精通开关电源设计

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作者: [美]
出版社: 人民邮电出版社
2008-10
版次: 1
ISBN: 9787115185006
定价: 49.00
装帧: 平装
开本: 16开
纸张: 胶版纸
页数: 334页
字数: 469千字
正文语种: 简体中文
分类: 工程技术
  •   《精通开关电源设计》(图灵程序设计丛书)基于作者多年从事开关电源设计的经验,从分析开关变换器最基本器件:电感的原理入手,由浅入深系统地论述了宽输入电压DC-DC变换器(含离线式正、反激电源)及其磁件设计、MOSFET导通和开关损耗、PCB布线技术、三种主要拓扑电压/电流模式下控制环稳定性以及开关电源电磁干扰(EMI)控制及测量的理论和实践等。书中还解答了变换器拓扑的常见问题,讨论了开关电源及电子镇流器设计的专家意见、工业经验和难点对策等。《精通开关电源设计》不仅可作为各层次开关电源工程人员的教材,也可供开关电源设计人员和高校相关专业师生参考。 Sanjaya Maniktala是世界级的开关电源专家。曾在飞思卡尔、西门子和美国国家半导体等著名公司担任高级工程领导职务,拥有“浮动Buck调整器拓扑”等多项专利。他也是广受赞誉的技术作家,除本书外,他的另外两部著作《开关电源故障诊断与排除》(人民邮电出版社)、《开关电源设计与优化》也都是世界级的名著,他还是EDN、Electronic Design等杂志的专栏作家。
        王志强,华南理工大学电力学院副教授。长期从事大功率工业用高频开关电源等电力电子装置的研究与教学。主持电源科研项目,研制的“IGBT弧焊逆变器”、“IGBT交流方波电焊机”等装置获国家专利。在国内外刊物发表论文60多篇。 第1章 开关电源的基本原理1.1 简介1.2 概述和基本术语1.2.1 效率1.2.2 线性调整器1.2.3 通过使用开关器件提高效率1.2.4 半导体开关器件基本类型1.2.5 半导体开关器件并非理想器件1.2.6 通过电抗元件获得高效率1.2.7 早期RC型开关调整器1.2.8 基于LC的开关调整器1.2.9 寄生参数的影响1.2.10 高频率开关时产生的问题1.2.11 可靠性、使用寿命和热管理1.2.12 降低应力1.2.13 技术进步1.3 认识电感1.3.1 电容/电感和电压/电流1.3.2 电感电容充电/放电电路1.3.3 能量守恒定律1.3.4 充电阶段及感应电流理论1.3.5 串联电阻对时间常数的影响1.3.6 R=0时电感充电电路及电感方程1.3.7 对偶原理1.3.8 电容方程1.3.9 电感放电阶段1.3.10 反馈能量和续流电流1.3.11 电流必须连续而其变化曲线斜率不必连续1.3.12 电压反向现象1.3.13 功率变换器的稳定状态及不同工作模式1.3.14 伏秒法则、电感复位和变换器占空比1.3.15 半导体开关的使用及保护1.4 电源拓扑的衍生1.4.1 通过二极管控制感应电压尖峰1.4.2 达到稳定状态并输出有用能量1.4.3 buckboost变换器1.4.4 电路地参考点1.4.5 buckboost变换器的结构1.4.6 开关节点1.4.7 buckboost电路分析1.4.8 buckboost电路的性质1.4.9 为什么只有三种基本拓扑1.4.10 boost拓扑1.4.11 buck拓扑1.4.12 高级变换器设计第2章 DCDC变换器设计与磁学基础2.1 直流传递函数2.2 电感电流波形的直流分量和交流纹波2.3 交流电流、直流电流和峰值电流的确定2.4 认识交流电流、直流电流和峰值电流2.5 最“恶劣”输入电压的确定2.6 电流纹波率r2.7 r与电感量的关系2.8 r的最佳值2.9 电感量与电感体积的关系2.10 频率对电感量和电感体积的影响2.11 负载电流对电感量和电感体积的影响2.12 供应商标定成品电感额定电流的方式及成品电感选择2.13 在给定应用中我们需要考虑哪些电感电流额定值2.14 电流限制的范围和容限2.15 实际例子(1)2.15.1 设置r时需考虑电流限制2.15.2 确定r需考虑的连续导电模式2.15.3 当用低ESR电容时应将r设置得大于0.42.15.4 设置r时应避免装置不平衡2.15.5 设置r应避免次谐波震荡2.15.6 用“L×I”和“负载缩放比例”法则快速选择电感2.16 实际例子(2、3和4)2.16.1 强迫连续模式(FCCM)中的电流纹波率2.16.2 基本磁学定义2.17 实际例子(5)——不增加线圈匝数2.17.1 “磁场纹波率”2.17.2 与伏秒数相关的受控电压方程(MKS单位制)2.17.3 CGS单位制2.17.4 与伏秒数相关的受控电压方程(CGS单位制)2.17.5 磁心损耗2.18 实际例子(6)——特定场合中产品电感的特性2.18.1 估计必要条件2.18.2 电流纹波率2.18.3 峰值电流2.18.4 磁通密度2.18.5 线圈损耗2.18.6 磁心损耗2.18.7 温升2.19 计算其他最恶劣应力2.19.1 最恶劣磁心损耗2.19.2 二极管最恶劣损耗2.19.3 开关管最恶劣损耗2.19.4 输出电容最恶劣损耗2.19.5 输入电容最恶劣损耗第3章 离线式变换器设计与磁学技术3.1 反激变换器磁学技术3.1.1 变压器绕组极性3.1.2 反激变换器中变压器功能及其占空比3.1.3 等效的buck-boost模型3.1.4 反激变换器电流纹波率3.1.5 漏感3.1.6 齐纳管钳位损耗3.1.7 二次漏感同样影响一次侧3.1.8 有效一次漏感电感测量3.1.9 实际例子(7)——反激变压器设计3.1.10 导线规格与铜皮厚度选择3.2 正激变换器磁学技术3.2.1 占空比3.2.2 最恶劣电压输入3.2.3 窗口面积利用3.2.4 磁心型号与其所通功率3.2.5 实际例子(8)——正激变换器变压器设计第4章 拓扑FAQ问题与解答第5章 导通损耗和开关损耗5.1 开关接电阻性负载5.2 开关接感性负载5.3 开关损耗和导通损耗5.4 建立MOSFET简化模型以研究感性负载时的开关损耗5.5 变换系统中寄生电容的表示5.6 门极开启电压5.7 导通转换5.8 关断转换5.9 栅荷系数5.10 实际例子5.10.1 导通时5.10.2 关断时5.11 把开关损耗分析应用于开关拓扑5.12 对开关损耗而言的最恶劣输入电压5.13 开关损耗怎样随寄生电容变化5.14 使驱动器相对于MOSFET性能最佳第6章 印制电路板的布线6.1 引言6.2 布线分析6.3 布线要点6.4 散热问题第7章 反馈环路分析及稳定性7.1 传递函数、时间常数与强制函数7.2 理解e及绘制对数坐标曲线7.3 时域分析与频域分析7.4 复数表示7.5 非周期激励7.6 s平面7.7 拉普拉斯变换7.8 扰动和反馈作用7.9 RC滤波器的传递函数7.10 积分运算放大器(零极点滤波器)7.11 对数平面中的数学7.12 LC滤波器的传递函数7.13 无源滤波器传递函数小结7.14 极点和零点7.15 极点和零点的相互作用7.16 闭环增益和开环增益7.17 分压网络7.18 PWM传递函数(增益)7.19 电压前馈7.20 主电路传递函数7.21 所有拓扑的调节器传递函数7.21.1 buck变换器7.21.2 boost变换器7.21.3 buck-boost变换器7.22 反馈网络传递函数7.23 闭环7.24 环路稳定性判据7.25 带积分器的开环波特图7.26 抵消LC滤波器双重极点7.27 ESR零点7.28 3型运算放大器补偿网络的设计7.29 反馈环路优化7.30 输入纹波抑制7.31 负载暂态7.32 1型和2型补偿网络7.33 跨导运算放大器补偿网络7.34 简化跨导运算放大器补偿网络7.35 电流模式控制补偿第8章 EMI基础——从麦克斯韦方程到CISPR标准8.1 标准8.2 麦克斯韦到EMI8.3 敏感度/抗扰性8.4 一些与成本相关的经验8.5 组件的EMI问题8.6 CISPR 22对电信端口的规定——修订意见第9章 传导EMI限值及测量9.1 差模和共模噪声9.2 如何测量传导EMI9.3 传导发射限制9.4 准峰值、平均值和峰值测试第10章 实际的电源输入EMI滤波器10.1 EMI滤波器设计的安全问题10.2 实际的电源输入滤波器10.3 Y电容总容量的安规限制10.4 等效DM和CM电路10.5 一些重要的EMI工程经验第11章 开关电源的DM与CM噪声11.1 主要DM噪声源11.2 主要CM噪声源11.3 地电抗器第12章 电路板EMI解决方案12.1 变压器的EMI问题12.2 二极管的EMI问题12.3 磁珠的工程应用——抑制肖特基二极管的dV/dt12.4 基本布线方案12.5 最后的EMI抑制措施12.6 能否通过辐射测试第13章 EMI滤波器的输入电容和稳定性13.1 DM扼流环是否饱和13.2 DC-DC变换器模块的实用电网滤波器第14章 电磁难题的数学基础知识14.1 数学基础知识之傅里叶级数14.2 矩形波14.3 矩形波分析14.4 梯形波14.5 梯形波的EMI问题14.6 高性价比滤波器的设计14.7 实际DM滤波器设计14.8 实际CM滤波器设计14.8.1 第一种方法(快速)14.8.2 第二种方法(详细法)附录1 聚焦实际问题附录2 设计参考表参考文献
  • 内容简介:
      《精通开关电源设计》(图灵程序设计丛书)基于作者多年从事开关电源设计的经验,从分析开关变换器最基本器件:电感的原理入手,由浅入深系统地论述了宽输入电压DC-DC变换器(含离线式正、反激电源)及其磁件设计、MOSFET导通和开关损耗、PCB布线技术、三种主要拓扑电压/电流模式下控制环稳定性以及开关电源电磁干扰(EMI)控制及测量的理论和实践等。书中还解答了变换器拓扑的常见问题,讨论了开关电源及电子镇流器设计的专家意见、工业经验和难点对策等。《精通开关电源设计》不仅可作为各层次开关电源工程人员的教材,也可供开关电源设计人员和高校相关专业师生参考。
  • 作者简介:
    Sanjaya Maniktala是世界级的开关电源专家。曾在飞思卡尔、西门子和美国国家半导体等著名公司担任高级工程领导职务,拥有“浮动Buck调整器拓扑”等多项专利。他也是广受赞誉的技术作家,除本书外,他的另外两部著作《开关电源故障诊断与排除》(人民邮电出版社)、《开关电源设计与优化》也都是世界级的名著,他还是EDN、Electronic Design等杂志的专栏作家。
        王志强,华南理工大学电力学院副教授。长期从事大功率工业用高频开关电源等电力电子装置的研究与教学。主持电源科研项目,研制的“IGBT弧焊逆变器”、“IGBT交流方波电焊机”等装置获国家专利。在国内外刊物发表论文60多篇。
  • 目录:
    第1章 开关电源的基本原理1.1 简介1.2 概述和基本术语1.2.1 效率1.2.2 线性调整器1.2.3 通过使用开关器件提高效率1.2.4 半导体开关器件基本类型1.2.5 半导体开关器件并非理想器件1.2.6 通过电抗元件获得高效率1.2.7 早期RC型开关调整器1.2.8 基于LC的开关调整器1.2.9 寄生参数的影响1.2.10 高频率开关时产生的问题1.2.11 可靠性、使用寿命和热管理1.2.12 降低应力1.2.13 技术进步1.3 认识电感1.3.1 电容/电感和电压/电流1.3.2 电感电容充电/放电电路1.3.3 能量守恒定律1.3.4 充电阶段及感应电流理论1.3.5 串联电阻对时间常数的影响1.3.6 R=0时电感充电电路及电感方程1.3.7 对偶原理1.3.8 电容方程1.3.9 电感放电阶段1.3.10 反馈能量和续流电流1.3.11 电流必须连续而其变化曲线斜率不必连续1.3.12 电压反向现象1.3.13 功率变换器的稳定状态及不同工作模式1.3.14 伏秒法则、电感复位和变换器占空比1.3.15 半导体开关的使用及保护1.4 电源拓扑的衍生1.4.1 通过二极管控制感应电压尖峰1.4.2 达到稳定状态并输出有用能量1.4.3 buckboost变换器1.4.4 电路地参考点1.4.5 buckboost变换器的结构1.4.6 开关节点1.4.7 buckboost电路分析1.4.8 buckboost电路的性质1.4.9 为什么只有三种基本拓扑1.4.10 boost拓扑1.4.11 buck拓扑1.4.12 高级变换器设计第2章 DCDC变换器设计与磁学基础2.1 直流传递函数2.2 电感电流波形的直流分量和交流纹波2.3 交流电流、直流电流和峰值电流的确定2.4 认识交流电流、直流电流和峰值电流2.5 最“恶劣”输入电压的确定2.6 电流纹波率r2.7 r与电感量的关系2.8 r的最佳值2.9 电感量与电感体积的关系2.10 频率对电感量和电感体积的影响2.11 负载电流对电感量和电感体积的影响2.12 供应商标定成品电感额定电流的方式及成品电感选择2.13 在给定应用中我们需要考虑哪些电感电流额定值2.14 电流限制的范围和容限2.15 实际例子(1)2.15.1 设置r时需考虑电流限制2.15.2 确定r需考虑的连续导电模式2.15.3 当用低ESR电容时应将r设置得大于0.42.15.4 设置r时应避免装置不平衡2.15.5 设置r应避免次谐波震荡2.15.6 用“L×I”和“负载缩放比例”法则快速选择电感2.16 实际例子(2、3和4)2.16.1 强迫连续模式(FCCM)中的电流纹波率2.16.2 基本磁学定义2.17 实际例子(5)——不增加线圈匝数2.17.1 “磁场纹波率”2.17.2 与伏秒数相关的受控电压方程(MKS单位制)2.17.3 CGS单位制2.17.4 与伏秒数相关的受控电压方程(CGS单位制)2.17.5 磁心损耗2.18 实际例子(6)——特定场合中产品电感的特性2.18.1 估计必要条件2.18.2 电流纹波率2.18.3 峰值电流2.18.4 磁通密度2.18.5 线圈损耗2.18.6 磁心损耗2.18.7 温升2.19 计算其他最恶劣应力2.19.1 最恶劣磁心损耗2.19.2 二极管最恶劣损耗2.19.3 开关管最恶劣损耗2.19.4 输出电容最恶劣损耗2.19.5 输入电容最恶劣损耗第3章 离线式变换器设计与磁学技术3.1 反激变换器磁学技术3.1.1 变压器绕组极性3.1.2 反激变换器中变压器功能及其占空比3.1.3 等效的buck-boost模型3.1.4 反激变换器电流纹波率3.1.5 漏感3.1.6 齐纳管钳位损耗3.1.7 二次漏感同样影响一次侧3.1.8 有效一次漏感电感测量3.1.9 实际例子(7)——反激变压器设计3.1.10 导线规格与铜皮厚度选择3.2 正激变换器磁学技术3.2.1 占空比3.2.2 最恶劣电压输入3.2.3 窗口面积利用3.2.4 磁心型号与其所通功率3.2.5 实际例子(8)——正激变换器变压器设计第4章 拓扑FAQ问题与解答第5章 导通损耗和开关损耗5.1 开关接电阻性负载5.2 开关接感性负载5.3 开关损耗和导通损耗5.4 建立MOSFET简化模型以研究感性负载时的开关损耗5.5 变换系统中寄生电容的表示5.6 门极开启电压5.7 导通转换5.8 关断转换5.9 栅荷系数5.10 实际例子5.10.1 导通时5.10.2 关断时5.11 把开关损耗分析应用于开关拓扑5.12 对开关损耗而言的最恶劣输入电压5.13 开关损耗怎样随寄生电容变化5.14 使驱动器相对于MOSFET性能最佳第6章 印制电路板的布线6.1 引言6.2 布线分析6.3 布线要点6.4 散热问题第7章 反馈环路分析及稳定性7.1 传递函数、时间常数与强制函数7.2 理解e及绘制对数坐标曲线7.3 时域分析与频域分析7.4 复数表示7.5 非周期激励7.6 s平面7.7 拉普拉斯变换7.8 扰动和反馈作用7.9 RC滤波器的传递函数7.10 积分运算放大器(零极点滤波器)7.11 对数平面中的数学7.12 LC滤波器的传递函数7.13 无源滤波器传递函数小结7.14 极点和零点7.15 极点和零点的相互作用7.16 闭环增益和开环增益7.17 分压网络7.18 PWM传递函数(增益)7.19 电压前馈7.20 主电路传递函数7.21 所有拓扑的调节器传递函数7.21.1 buck变换器7.21.2 boost变换器7.21.3 buck-boost变换器7.22 反馈网络传递函数7.23 闭环7.24 环路稳定性判据7.25 带积分器的开环波特图7.26 抵消LC滤波器双重极点7.27 ESR零点7.28 3型运算放大器补偿网络的设计7.29 反馈环路优化7.30 输入纹波抑制7.31 负载暂态7.32 1型和2型补偿网络7.33 跨导运算放大器补偿网络7.34 简化跨导运算放大器补偿网络7.35 电流模式控制补偿第8章 EMI基础——从麦克斯韦方程到CISPR标准8.1 标准8.2 麦克斯韦到EMI8.3 敏感度/抗扰性8.4 一些与成本相关的经验8.5 组件的EMI问题8.6 CISPR 22对电信端口的规定——修订意见第9章 传导EMI限值及测量9.1 差模和共模噪声9.2 如何测量传导EMI9.3 传导发射限制9.4 准峰值、平均值和峰值测试第10章 实际的电源输入EMI滤波器10.1 EMI滤波器设计的安全问题10.2 实际的电源输入滤波器10.3 Y电容总容量的安规限制10.4 等效DM和CM电路10.5 一些重要的EMI工程经验第11章 开关电源的DM与CM噪声11.1 主要DM噪声源11.2 主要CM噪声源11.3 地电抗器第12章 电路板EMI解决方案12.1 变压器的EMI问题12.2 二极管的EMI问题12.3 磁珠的工程应用——抑制肖特基二极管的dV/dt12.4 基本布线方案12.5 最后的EMI抑制措施12.6 能否通过辐射测试第13章 EMI滤波器的输入电容和稳定性13.1 DM扼流环是否饱和13.2 DC-DC变换器模块的实用电网滤波器第14章 电磁难题的数学基础知识14.1 数学基础知识之傅里叶级数14.2 矩形波14.3 矩形波分析14.4 梯形波14.5 梯形波的EMI问题14.6 高性价比滤波器的设计14.7 实际DM滤波器设计14.8 实际CM滤波器设计14.8.1 第一种方法(快速)14.8.2 第二种方法(详细法)附录1 聚焦实际问题附录2 设计参考表参考文献
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