度仪器中，电源的纯净度和稳定性直接决定了测量的极限精度，这可不是随便一个普通电源设计手册就能解决的问题。我希望这本书能深入剖析不同应用场景下（比如高分辨率ADC驱动、低噪声放大器供电）对电源的具体苛刻要求，并提供一套行之有效的设计流程和验证方法。如果它能结合最新的半导体器件发展趋势，给出一些前沿的解决方案，那无疑将是锦上添花。我对它在“技术设计”这部分内容的详实程度抱有极高的期望，因为它将直接指导我后续的设计工作，避免走不必要的弯路。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本书的目录时，我被其清晰的逻辑结构所折服。它没有像许多教材那样冗长地从最基本的电学定律开始讲起，而是直奔主题，聚焦于“现代仪器”这一特定应用领域对电源的特殊要求。我注意到其中有一章专门讲解了纹波和噪声的量化分析与抑制技术，这正是我目前工作中的一个痛点。过去我都是靠经验和反复试错来降低电源噪声，但总感觉不够系统。这本书似乎提供了一个更科学、更可预测的工具箱，教你如何从源头上控制噪声的产生，而不是仅仅在输出端做被动的滤波。更令我惊喜的是，它似乎还涉及到了电源管理芯片（PMIC）在仪器级应用中的高级配置技巧，这一点在很多基础读物中是极少被深入探讨的。我猜测作者在编写时，一定是基于多年的实际项目经验，把那些只有在真实调试中才会暴露出来的“陷阱”都提前指了出来。这种高度的实践导向性，让这本书的价值立刻提升了一个档次，它不再是冰冷的理论集合，而是工程师的实战手册。

评分☆☆☆☆☆

从内容组织上看，这本书似乎在努力平衡“原理”与“设计”之间的张力。很多技术书籍要么是过于偏重数学公式的推导，读起来像在啃硬骨头，要么就是堆砌datasheet上的参数，缺乏对背后的物理机制的解释。我初步翻阅的几页内容显示，它在解释诸如磁性元件（变压器和电感）的设计优化时，既给出了必要的等效电路模型，又没有回避实际绕制工艺中可能出现的饱和、漏感等问题对性能的影响。这种深度兼顾广度的叙述方式，对于我这种需要快速理解底层原理并将其转化为实际产品设计的人来说，简直是福音。我尤其关注它对高效率、高功率密度要求的应对策略，比如在面向便携式或高集成度仪器时，如何在高频开关和热管理之间找到最佳平衡点。如果它能深入探讨热设计对元器件寿命和长期稳定性的影响，并给出实用的热仿真或热分析指导，那么这本书的实用价值将是无可估量的。

评分☆☆☆☆☆

阅读一本技术书籍，作者的写作风格和表达习惯是影响吸收效率的关键因素。这本书的语言风格非常严谨，用词精确，没有过多花哨的修饰，一切都围绕着技术核心展开，这非常符合我个人偏好的学习方式。我能感觉到作者是一位非常严谨的工程师或者学者，他们知道如何用最简洁的语言描述复杂的物理过程。例如，在描述欠压锁定（UVLO）或软启动电路时，文字的逻辑递进非常清晰，每一步的参数设定都有明确的物理或技术依据支撑，让人感觉每学到一个知识点都是扎实可靠的。如果作者能在设计案例部分，多加入一些对比分析，比如为什么在这个特定应用中选择了反激式拓扑而非LLC，并详细列出选择前后的性能指标对比（如瞬态响应、EMI辐射水平），那将极大地增强说服力，帮助我们建立更完善的决策框架。这种从“是什么”到“为什么”再到“如何做”的完整闭环，是优秀技术书籍的标志。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的期待还集中在它对系统层面的考量上。现代仪器电源的设计绝不仅仅是设计一块PCB，它涉及到复杂的系统集成问题，包括与其他敏感电路的隔离、系统级的功耗预算管理，以及在极端环境下的可靠性保障。我希望这本书能超越单个电源模块的设计范畴，提供一些关于整个仪器电源架构的宏观指导。比如，如何合理划分不同的供电域（模拟、数字、射频），如何设计高效的电源监控和故障诊断机制。如果书中能提及最新的行业标准（如医疗设备或航空航天领域对电源的特定要求），并指导读者如何将这些标准转化为可执行的设计规范，那就太棒了。总之，我希望这本书不仅仅是一本“工具书”，更是一本能够提升我电源设计思维层次的“思想指南”。它应该能帮助我从一个仅仅能“搭出能工作的电源”的设计者，成长为一个能够设计出“极致稳定、高度可靠”的系统级电源架构师。