DC-DC開關變換器的建模與設計 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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解光軍，程心 著

圖書標籤:

• DC-DC變換器
• 開關電源
• 電力電子
• 建模
• 設計
• 控製
• 優化
• 電路分析
• 新能源
• 電源係統

店鋪： 中圖天下圖書專營店

齣版社： 科學齣版社有限責任公司

ISBN：9787030469076

商品編碼：29436509804

包裝：平裝

齣版時間：2017-02-01

圖書基本信息
圖書名稱	DC-DC開關變換器的建模與設計
作者	解光軍,程心
定價	69.00元
齣版社	科學齣版社有限責任公司
ISBN	9787030469076
齣版日期	2017-02-01
字數
頁碼
版次	31
裝幀	平裝
開本
商品重量	0.4Kg

內容簡介

作者簡介

目錄

編輯

導語_點評_詞

文摘

序言

DC-DC開關變換器：原理、建模與設計進階 內容概要 本書深入探討瞭DC-DC開關變換器的核心原理、先進建模技術以及麵嚮實際應用的係統設計方法。不同於市麵上多數僅側重於基本拓撲結構的教材，本書旨在為讀者提供一個全麵、係統且具有前瞻性的視角，使其能夠應對日益復雜和多樣化的電源管理挑戰。我們將從開關變換器最基礎的能量轉移機製齣發，逐步引入非綫性動力學、多域係統建模等現代工程分析工具，並結閤實際設計中的關鍵考量，如效率優化、電磁兼容性（EMC）、熱管理以及動態性能提升，為讀者構建一個紮實的理論基礎和豐富的實踐指導。 第一部分：開關變換器基礎與建模基石 本部分將打下堅實的理論基礎，為後續的深入學習鋪平道路。 1. 開關變換器基本原理迴顧與拓展： 基礎拓撲的深入理解： 我們將不僅僅介紹Buck、Boost、Buck-Boost、SEPIC、Ćuk等經典拓撲，更會分析它們在不同工作模式下的能量存儲與釋放過程，揭示其內在的功率變換機製。本書將注重分析不同拓撲在效率、紋波、輸入輸齣阻抗等方麵的權衡，幫助讀者理解何時選擇何種拓撲是最優的。 平均模型（Average Model）的推導與應用： 詳述如何從開關級瞬態行為導齣平均模型，以及該模型在係統級分析中的作用。我們將重點講解如何通過平均模型來理解變換器的穩態特性，例如輸齣電壓與占空比的關係，以及輸入輸齣電流的平均值。 小信號模型（Small-Signal Model）的構建與意義： 詳細推導各種拓撲的綫性化小信號模型，並闡述其在環路穩定性分析、控製迴路設計中的關鍵作用。本書將深入分析不同參數（如電感、電容、電阻、開關管導通電阻）對小信號模型參數的影響，並演示如何利用Bode圖、Nyquist圖等工具進行穩定性評估。 狀態空間平均法（State-Space Averaging）的深入探討： 介紹狀態空間平均法的原理，並展示如何將其應用於更復雜的變換器拓撲，包括多相變換器和交錯並聯變換器。我們將詳細講解如何建立變換器的狀態空間方程，並分析其在時域和頻域內的動態響應。 2. 先進建模技術： 基於物理的建模（Physics-Based Modeling）： 引入如何考慮寄生參數（如電感漏感、電容ESR、ESL，開關管的結電容、導通電阻，二極管的恢復時間）對變換器性能的影響。我們將展示這些寄生參數如何在平均模型和小信號模型中體現，以及它們如何影響係統的頻率響應和瞬態響應。 多域係統建模： 介紹如何將電氣域、磁性元件域、熱域甚至機械域集成到統一的模型中，特彆是在高功率密度設計中，熱效應的考慮至關重要。本書將通過實例演示如何構建包含磁芯損耗、銅損、開關損耗、傳導損耗以及熱阻抗的集成模型，用於預測器件溫度和評估熱管理策略。 針對不同應用場景的模型選擇： 根據實際應用的需求，如精度要求、計算復雜度、實時性要求等，指導讀者選擇閤適的建模方法。例如，在初步設計階段，平均模型可能足夠；在精細的環路設計和瞬態分析中，小信號模型是必需的；而在高功率密度和熱管理設計中，多域模型則不可或缺。 仿真工具的應用與技巧： 結閤主流仿真軟件（如MATLAB/Simulink, PSpice, LTspice, Simplis）的特點，演示如何搭建和驗證模型，包括瞬態仿真、頻率響應分析、濛特卡洛分析等。本書將提供豐富的仿真腳本和範例，幫助讀者快速上手。 第二部分：DC-DC開關變換器設計精要 本部分將從理論走嚮實踐，聚焦於實際設計中的關鍵問題與解決方案。 1. 關鍵組件的選擇與建模： 功率電感的設計與選型： 詳細講解電感設計的基本原理，包括磁芯材料的選擇、磁通密度、飽和電流、直流電阻（DCR）和交流損耗的計算。本書將深入分析不同磁芯材料（如鐵氧體、坡莫閤金、非晶閤金）的特性，以及如何根據工作頻率、紋波電流和功率需求來優化電感設計。 功率 MOSFET/GaN/SiC 器件的選擇： 評估不同功率半導體器件（MOSFET、GaN HEMT、SiC MOSFET）的參數（如導通電阻、開關速度、擊穿電壓、柵極電荷）及其對變換器性能的影響。我們將重點分析它們的損耗特性、開關損耗以及在不同工作電壓和電流下的適用性。 高頻電容的選型： 討論陶瓷電容、電解電容、聚閤物電容等不同類型電容的ESR、ESL、紋波電流能力、壽命等參數，以及它們在輸入濾波、輸齣濾波和旁路應用中的作用。 控製芯片與驅動電路： 介紹不同類型控製芯片（電壓模式、電流模式、Hysteretic控製等）的工作原理、性能特點，以及功率器件驅動電路的設計要點，包括驅動電壓、驅動電流、死區時間控製等。 2. 效率優化策略： 損耗分析與辨識： 精確量化各種損耗（傳導損耗、開關損耗、磁芯損耗、驅動損耗、寄生參數引起的損耗），並分析其在不同工作條件下的變化規律。本書將提供詳細的損耗計算公式和圖錶，幫助讀者識彆主要的損耗來源。 軟開關技術： 深入研究零電壓開關（ZVS）和零電流開關（ZCS）等軟開關技術，包括其工作原理、實現方法（如移相控製、諧振變換器）以及對效率和電磁乾擾的改善。我們將分析不同軟開關拓撲的優缺點，以及它們在實際應用中的適用範圍。 多相與交錯並聯技術： 闡述多相變換器和交錯並聯變換器在提高功率密度、降低紋波、提升效率方麵的優勢，以及相應的控製策略。 先進拓撲設計： 介紹一些高效率的先進變換器拓撲，如混閤諧振變換器（H-bridge LLC，ZVS-Boost等），以及如何通過拓撲的創新來進一步提升效率。 3. 動態性能與控製設計： 穩態分析與瞬態響應： 分析變換器的穩態工作點，以及在負載變化、輸入電壓變化等瞬態擾動下的響應特性。 控製環路設計（電流模式與電壓模式）： 詳細講解電壓模式和電流模式控製的基本原理、傳遞函數推導，以及如何設計補償網絡以獲得良好的穩定性和動態響應。我們將重點分析電流模式控製的優勢，如內環電流補償、更好的瞬態響應和對輸入電壓變化的魯棒性。 環路穩定性分析與裕度設計： 利用Bode圖、Nyquist圖、根軌跡圖等工具，對控製環路的穩定性進行詳細分析，並指導讀者進行裕度設計。 數字控製技術簡介： 介紹數字控製在開關變換器中的應用，包括數字采樣、量化、控製算法的實現，以及其在高級功能（如自適應控製、故障保護）方麵的優勢。 4. 電磁兼容性（EMC）與熱管理： EMC問題分析與抑製： 識彆開關變換器産生的傳導和輻射乾擾源，並介紹相應的抑製措施，如濾波器設計、PCB布局優化、屏蔽等。本書將詳細講解EMI的傳播路徑，並提供具體的EMC設計指南。 熱分析與散熱設計： 討論功率器件、電感、電容等組件的散熱問題，介紹熱阻、熱容的概念，以及有效的散熱方法（如散熱片、風扇、強製對流、熱管）。我們將演示如何通過熱仿真來評估溫度分布，並優化散熱方案。 本書特色 深度與廣度的平衡： 在覆蓋全麵知識麵的同時，對關鍵概念和技術進行深入剖析，確保讀者不僅知其然，更知其所以然。 理論與實踐的結閤： 理論分析嚴謹，並輔以豐富的工程實例和仿真演示，幫助讀者將所學知識應用於實際設計。 前瞻性視角： 關注新興技術和發展趨勢，如GaN/SiC器件的應用、數字控製、先進的拓撲結構等。 注重細節： 強調實際設計中容易被忽略但至關重要的細節，如寄生參數的影響、EMC和熱管理。 目標讀者 本書適閤於電子工程、電力電子、自動化等相關專業的本科生、研究生，以及從事電源設計、産品研發的工程師。對於希望深入理解DC-DC開關變換器原理、掌握先進建模技術並能獨立完成高質量電源係統設計的專業人士，本書將是不可多得的參考。

評分☆☆☆☆☆

作為一名剛剛入門的電力電子專業研究生，我對DC-DC開關變換器的學習過程充滿瞭好奇與探索的動力。在課堂上，老師們講解的都是基礎概念和經典拓撲，例如 Buck、Boost、Buck-Boost 等，我能夠理解它們的基本工作原理和數學模型。然而，當涉及到更復雜的拓撲結構，如 Cuk、SEPIC、Zeta，或者一些多級變換器時，我就會感到有些吃力，難以完全把握其能量傳遞的細節和控製的難點。更令我頭疼的是，當我嘗試用MATLAB/Simulink搭建模型進行仿真時，常常會因為模型建立不準確而導緻仿真結果與理論預期相差甚遠，這極大地打擊瞭我的學習積極性。我非常渴望能有一本能夠循序漸進地引導我掌握DC-DC開關變換器建模方法的書籍。理想的書籍應該能從最基本的元器件模型入手，逐步講解如何構建不同拓撲的電路模型，並詳細介紹如何應用各種數學工具，如拉普拉斯變換、狀態空間平均法等，來分析其動態響應和穩態特性。此外，對於控製器的設計，我也希望能有清晰的講解，從PID控製器到更先進的數字控製算法，都能夠有係統的介紹和實例演示。這本書的潛在價值在於，它或許能夠幫助我建立起一個堅實的理論基礎，並掌握實用的建模和仿真技巧，從而在我的研究課題中取得更大的進展，也為我未來在電力電子領域的發展打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

我是一位資深的電力電子研究員，多年來一直專注於開關電源的理論研究和前沿技術探索。我深知DC-DC開關變換器作為現代電力電子係統的核心部件，其性能的提升對整個係統的效率、體積、成本乃至可靠性都起著至關重要的作用。近年來，隨著新能源、人工智能、5G等技術的飛速發展，對DC-DC開關變換器的要求也越來越高，例如更高的功率密度、更寬的輸入輸齣電壓範圍、更低的電磁乾擾以及更高的智能化水平。我一直關注著行業內的最新發展動態，並積極嘗試將最新的理論成果應用於實際設計中。然而，許多新興的拓撲結構和控製策略，其背後的物理原理和數學模型往往非常復雜，需要紮實的理論功底和豐富的實踐經驗纔能完全理解和掌握。我一直在尋找一本能夠深入剖析這些前沿技術，並提供嚴謹的數學推導和詳細的設計指導的學術著作。如果這本書能夠涵蓋諸如GaN、SiC等寬禁帶器件在DC-DC變換器中的應用，或者深入探討軟開關技術、多相變換器、以及數字控製在DC-DC係統中的實現，那將對我非常有價值。我期待這本書能夠為我提供新的研究思路和設計方法，幫助我突破現有技術的瓶頸，推動DC-DC開關變換器嚮更高性能、更智能化、更集成化的方嚮發展，為我即將開展的某項國傢級重點科研項目提供堅實的理論和技術支撐。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對電力電子技術懷有濃厚興趣的愛好者，雖然沒有接受過專業的科班訓練，但我通過自學和大量的綫上資源，已經對DC-DC開關變換器有瞭初步的瞭解。我最感興趣的是它如何通過巧妙的開關動作，實現電壓的升降和隔離，這個過程充滿著智慧和工程的美感。目前我所掌握的知識，主要停留在對基本原理的理解，例如電容和電感的儲能特性，以及MOSFET等開關器件的開關過程。我非常想進一步深入學習，但又覺得很多資料過於專業化，充滿瞭復雜的數學公式，讓我望而卻步。我希望能夠找到一本能夠用更直觀、更易懂的方式來講解DC-DC開關變換器原理的書籍。這本書可以包含大量的圖示和類比，幫助我理解能量如何在電路中流動和轉換。同時，我也希望它能夠介紹一些實際的電路設計，例如一個簡單的開關電源是如何搭建起來的，常用的元器件有哪些，以及在搭建過程中可能會遇到的一些問題和解決方法。如果這本書能夠指導我如何從零開始，設計一個簡單的小型DC-DC轉換器，例如給LED供電或者給電池充電，那將是非常棒的學習體驗。這本書的齣現，對我來說，就像是一盞指路明燈，能夠幫助我係統地學習，剋服學習過程中的障礙，讓我能夠更深入地探索這個迷人的領域，也為我未來可能從事的DIY項目打下堅實的基礎，甚至激發我未來進一步深造的念頭。

評分☆☆☆☆☆

我在一傢消費電子公司負責電源模塊的設計工作，我們的産品綫涵蓋瞭從手機充電器到筆記本電腦電源等多種DC-DC開關變換器應用。雖然我們已經積纍瞭豐富的實際設計經驗，但隨著産品對功耗、效率和體積要求的不斷提高，我們時常會遇到設計上的瓶頸。例如，如何在保證輸齣穩定性的前提下，進一步減小電源模塊的尺寸，或者如何更有效地抑製高頻開關噪聲，以滿足日益嚴格的EMC標準。我一直希望能夠找到一本能夠提供更全麵、更深入的設計指導的書籍。我心目中的理想書籍，應該不僅僅局限於講解基礎理論，更重要的是能夠提供實際的設計方法和技巧，例如如何選擇閤適的元器件，如何進行EMI/EMC的設計，如何進行熱管理優化，以及如何進行可靠性設計。如果這本書能夠針對不同類型的DC-DC開關變換器，提供詳細的設計流程、計算公式、以及工程實踐中的注意事項，那將對我們的設計團隊非常有幫助。我尤其希望它能涵蓋一些在消費電子領域常用的拓撲結構，並且在設計方法上能考慮成本和量産的因素。這本書的潛在意義在於，它或許能幫助我們團隊提升設計水平，縮短産品開發周期，最終打造齣更具市場競爭力的高性能、高可靠性電源産品，為公司在激烈的市場競爭中贏得優勢。

評分☆☆☆☆☆

一本令人振奮的學術著作！我是一名在新能源領域摸爬滾打多年的工程師，一直深耕於DC-DC開關變換器的實際應用和優化。在工作實踐中，我時常會遇到各種復雜的設計挑戰，例如在有限的空間內實現高效率、低紋波輸齣，或者在動態負載條件下保持精確的電壓控製。雖然我擁有一定的理論基礎，但每次遇到新的問題，總覺得在理論的深度和廣度上有所欠缺，尤其是在理解一些高級控製策略以及新興拓撲的適用性方麵。市麵上關於DC-DC變換器的書籍不少，但真正能在我這種經驗豐富但又希望不斷突破的工程師眼中留下深刻印象的卻不多。我一直在尋找一本既能係統梳理DC-DC變換器的基礎理論，又能深入探討前沿建模技術和設計方法的著作。理想中的書籍應該能幫助我理解不同拓撲結構的工作原理、能量轉換過程，並能提供一套嚴謹的建模方法，以便於進行仿真分析和性能預測。更重要的是，我希望這本書能夠指導我如何根據具體的應用場景，例如電動汽車充電器、服務器電源、可再生能源並網係統等，選擇最閤適的拓撲結構，並運用先進的控製策略來優化設計，最終實現更高的功率密度、更好的電磁兼容性和更優的成本效益。這本書的齣現，讓我看到瞭突破瓶頸的希望，我迫不及待地想深入研讀，看看它是否能滿足我一直以來對高質量技術參考書的期待，並為我的下一代産品設計提供關鍵的理論支撐和設計靈感。