模块电源外围电路设计要点及应用实例 周志敏著 电子工业出版社

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周志敏著 著
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出版社: 电子工业出版社
ISBN:9787121313851
商品编码:29900624234
包装:平装-胶订
出版时间:2017-05-01

具体描述

基本信息

书名:模块电源外围电路设计要点及应用实例

定价:48.00元

售价:30.2元,便宜17.8元,折扣62

作者:周志敏著

出版社:电子工业出版社

出版日期:2017-05-01

ISBN:9787121313851

字数:

页码:

版次:1

装帧:平装-胶订

开本:16开

商品重量:0.4kg

编辑推荐


本书结合国外模块电源技术的发展动向及国内的应用实践,在简介DC/DC变换器与模块电源的基础上,系统地讲述软开关控制技术及电路分析、VICOR模块电源、DC/DC模块电源工程应用、系统电源架构及模块电源应用电路实例等内容。本书题材新颖实用,内容丰富,深入浅出,文字通俗,具有很高的实用价值,是从事模块电源设计与应用工程技术人员的读物。

内容提要


本书结合国外模块电源技术的发展动向及国内的应用实践,在简介DC/DC变换器和模块电源的基础上,系统地讲述了软开关控制技术及电路分析、VICOR模块电源、DC/DC模块电源工程应用、系统电源架构及模块电源应用电路实例等内容,题材新颖实用,内容丰富,深入浅出,文字通俗,具有很高的实用价值,是从事模块电源设计与应用的工程技术人员的读物。

目录


作者介绍


周志敏,1985年毕业于哈尔滨建筑大学(现为哈尔滨工业大学)电气自动化专业,1985年8月在黑龙江省荣军电力公司从事技术工作,1987年5月在山东莱芜钢铁集团公司安装工程处从事技术工作,1990年12月在山东莱芜钢铁集团公司设计院从事电气自动化设计工作,1999年8月在山东莱芜钢铁集团公司动力部从事技术管理和开发工作。

文摘


序言



模块电源外围电路设计要点及应用实例 内容概述 本书深入探讨了模块电源设计中至关重要的外围电路,旨在为工程师和技术人员提供一套系统、实用的设计指南。内容涵盖了从基础理论到具体应用的全方位知识,旨在帮助读者理解和掌握模块电源外围电路的关键设计要素,提升电源系统的性能、可靠性和效率。 第一章:模块电源基础与外围电路的重要性 本章首先回顾了模块电源的基本概念、分类及其在现代电子设备中的广泛应用。在此基础上,强调了外围电路对于模块电源整体性能的关键作用。模块电源本身集成度高、功能强大,但其性能的充分发挥离不开精巧合理的外围电路设计。这些外围电路不仅负责为模块电源提供必要的输入信号和负载,更在能量转换、信号滤波、保护机制、稳定性和效率优化等方面扮演着不可或缺的角色。本书将从外围电路的设计视角出发,剖析如何最大化模块电源的优势,克服潜在挑战。 第二章:输入端外围电路设计 输入端电路是模块电源的第一道“门”。本章详细阐述了输入端外围电路的设计要点,包括: 滤波与 EMI/EMC 设计: 输入滤波器的类型与选择: 介绍共模电感、差模电感、电容器(陶瓷电容、电解电容)等滤波元件的特性,并根据不同应用场景(如工业、医疗、消费类电子)提供选择建议。 EMI 抑制技术: 深入讲解 EMI 的产生机制,并介绍有效的抑制方法,如软启动电路、输入缓冲电路、屏蔽技术等,以满足严格的电磁兼容性标准。 接地与布线原则: 强调良好的接地和布线是减少 EMI 的关键,提供接地星形接地、地平面设计等实用技巧。 浪涌与过压保护: 瞬态电压抑制(TVS)管的应用: 讲解 TVS 管的工作原理,如何根据模块电源的额定电压和应用环境选择合适的 TVS 管。 保险丝(Fuse)的选择与应用: 介绍不同类型保险丝(熔断保险丝、自恢复保险丝)的特点,以及如何根据最大输入电流和安全规范进行选择。 压敏电阻(MOV)的配合使用: 探讨压敏电阻与 TVS 管的配合,提供更全面的过压保护方案。 反向电压保护: 二极管反向连接: 介绍使用二极管进行反向电压保护的电路结构和注意事项。 P 沟道 MOSFET 的应用: 讲解 P 沟道 MOSFET 在反向电压保护中的优势,如低导通压降和高效率。 软启动电路设计: 软启动的目的与原理: 解释软启动如何降低模块电源启动时的浪涌电流,保护输入端器件。 RC 软启动电路、PWM 控制软启动: 提供不同软启动电路的设计方法和参数计算。 第三章:输出端外围电路设计 输出端电路直接面向负载,其设计直接关系到负载设备的正常工作和稳定性。本章聚焦输出端外围电路的设计要点: 输出滤波与纹波抑制: LC 滤波器的设计: 深入分析 LC 滤波器的原理,如何根据输出电流、允许纹波系数计算电感和电容的数值。 多级滤波与 RC 滤波: 介绍串联、并联 LC 滤波器的组合以及 RC 滤波器的应用,以实现更低的纹波。 陶瓷电容与低 ESR 电容的选择: 强调低 ESR(等效串联电阻)电容在纹波抑制中的重要性,以及不同类型陶瓷电容的特性。 瞬态响应与动态负载能力: 负载突变的影响: 分析负载快速变化时对输出电压的影响。 补偿元件的选择: 介绍如何通过增加输出电容、优化补偿网络来提高模块电源的瞬态响应速度。 外部储能元件的设计: 讲解在动态负载要求极高的应用中,如何设计外部储能电容或超级电容。 过流与短路保护: 电流检测方式: 介绍电阻检测、电流互感器、霍尔电流传感器等检测方法。 限流电路的设计: 讲解如何利用运放、比较器等器件设计精确的限流电路。 短路保护机制: 介绍打嗝模式、逐周期电流限制等保护机制。 输出电压稳定与调整: 稳压二极管与齐纳二极管的应用: 介绍如何利用稳压二极管实现简单的输出电压稳定。 外部反馈与调节电路: 讲解如何通过外部运放、可调电阻等器件对模块电源的输出电压进行精确调节。 电位器与多圈电位器的选择: 针对可调输出,提供电位器选型建议。 第四章:使能/关断与遥控控制电路 本章探讨了实现模块电源灵活控制的外围电路: 使能(Enable)/禁用(Disable)控制: TTL/CMOS 逻辑电平控制: 介绍如何通过低电平或高电平信号控制模块电源的开关。 隔离式使能控制: 讲解光耦隔离在实现隔离式使能控制中的应用。 延时使能与时序控制: 设计具有特定时序要求的使能控制电路。 遥控(Remote Control)与通信接口: RS-232/RS-485 通信接口: 介绍如何通过串行通信接口对模块电源进行远程监控和控制。 I2C/SPI 总线接口: 讲解如何在嵌入式系统中通过 I2C 或 SPI 总线实现对模块电源的精细控制。 通用输入输出(GPIO)控制: 利用微控制器的 GPIO 口实现简单的遥控功能。 电源状态指示与故障报警: LED 指示灯设计: 制作电源正常、过载、故障等状态指示电路。 蜂鸣器报警电路: 实现故障发生时的声光报警。 数字输出信号: 提供故障状态的数字信号输出,便于系统集成。 第五章:反馈与稳压电路设计 反馈与稳压是确保模块电源输出稳定的核心。本章深入剖析其设计要点: 反馈回路的原理与分析: 电压反馈与电流反馈: 区分不同类型的反馈机制及其适用场景。 误差放大器(EA)的设计: 讲解误差放大器的作用、类型(运放、TL431 等)以及设计注意事项。 补偿网络的设计: 深入分析补偿网络(如 Type II, Type III 补偿)对系统稳定性的影响,以及如何进行参数计算。 TL431 等精密电压基准源的应用: TL431 的工作原理与特性: 详细介绍 TL431 的工作模式、电压精度、温度稳定性等。 TL431 在稳压电路中的应用: 提供 TL431 作为电压参考与误差放大器相结合的经典电路设计。 集成式 PWM 控制器与外部补偿: PWM 控制器的内部补偿机制: 介绍一些内置补偿的 PWM 控制器,简化了外部补偿的设计。 需要外部补偿的控制器: 讨论如何为这类控制器设计合适的补偿网络。 多路输出电源的稳压策略: 主输出反馈与辅助输出调整: 讲解如何通过主输出反馈来稳定多路输出,并对辅助输出进行调整。 独立反馈或交叉调整: 在需要高精度多路输出时,探讨独立反馈或交叉调整的实现方式。 第六章:散热与封装设计 良好的散热设计是保证模块电源长期稳定工作的关键: 热源分析与散热需求评估: 识别主要发热器件: 分析 MOSFETs, 二极管, 电感, 电容等器件的发热情况。 功率损耗计算: 估算各元器件的功率损耗,从而确定总热量。 温升计算与散热片选型: 根据允许的最高工作温度和环境温度,计算所需的散热能力,并选择合适的散热片。 散热方式与设计技巧: 自然对流散热: 介绍利用空气自然流动进行散热的设计。 强制风冷散热: 讲解风扇的应用、风道设计以及风扇控制器。 导热界面材料(TIM)的应用: 介绍导热硅脂、导热垫片等的使用。 PCB 板级散热: 利用大面积铜箔、导热过孔等技术提升 PCB 的散热能力。 封装与防护设计: IP 防护等级的考虑: 根据应用环境选择合适的封装材料和结构,以达到要求的防护等级。 防潮、防尘、防腐蚀设计: 针对特定环境,提出相应的封装防护措施。 机械强度与可靠性: 确保封装能够承受运输和使用过程中的机械应力。 第七章:应用实例与设计流程 本章通过具体的应用实例,将前面章节的理论知识付诸实践: 实例一:24V/5A 工业级开关电源外围电路设计 详细阐述输入滤波、浪涌保护、软启动、输出滤波、限流保护等设计步骤。 重点分析 EMI/EMC 的处理方法,满足工业应用需求。 实例二:5V/2A 医疗级开关电源外围电路设计 强调医疗设备对可靠性和安全性的特殊要求。 介绍医疗级标准的 EMI/EMC 设计、隔离要求、高可靠性元器件的选择。 实例三:低压差(LDO)稳压器外围电路设计 分析 LDO 的输入输出电容选择、纹波抑制、瞬态响应等。 针对某些特定应用,如低功耗设备,进行优化设计。 实例四:宽输入范围 DC-DC 模块外围电路设计 聚焦宽输入范围带来的挑战,如输入滤波、过压保护的设计。 探讨如何优化输出滤波以适应宽输入电压变化。 通用设计流程与工具介绍: 需求分析与规格制定。 方案选择与原理图设计。 元器件选型与参数计算。 PCB 布局布线技巧。 仿真与测试验证。 常用设计软件与工具介绍(如 PSpice, LTspice, Altium Designer 等)。 第八章:常见问题分析与故障排除 本章针对实际应用中可能遇到的问题,提供分析思路和解决方案: 高纹波与噪声的成因与对策。 效率低下的原因分析与优化方法。 瞬态响应不良的处理。 EMI/EMC 问题排查与整改。 模块电源损坏的常见原因与检测方法。 如何利用示波器等工具进行故障诊断。 结论 本书力求提供一种系统性的、实践性的指导,帮助读者在模块电源外围电路的设计过程中少走弯路,提高设计效率和产品性能。通过对本书内容的学习和实践,读者将能够更加自信地设计出满足各种严苛要求的模块电源解决方案,为电子产品的创新与发展贡献力量。

用户评价

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这本书,怎么说呢?拿到手里的时候,就被它厚实的封皮和沉甸甸的质感吸引住了。我是一名刚入行不久的电源工程师,在实际工作中,经常会遇到各种各样的模块电源应用问题。虽然理论知识学了不少,但真正到了动手实践的时候,总感觉经验不足,尤其是那些看似简单却又至关重要的外围电路设计,常常让我头疼不已。比如,滤波电路的选择,不同场合下该用什么类型的电容?去耦电容的摆放有什么讲究? EMI抑制元件怎么选?过压保护、过流保护电路又该如何设计才能既可靠又高效?这些问题,在学校的课程里可能只是蜻蜓点水,但在实际的项目中,一个小小的设计失误,就可能导致整个系统的不稳定,甚至损坏昂贵的芯片。我翻阅过不少技术文档和网络上的资料,但碎片化的信息总是让我难以形成系统性的认识。直到我看到了这本《模块电源外围电路设计要点及应用实例》。书名就很吸引人,“设计要点”意味着它会直击痛点,“应用实例”则表明它会提供实实在在的解决方案。我当时就觉得,这可能正是我一直在寻找的宝藏。拿到书后,我迫不及待地翻阅起来,第一感觉就是内容非常扎实,理论讲解清晰透彻,同时又紧密结合实际工程应用,这一点对于我这种实践型工程师来说,简直是雪中送炭。

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这本书给我最大的惊喜在于它对一些细节的深入剖析。很多时候,我们可能只关注了主电路的设计,却忽略了那些看似不起眼的外围元件。比如,在设计模块电源的输入滤波电路时,我们可能会用到一些压敏电阻或者TVS管来保护模块免受浪涌电压的冲击。但是,这些保护元件的选型,涉及到很多参数,比如钳位电压、响应时间、耐能量等等。书中对这些参数的意义以及如何根据具体应用场景进行选择,都做了非常详细的阐述,并且给出了具体的计算公式和参考标准。又比如,在模块的输出端,为了抑制高频噪声,我们通常会设计一个LC滤波或者RC滤波。但是,不同种类的电感和电容,它们在频率特性、容值稳定性、ESR(等效串联电阻)以及ESL(等效串联电感)等方面都有很大的差异。书中有专门的章节对这些特性进行了详细的介绍,并且说明了不同电容和电感在滤波电路中的具体作用和选择依据。我之前就遇到过一个项目,同样的滤波电路,换了不同型号的电容,输出的噪声就有明显的差异,当时真是摸不着头脑。现在看来,这本书能让我避免走很多弯路,提前理解这些关键点,从而做出更优化的设计。

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这本书的章节安排非常合理,循序渐进,既有理论基础的铺垫,又有具体的实例分析。我特别喜欢关于“地线”设计的章节。在很多复杂的电子系统中,良好的接地设计是保证系统稳定性和EMC性能的关键。书中对于电源模块的接地方式,比如单点接地、星型接地、混合接地等,以及它们各自的优缺点,都进行了深入的讲解。并且,它还强调了PCB布局中地线走线的重要性,比如如何避免地线环路、如何处理信号地和电源地之间的关系等等。我之前在设计PCB的时候,总是凭感觉来走地线,现在回想起来,确实存在不少问题。这本书就像一位经验丰富的老师,在我需要指引的时候,及时地给出了明确的指导。另外,书中对EMI(电磁干扰)抑制也做了非常详细的阐述。模块电源在工作时,难免会产生电磁辐射,而这些辐射可能会干扰到其他电子设备。书中介绍了多种EMI抑制的方法,比如通过滤波、屏蔽、接地以及合理的PCB布局来降低EMI。这些知识对于提高产品的EMC性能至关重要,也是很多工程师在项目验收时常常会遇到的难题。

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这本书的作者,周志敏老师,他的专业功底深厚,行文风格也比较严谨,但又不失可读性。我尤其欣赏他在讲解一些复杂概念时,能够用通俗易懂的语言来阐释,并且辅以大量的图表和公式,使得原本枯燥的技术知识变得生动起来。例如,在讲解“瞬态响应”的时候,他不仅仅给出了定义和公式,还配有多幅波形图,直观地展示了模块电源在负载变化时的电压和电流的变化情况,以及如何通过调整外围电路参数来改善瞬态响应。这种“图文并茂”的讲解方式,对于我这样的学习者来说,大大提高了学习效率。我还注意到,书中对于一些“坑”和“陷阱”的提示非常到位。很多时候,我们在设计过程中,可能会不自觉地掉入一些常见的误区,而这些误区往往会带来意想不到的后果。周老师在书中就针对这些常见的“坑”,给出了详细的解释和规避建议,这对于我们避免重复犯错,提高设计成功率非常有帮助。

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对于我这样一个经常需要接触不同类型的模块电源,并且需要根据具体应用场景进行定制化设计的工程师来说,这本书简直就是一本“宝典”。它不仅仅是在讲解理论,更是在传授一种“思维方式”和“设计方法”。例如,书中在介绍各种外围电路的设计时,都会先分析该电路的“核心作用”,然后讲解“关键参数”和“选型原则”,最后再给出“典型电路”和“注意事项”。这种结构化的讲解方式,让我能够快速地抓住问题的本质,并且举一反三。我最近在做一个低功耗应用的电源模块,对效率的要求非常高,并且对输入电压的范围也有一定的要求。在设计输入滤波和保护电路的时候,我就参考了书中的相关章节,特别是关于如何平衡滤波效果和功耗的讨论,以及在不同输入电压范围下,如何选择合适的保护元件。这本书让我对这些问题有了更深刻的理解,并且能够根据实际需求,做出更精确的设计。

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在工作中,我们经常会遇到一些“疑难杂症”,比如模块电源输出纹波过大、效率不达标、或者是在某些特定工况下出现不稳定的情况。这时候,我们就需要深入分析问题的原因,并且找到解决方案。这本书提供的“应用实例”部分,就给了我很大的启发。书中包含了许多不同类型模块电源的外围电路设计实例,涵盖了从入门级的简单应用,到一些比较复杂的工业级应用。这些实例不仅仅是简单的电路图,更重要的是,它会详细分析每个实例的设计思路、关键元器件的选择理由,以及在实际调试过程中可能遇到的问题和解决方案。我之前遇到过一个项目,模块电源在低温环境下会出现性能衰减,当时查了很多资料都找不到明确的原因。后来,我翻阅了书中关于温度对元器件特性的影响的章节,才意识到可能是电容的容值在低温下发生变化导致的。通过更换了更耐低温的电容,问题就迎刃而解了。

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坦白说,在拿到这本书之前,我对模块电源外围电路的理解,还停留在比较浅显的层面。总觉得只要把几个基本的元件搭起来,能工作就行了。但随着项目经验的积累,我发现事情远没有那么简单。一个好的外围电路设计,不仅要保证模块电源本身的工作性能,更要考虑到它与整个系统的兼容性,以及环境因素的影响。这本书在这方面就做得非常出色。它不仅仅关注了电源模块本身,还从整个系统的角度出发,来分析外围电路设计的重要性。例如,它会讲解如何通过合理的外围电路设计,来抑制模块电源产生的噪声,从而避免对敏感的信号电路造成干扰。它还会讨论在不同工作环境下,如何选择能够适应极端温度、湿度等条件的元器件。这些内容,对于我这样的工程师来说,是非常宝贵的。

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这本书给我的感觉,就像是在一个知识的海洋里,为我指明了一个清晰的航向。之前,我可能在各种资料里漫无目的地搜寻,有时候会找到一些有用的信息,但更多的时候是浪费时间。而这本书,就像一本“导航仪”,它系统地梳理了模块电源外围电路设计的各个方面,并且把它们有机地结合起来。它让我知道,在设计过程中,哪些方面是必须要考虑的,哪些是需要重点关注的。而且,书中的讲解深入浅出,即使是一些比较复杂的概念,也能够让我很容易理解。我印象比较深刻的是,书中对于“环路增益”和“稳定性”的讲解。这两个概念对于理解反馈控制系统非常重要,而周老师的讲解,结合了数学公式和实际的波形分析,让我对这两个概念有了豁然开朗的感觉。

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这本书的价值,绝不仅仅在于它提供的具体电路图和元器件列表。更重要的是,它教会了我一种“解决问题的方法论”。在面对一个全新的模块电源应用场景时,我不再是茫然无措,而是能够按照书中提供的思路,一步步地分析需求,选择合适的元器件,并且预见可能出现的问题。例如,在设计一个用于医疗设备的电源模块时,除了要考虑性能和可靠性,还需要特别关注EMC和安全性。书中关于这方面的章节,给了我非常详细的指导,让我知道在设计过程中,需要特别注意哪些方面,以及如何进行相关的测试和验证。这本书就像一位经验丰富的老前辈,在我成长的道路上,给予了我宝贵的经验和指导,让我少走了很多弯路。

评分

总而言之,这本书是一本集理论、实践、经验于一体的优质技术书籍。无论是初学者还是有一定经验的工程师,都能从中获益匪浅。它不仅仅是一本“教科书”,更是一本“工具书”,一本“参考书”。在我的工作台边,它占据了一个很重要的位置,随时随地都可以翻阅,并且总能在关键时刻给我带来灵感和启发。我非常感谢周志敏老师能够写出这样一本如此有价值的书籍,为我们这些奋斗在一线的工程师提供了如此坚实的理论基础和实践指导。我相信,未来在面对各种模块电源设计挑战的时候,这本书都将是我不可或缺的得力助手。

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