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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：29573952132

包装：平装-胶订

出版时间：2017-05-01

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

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

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本书结合国外模块电源技术的发展动向及的应用实践，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

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本书结合国外模块电源技术的发展动向及的应用实践，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

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作者介绍

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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从事技术工作，1987年5月在山东莱芜钢铁集团装工程处从事技术工作，1990年12月在山东莱芜钢铁集团公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动力部从事技术管理和开发工作。

文摘

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序言

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《功率电子学实用技术：从理论到实践的深度解析》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的功率电子学学习框架，涵盖从基础理论到实际应用的关键技术和设计理念。全书围绕如何高效、可靠地将电能进行转换、控制和分配展开，为工程师、技术人员和相关专业学生提供一份详实的参考指南。 第一部分：功率电子学基础理论与器件 本部分将系统梳理功率电子学的核心概念，并详细介绍构成功率电子变换器基石的关键器件。 功率变换的基本原理： 直流-直流变换 (DC-DC Conversion): 深入剖析Buck（降压）、Boost（升压）、Buck-Boost（升降压）等基本拓扑的原理，讲解其电压/电流变换机制，稳态分析，以及瞬态响应特性。详细阐述PWM（脉冲宽度调制）控制在DC-DC变换中的作用，包括不同调制策略（如电压模式、电流模式）的优缺点及适用场景。 直流-交流变换 (DC-AC Conversion) / 逆变 (Inversion): 讲解单相和三相逆变器的基本结构和工作原理，分析SPWM（正弦脉冲宽度调制）等控制方法的实现，以及谐波抑制的技术。讨论谐振逆变器的优势与局限。 交流-直流变换 (AC-DC Conversion) / 整流 (Rectification): 介绍无控整流（半波、全波）、半控整流（带可控整流器件）和全控整流（如PWM整流）的原理。重点解析PWM整流器在功率因数校正（PFC）和双向功率流动方面的优势。 交流-交流变换 (AC-AC Conversion): 讲解直接和间接AC-AC变换器的原理，如AC调压器和矩阵变换器，并分析其应用。 核心功率器件详解： 二极管 (Diodes): 涵盖整流二极管、肖特基二极管（Schottky Diode）和快恢复二极管（Fast Recovery Diode）等，分析其正向导通压降、反向恢复特性、耐压和电流能力。 晶闸管 (Thyristors/SCRs): 详细讲解普通晶闸管、门极可关断晶闸管（GTO）、双向晶闸管（TRIAC）等的工作原理、触发方式、关断机制，以及在较高功率应用中的特点。 功率 MOSFET (Power MOSFETs): 深入解析其工作原理，包括导通电阻（Rds(on)）、栅极电荷（Qg）、开关损耗、以及不同类型的MOSFET（如N沟道、P沟道，以及超结MOSFET）的性能差异。 绝缘栅双极型晶体管 (IGBTs): 解释IGBT的混合结构，分析其低导通压降和高开关速度的折衷，以及与MOSFET和BJT在不同应用场景下的对比。 碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 器件： 介绍第三代宽禁带半导体材料的优势，如更高的耐压、更低的损耗、更高的工作温度和频率，并探讨其在高性能功率电子系统中的应用前景。 第二部分：功率变换器设计与分析 本部分将聚焦于功率变换器的设计方法、性能评估和关键参数的优化。 变换器拓扑结构： 基本拓扑的扩展与改进： 在Buck、Boost等基础拓扑的基础上，介绍移相桥式（Phase Shifted Full Bridge）、LLC谐振变换器、反激（Flyback）、正激（Forward）、推挽（Push-Pull）等常用拓扑的原理和特点。 谐振变换器： 详细讲解零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）在谐振变换器中的实现，以及其降低开关损耗、提高效率的机制。重点分析LLC谐振变换器在隔离式DC-DC电源中的优势。 多电平变换器： 介绍NPC（中点箝位）、Flying Capacitor（飞跨电容）和Cascaded（级联）等拓扑，以及它们在提高输出电压质量、降低器件电压应力方面的作用，特别是在高压大功率应用中。 变换器性能分析： 稳态分析 (Steady-State Analysis): 讲解如何通过基尔霍夫定律、平均模型等方法分析变换器的输出电压、电流关系，以及效率。 动态分析 (Dynamic Analysis): 分析变换器在负载变化、输入电压变化时的瞬态响应，理解控制环路的稳定性。 损耗分析 (Loss Analysis): 详细划分导通损耗、开关损耗、磁性元件损耗（铁损、铜损）等，并提供减小损耗的策略。 效率优化： 探讨如何通过器件选择、拓扑改进、控制策略优化、散热设计等手段提升变换器整体效率。 磁性元件设计 (Magnetic Component Design): 变压器设计： 讲解变压器参数（匝数比、电感量）、磁芯材料（铁氧体、非晶合金、纳米晶）、工作频率对损耗和尺寸的影响。 电感器设计： 分析滤波电感和储能电感的计算方法，包括电感量、饱和电流、直流电阻（DCR）等关键参数。 漏感与耦合电感： 讨论漏感在谐振变换器中的作用，以及耦合电感在隔离和实现特定功能（如能量反馈）中的应用。 第三部分：控制策略与环路设计 本部分将深入探讨功率变换器的控制技术，以及保证系统稳定运行的关键。 基础控制技术： PWM 控制： 详细讲解电压模式控制、电流模式控制（峰值电流控制、平均电流控制）的原理、优缺点，以及在不同拓扑中的实现。 滞环控制 (Hysteretic Control): 介绍其简单易实现的特点，以及在某些应用中的局限性。 高级控制策略： PI/PID 控制器设计： 讲解如何设计补偿网络，分析环路增益、相裕，以确保系统的稳定性和动态性能。 频率补偿技术： 介绍如何通过增加零极点来改善环路响应。 数字控制： 探讨在微控制器（MCU）或DSP上实现功率变换器控制的优势，包括灵活性、集成度和多功能性。讲解数字控制中的采样、量化、数字滤波器设计等。 保护与安全设计： 过流保护 (OCP): 讲解限流、过流关断等保护机制。 过压保护 (OVP) / 欠压保护 (UVP): 确保输出电压在安全范围内。 过温保护 (OTP): 通过温度传感器监控，防止器件过热。 短路保护 (SCP): 应对瞬时短路情况。 软启动 (Soft Start): 避免启动瞬间的大电流冲击。 第四部分：功率变换器的应用实例分析 本部分将结合实际应用，展示功率电子学理论在工程实践中的应用，通过具体的案例加深读者理解。 电源适配器与充电器： 消费电子产品适配器： 分析通用AC-DC适配器的设计要求（效率、尺寸、成本、安全性），重点解析反激、QR（准谐振）、LLC等拓扑的应用。 手机、笔记本电脑快速充电器： 讨论USB PD（Power Delivery）等快充协议，以及实现高功率密度和多协议兼容的设计挑战。 电动汽车充电器： 探讨DC-DC和AC-DC变换器在车载充电机（OBC）和外部充电桩中的作用，以及对效率、功率因数和可靠性的严苛要求。 LED 照明驱动： 分析LED驱动电源的设计要点，包括恒流控制、调光（PWM调光、模拟调光）、功率因数校正。 介绍不同LED驱动拓扑，如降压型、升压型、升降压型以及隔离式拓扑在LED照明中的应用。 服务器电源与数据中心供电： 讲解高效率、高功率密度服务器电源（如80 Plus认证）的设计关键，包括PFC、DC-DC变换器、冗余设计。 探讨数据中心供电系统的架构和趋势。 电机驱动系统： 直流电机驱动： 介绍H桥、PWM斩波电路在直流电机速度控制中的应用。 交流电机驱动： 详细讲解三相逆变器在感应电机、同步电机（包括永磁同步电机PMSM）中的应用，以及V/f控制、矢量控制（FOC）等控制方法。 不间断电源 (UPS) 系统： 分析在线式、后备式、在线互动式UPS的结构和工作原理。 重点讲解UPS中AC-DC（整流）、DC-DC（电池充电/升压）和DC-AC（逆变）变换器的设计和集成。 第五部分：电磁兼容性 (EMC) 与热管理 EMC 设计： 辐射与传导干扰： 分析功率变换器产生电磁干扰的来源，如开关瞬态、高频电流环路。 滤波技术： 讲解输入/输出滤波器、共模/差模滤波器的设计原则，以及 EMI 抑制元件（如磁珠、压敏电阻）的应用。 PCB 布局与布线： 强调关键电流路径的短而宽设计，以及接地技术的考量。 屏蔽与接地： 介绍有效的屏蔽和接地方法，以降低电磁辐射。 热管理 (Thermal Management): 热传递机制： 讲解传导、对流、辐射三种热传递方式。 散热器设计： 如何根据器件功耗选择合适的散热器，以及自然对流与强制风冷。 PCB 热设计： 利用铜箔面积、过孔等方式辅助散热。 器件过热保护： 确保器件在安全温度范围内工作。 结论 本书通过理论与实践相结合的方式，系统性地阐述了功率电子学的关键技术和设计要点。从基础理论到器件选型，从拓扑选择到控制策略，再到实际应用案例分析，力求为读者构建完整的知识体系，帮助读者理解并掌握设计高效、可靠的功率电子系统的核心能力。通过对本书的学习，读者将能更好地应对实际工程项目中的挑战，并推动功率电子技术的进步。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我感觉自己对模块电源的设计思路有了更清晰的认识，特别是它在讲解一些关键的外围电路时，比如滤波、保护以及稳压电路，都给出了非常详实的设计考量。我尤其欣赏书中对于不同类型滤波电路的对比分析，无论是EMI滤波还是输出滤波，作者都详细列出了各种方案的优缺点、适用场景以及具体的元器件选型依据。书中给出的计算公式和设计图纸非常直观，很容易就能对照着实际电路进行理解和验证。而且，很多案例都涵盖了从需求分析到最终成品实现的完整过程，让我能够看到一个成熟的模块电源设计是如何一步步形成的，这对于我今后的项目开发非常有指导意义。虽然我之前也接触过一些电源设计方面的资料，但这本书在讲解复杂电路的时候，能够把背后的原理讲得如此透彻，并且结合实际的元器件特性来分析，这确实是我目前看到过最全面、最实用的。

评分☆☆☆☆☆

作为一名初次接触模块电源设计的工程师，这本书给了我巨大的帮助。它的语言风格非常易懂，即使是对于一些相对复杂的概念，作者也能够用清晰的比喻和图示来解释，让我能够快速掌握核心要点。尤其是关于保护电路的设计，书中详细介绍了过压、过流、过温等保护机制的实现方法，以及如何选择合适的保护元件，这对于确保电源系统的稳定性和安全性至关重要。另外，书中还提供了一些实用的设计工具和软件的介绍，虽然没有具体操作演示，但方向性的指引非常有价值。我感觉这本书就像一个经验丰富的前辈，耐心地指导我一步步走进模块电源设计的大门，让我少走了很多弯路。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我惊喜的是它对于一些“软”设计要素的关注，不仅仅是技术参数的堆砌，还包含了对成本控制、可靠性设计以及EMC/EMI设计标准的解读。在讲解外围电路时，作者并没有回避在实际生产中可能遇到的各种挑战，例如元器件的稳定性、环境温度对性能的影响等，并提出了相应的解决方案。书中关于电源效率优化的章节，也提供了一些不常见的思路和技巧，对于如何在有限的空间和成本内实现更高的能源利用率，提供了很好的借鉴。此外，书中对一些新兴的电源技术和发展趋势也有所提及，这让我对行业未来的发展方向有了更清晰的认识。这本书的价值在于，它不仅教授了“如何做”，更重要的是教会了“为什么这样做”，以及“如何做得更好”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排非常合理，从基础概念的铺垫，到关键外围电路的深度剖析，再到具体的应用案例，层层递进，逻辑性很强。我特别喜欢书中对不同封装形式元器件在电路设计中影响的分析，例如MOSFET的封装对散热和寄生参数的影响，以及电容的ESR和ESL在不同应用场景下的考量。这些细节的讲解，往往是在其他书籍中容易被忽略的，但对于实际的电源设计却至关重要。书中还对一些常见的设计误区进行了提醒和纠正，这对于避免项目中的潜在问题非常有帮助。总的来说，这本书的深度和广度都做得相当不错，是一本值得反复研读的参考书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的亮点在于其丰富的应用实例，它不仅仅停留在理论讲解层面，而是将复杂的理论知识落到了实处。书中选取了多种实际应用场景下的模块电源设计，从工业自动化控制到消费电子产品，再到新能源领域，每个案例都涉及到了具体的电路拓扑选择、关键器件的参数计算、以及PCB布局布线技巧。我印象最深刻的是关于LED驱动电源的章节，它不仅讲解了LED驱动的基本原理，还深入探讨了如何通过外围电路优化其散热、提高效率、以及实现调光功能。书中给出的PCB设计图，特别是针对高频噪声抑制的细节处理，对我很有启发。总的来说，这本书提供了一个非常宝贵的实践参考，让我能够将学到的理论知识与实际项目紧密结合，避免了许多不必要的试错。