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出版者:机械工业出版社

作者:

出品人:

页数:433

译者:张懋

出版时间:2014-9-1

价格:98.00

装帧:平装

isbn号码:9787111475170

丛书系列:国际电气工程先进技术译丛

图书标签:

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具体描述

本书除介绍基本开关变换器的拓扑之外，还介绍了开关变换器控制策略、开关变换器的闭环控制和稳定性设计方法；开关变换器的仿真工具，包括开关变换器的PSpice和MATLAB仿真软件；交错并联变换器和开关电容变换器等内容。与第2版相比，本版书重新梳理了开关电源的知识结构，对部分章节进行了重新修订，并增加了开关变换器数字控制以及开关变换器应用等内容。本书中的开关变换器设计案例很有特色，可以系统地培养读者综合各部分知识的运用能力。本书可以作为电气工程技术人员系统学习开关电源技术知识的参考书。

好的，以下是一份关于《开关功率变换器》的图书简介，内容详尽，旨在介绍该领域的核心概念和技术，而不涉及您特定书籍的具体内容。 --- 图书简介：电力电子技术前沿：高效能开关电源设计与实现聚焦现代电力转换的核心驱动力在当代能源格局与电子设备飞速发展的背景下，对高效、紧凑且可靠的电源转换技术的需求达到了前所未有的高度。传统线性电源因其固有的低效率和庞大的体积，已逐渐被更为先进的开关功率变换技术所取代。本书深入探讨了开关功率变换领域的基础理论、关键拓扑结构、控制策略以及新兴应用，为工程师、研究人员和高级学生提供了一套全面且实用的知识体系。第一部分：基础理论与工作原理的坚实根基本书首先为读者奠定坚实的理论基础，详细阐述了功率半导体器件在开关过程中的物理特性与工作模式。重点分析了功率MOSFET、IGBT以及最新的宽禁带器件（如SiC和GaN）在不同工作频率下的损耗机制、开关瞬态响应与热管理挑战。继而，我们深入讲解了开关模式电源（SMPS）的核心工作原理，包括脉冲宽度调制（PWM）和脉冲频率调制（PFM）等关键控制方式。通过对理想开关变换器的小信号建模，读者将掌握如何精确预测变换器的动态响应，为后续的环路设计打下理论基础。傅里叶分析、状态空间平均法等高级分析工具被用于推导不同工作模式下的电压和电流关系，确保对变换器操作点的精确理解。第二部分：经典与现代拓扑的深度剖析电力电子的精髓体现在多样的拓扑结构上，每种结构都有其独特的优势与适用场景。本书系统地分类和解析了各类开关变换器： 1. 非隔离型变换器：详细分析了降压（Buck）、升压（Boost）和降压-升压（Buck-Boost）拓扑，包括其反激、正激、以及先进的SEPIC和Cuk变换器。对于每种拓扑，我们不仅探讨了其稳态工作点计算，还深入分析了轻载和重载条件下的工作模式转变，以及电流和电压纹波的精确估算。 2. 隔离型变换器：阐述了光耦反馈和变压器隔离的必要性。重点剖析了经典的单开关隔离拓扑，如反激（Flyback）、正激（Forward）、半桥和全桥变换器。尤其关注高频磁性元件的设计——变压器绕组、磁芯材料选择（铁氧体、非晶合金）以及漏感管理，这是实现高功率密度和高效率的关键。 3. 谐振与软开关技术：面对日益增长的开关频率，损耗成为核心瓶颈。本书投入大量篇幅介绍如何实现软开关操作，包括零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）。详细解析了LLC谐振变换器、准谐振（QR）变换器的工作机制，以及如何通过优化电路参数，在全负载范围内实现高效的软开关，从而显著降低开关损耗和电磁干扰（EMI）。第三部分：控制系统设计与系统集成一个高效的开关电源，离不开精确和鲁棒的控制回路。本书强调了控制系统在系统性能中的决定性作用。 1. 环路设计与稳定性分析：从电压模控制和电流模控制（峰值电流控制、平均电流控制）出发，详细讲解了如何根据变换器的状态空间模型推导出环路传递函数。利用波特图、根轨迹等经典工具，指导读者进行补偿器（如PID、Type III补偿器）的设计，确保系统具有足够的相位裕度和带宽，从而实现快速的瞬态响应和良好的稳态精度。 2. 数字控制的崛起：随着微控制器（MCU）和DSP性能的提升，数字控制已成为主流。本书探讨了数字采样延迟、量化误差对控制性能的影响，并介绍了数字环路设计技术，如双闭环控制、死区时间补偿以及先进的无传感器（Sensorless）控制方法。 3. 磁性元件的优化设计：磁性元件是功率密度和成本的关键制约因素。本部分提供了一套系统化的设计流程，涵盖了磁芯损耗计算、绕组损耗（集肤效应和邻近效应）评估，以及集成磁性元件（Planar Magnetics）在PCB上的实现技术，以满足超薄、高频应用的需求。第四部分：应用与未来趋势本书的理论框架延伸至多个关键应用领域：数据中心电源：探讨了面向服务器和电信设备的48V/12V中间母线架构、高效的配电网络（POL）以及系统级热管理策略。新能源与储能：分析了并网逆变器、DC-DC升压电路在光伏发电和电池管理系统（BMS）中的应用，重点关注双向功率流控制和电网支撑能力。电动汽车（EV）充电与DCDC变换器：深入研究了高压电池包与低压系统的隔离DCDC变换器，以及车载快速充电系统的拓扑选择和EMI抑制技术。面向实践的综合视角本书的叙述风格注重理论与实践的紧密结合。通过大量的工程实例和仿真验证（如SPICE模型分析），读者不仅能理解“为什么”这样设计，更能掌握“如何”在高频、高功率密度环境下，设计出稳定、高效且符合EMC标准的开关功率变换系统。掌握这些技术，是实现下一代电子产品性能飞跃的基石。 ---

作者简介

目录信息

原书第3版译者序
前言
第1章开关变换器简介1
1.1简介1
1.1.1工业发展趋势1
1.2线性变换器2
1.2.1串联式线性调整器2
1.2.2并联式线性调整器4
1.3开关变换器5
1.3.1带有阻性负载的基本开关变换器5
1.3.2带有阻感性负载的开关变换器7
1.4变换器稳态原理分析9
1.4.1电感伏秒平衡9
1.4.2电容电荷平衡10
1.5习题10
第2章基本的开关变换电路12
2.1简介12
2.2Buck 变换器12
2.2.1连续模式12
2.2.2断续模式16
2.3同步整流21
2.4纹波抑制22
2.5Boost变换器24
2.5.1连续模式25
2.5.2断续模式28
2.6Buck-Boost变换器31
2.6.1连续模式32
2.6.2断续模式35
2.7Ck变换器38
2.8SEPIC变换器44
2.8.1连续模式44
2.8.2设计要素46
2.9Zeta变换器46
2.10非理想元器件实现的变换器48
2.10.1电感模型49
2.10.2电容模型49
2.10.3半导体器件损耗50
2.10.4半导体器件损耗对输出电压的影响51
2.11习题52
第3章谐振变换器54
3.1简介54
3.2并联谐振电路综述55
3.3串联谐振电路综述56
3.4准谐振开关的分类57
3.5零电流开关准谐振Buck变换器59
3.6零电流开关准谐振Boost变换器65
3.7零电压开关准谐振Buck变换器70
3.8零电压开关准谐振Boost变换器74
3.9串联负载谐振变换器78
3.9.1断续模式(0 3.9.2连续模式（fS>fn或称为高于谐振频率模式）80
3.9.3连续模式（0.5fn 3.10并联负载谐振变换器84
3.10.1断续模式(0 3.10.2连续模式（fS>fn或称为高于谐振频率模式）88
3.10.3连续模式（0.5fn 3.11习题92
第4章隔离型变换器95
4.1简介95
4.2正激变换器95
4.3双管正激变换器100
4.4推挽变换器102
4.5半桥变换器105
4.6全桥变换器106
4.7反激变换器108
4.8双管反激变换器112
4.9双向有源桥变换器114
4.9.1功率流控制123
4.10零电流开关准谐振半桥变换器125
4.11习题129
第5章开关变换器的控制策略130
5.1简介130
5.2脉宽调制130
5.2.1电压模式PWM策略131
5.2.2电流模式PWM策略134
5.3滞环控制：开关电流源138
5.3.1ton时段稳态分析139
5.4商业化集成电路控制器140
5.4.1SG3524固定频率电压模式控制器140
5.4.2TL497变化频率电压模式控制器143
5.4.3UC3842固定频率电流模式PWM控制器144
5.4.4TinySwitch-II 系列小功率离线开关管146
5.5谐振变换器控制策略148
5.5.1谐振变换器离线控制器149
5.5.2L6598的工作原理149
5.6习题160
第6章开关变换器的连续时域模型161
6.1简介161
6.2经典控制技术分析开关变换器161
6.2.1开关变换器的基本开环线性模型162
6.2.2PWM调制器模型162
6.2.3平均开关变换器模型166
6.2.4输出滤波器模型168
6.3开关变换器小信号模型概述176
6.4有外部扰动的电压调整器线性模型179
6.4.1输出阻抗和稳定性180
6.5开关变换器的状态空间表示181
6.5.1线性系统分析概述181
6.5.2状态空间平均183
6.6开关变换器传递函数194
6.6.1源至状态变量的传递函数195
6.7输入EMI滤波器197
6.7.1稳定性分析197
6.8习题203
第7章开关变换器的模拟控制204
7.1简介204
7.2经典控制技术中的负反馈204
7.2.1闭环增益204
7.2.2稳定性分析205
7.2.3相对稳定性205
7.3开关变换器的闭环线性模型206
7.3.1反馈网络206
7.3.2误差放大器补偿网络206
7.3.3PI补偿网络207
7.3.4比例积分微分（PID）补偿网络209
7.3.5比例控制212
7.4考虑输出电容ESR的Buck变换器的反馈补偿212
7.5无输出电容ESR的Buck变换器的反馈补偿215
7.6全状态反馈216
7.6.1全状态反馈控制系统设计216
7.6.2极点选择217
7.6.3反馈增益217
7.7习题221
第8章开关变换器的离散时域建模222
8.1简介222
8.2连续时域系统222
8.3直接离散时域模型222
8.4直接离散模型的线性化223
8.5连续时域状态空间平均模型224
8.6开关变换器的离散时域平均模型226
8.7习题227
第9章开关变换器的数字控制228
9.1简介228
9.2比例控制器228
9.3PID控制器的连续化设计方法229
9.4全状态反馈的离散控制系统设计230
9.4.1极点配置231
9.4.2反馈增益231
9.4.3电压控制模式231
9.4.4电流控制模式233
9.5习题236
第10章交错并联变换器237
10.1简介237
10.2交错并联Buck变换器237
10.2.1状态空间平均模式239
10.3交错并联Boost 变换器240
10.3.1状态空间平均模式240
10.4基于电流模式工作的交错并联变换器244
10.4.1纹波的计算245
10.4.2变换器的数量247
10.5功率因数校正247
10.6习题249
第11章开关电容变换器251
11.1简介251
11.2单向功率传输SCC251
11.2.1基本升压变换器251
11.2.2基本降压变换器253
11.2.3基本电压极性反向变换器255
11.3其他开关电容变换器拓扑256
11.3.1降压变换器256
11.3.2升压变换器259
11.3.3n阶降压SCC261
11.3.4n阶升压SCC261
11.4双向功率传输SCC263
11.4.1升降压变换器263
11.4.2罗氏变换器265
11.5谐振变换器270
11.5.1零电流开关（ZCS）270
11.6开关电容功率变换器的损耗273
11.7习题274
第12章开关变换器的仿真275
12.1简介275
12.2Spice电路描述275
12.2.1采用“.CIR”文本输入文件的PSpice仿真276
12.2.2采用电路图输入的PSpice仿真285
12.2.3开关变换器的小信号分析299
12.2.4创建可用于PSpice仿真的Capture符号314
12.2.5解决收敛问题314
12.3使用MATLAB对开关变换器进行仿真318
12.3.1使用传递函数318
12.3.2使用矩阵320
12.4使用Simulink仿真开关变换器323
12.4.1用Simulink仿真传递函数的例子323
12.4.2用Simulink仿真状态空间矩阵的例子324
12.5习题325
第13章开关变换器的应用327
13.1功率因数校正327
13.1.1简介327
13.1.2基本概念回顾327
13.1.3功率因数校正原理328
13.1.4开关变换器的功率因数自校正特性329
13.1.5功率因数校正器的控制技术334
13.1.6功率因数校正电路338
13.2低噪声DC-DC变换器341
13.2.1简介341
13.2.2降低EMI的技术342
13.3用于太阳电池的开关变换器345
13.3.1简介345
13.3.2太阳电池模型345
13.3.3最大功率点跟踪347
13.3.4用于太阳电池的开关变换器347
13.4用于燃料电池的开关变换器348
13.5LED驱动器用开关变换器351
13.5.1Buck型LED驱动器351
13.5.2Boost型LED驱动器352
13.5.3Ck型LED驱动器352
13.5.4SEPIC型LED驱动器353
13.5.5交流输入型LED驱动器353
第14章开关变换器设计：案例学习354
14.1简介354
14.2电压型断续工作模式的Buck变换器设计355
14.2.1控制器设计356
14.2.2小信号模型359
14.2.3设计补偿网络和误差放大器359
14.2.4闭环Buck变换器363
14.2.5仿真结果364
14.2.6实验结果366
14.3电压型同步Buck变换器的数字控制370
14.3.1电路参数371
14.3.2闭环极点选择371
14.3.3离散时间模型372
14.3.4反馈增益373
14.3.5控制策略374
14.3.6用于PSpice仿真的模拟模型375
14.3.7仿真结果376
14.3.8与负载变化相关的闭环极点灵敏度378
14.3.9实验结果378
14.4电流型同步Buck变换器的数字控制380
14.4.1连续时间状态模型380
14.4.2推导离散时间模型380
14.4.3电流型控制不稳定的问题381
14.4.4跟踪调整器的扩展状态模型381
14.4.5反馈增益382
14.4.6控制策略384
14.4.7仿真结果384
14.4.8闭环极点对负载变化的敏感度384
14.4.9实验结果386
14.4.10DSP编程387
14.5基于UC3842的反激变换器设计393
14.5.1设计规格394
14.5.2断续导通模式394
14.5.3初步计算395
14.5.4开环仿真396
14.5.5电流环397
14.5.6电压环397
14.5.7小信号模型400
14.5.8频率补偿401
14.5.9电磁干扰（EMI）滤波器的设计403
14.5.10印制电路板（PCB）设计404
14.5.11实验结果406
14.6基于TopSwitch的反激变换器设计407
14.6.1设计规格408
14.6.2初步计算408
14.6.3实验结果409
14.7基于TinySwitch的反激变换器设计410
14.7.1实验结果411
14.8开关音频放大器412
14.8.1案例学习415
参考文献422
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书的开篇我就被那种扑面而来的严谨和深度所震撼。作者显然不是那种只停留在理论表面的写作者，他似乎将自己多年的工程实践经验毫无保留地倾注在了每一个公式和每一个电路拓扑的推导之中。我尤其欣赏作者在处理那些复杂非线性动态系统时的那种庖丁解牛般的细致。很多教科书在讲解脉冲宽度调制（PWM）的控制环路时，往往只是给出一个简化的传递函数模型，然后迅速跳到设计环节。但这本书不同，它花了大量的篇幅去深入剖析了开关动作带来的寄生效应、死区时间的影响，以及如何利用状态空间平均法来精确建模，这对于想要深入理解和优化高性能变换器的人来说，简直是如获至宝。读到后面，涉及到磁性元件的设计部分，我感觉作者仿佛是拿着一把精密的尺子在量度每一匝漆包线的匝数，每一个铁心材料的选择都背后有着详实的计算依据和工程权衡的考量。那些关于磁饱和、磁滞损耗的讨论，远比我以前读过的任何资料都要来得透彻和实用。这不仅仅是一本教材，更像是一本资深工程师的私房笔记，每一页都散发着实战智慧的光芒，让人感觉在构建自己的系统时，可以少走很多弯路，每一步都走得更加扎实和有信心。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的图表和仿真结果的展示方式非常独特，它们不是为了美观而存在的，而是作为理论推导的强有力佐证。我注意到，很多关键的理论曲线，比如输出电压纹波随负载变化的函数图像，作者都用非常细致的坐标轴和标注，清晰地标明了理论预测值与实验测试值之间的微妙偏差，并且还专门辟出小节来解释这些偏差的物理来源，比如PCB走线的电感、封装的热效应等等。这种近乎苛刻的对照，建立起了一种极强的信任感。对我个人而言，最大的收获是在关于EMI/EMC章节的学习中。过去我总觉得EMI是经验性的“打地鼠”游戏，哪里干扰大就加屏蔽或滤波。但这本书却系统性地阐述了开关动作产生的电流环路面积、di/dt与$dI/dt$如何直接耦合到外部环境，并提供了基于拓扑结构层面的抑制策略，而不是仅仅停留在PCB布局层面。这种从根本上消除问题的视角，让我在设计下一个高频电源时，能够从源头上就规避掉许多后患，这对于追求极致性能和合规性的项目来说，价值无法估量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙述风格有一种古典的、近乎哲学的味道，它不急于展示最新、最炫的拓扑结构，而是耐心地带领读者回溯到问题的本质。我花了很长时间才真正理解作者在导论中对“能量转换的根本约束”的阐述。这种哲学层面的思考，为后续所有的电路分析奠定了极其坚实的基础。举个例子，当讨论到反激式变换器时，作者没有直接给出标准公式，而是从能量守恒和电磁感应定律出发，一步步推导出电流应力、电压应力与占空比、变压比之间的关系，整个过程逻辑链条极其清晰，如同侦探在还原犯罪现场一般，每一步推理都无可辩驳。更让我印象深刻的是，书中对于非理想元件的讨论，没有将它们一笔带过，而是深入挖掘了这些“不完美”如何系统性地影响系统的瞬态响应和长期稳定性。这种对“不完美世界”的接纳和精确量化，使得书中的分析结果具有极高的工程可信度。读完相关的章节，我不再满足于仅仅“让它工作起来”，而是开始思考如何让它在最恶劣的工况下，依然能以最高效能稳定运行。这是一种从匠人到艺术家的思维跃迁，而这本书，就是引路人。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节安排和知识点的递进逻辑，充分体现了作者对学习曲线的深刻理解。它并没有采用传统的先直流后交流的模式，而是巧妙地将反馈控制理论的引入点设置在一个特定的、更容易理解的变换器拓扑之后。通过这个具体的例子，读者可以直观地看到为什么需要环路补偿，补偿器在s域中是如何“剪裁”系统带宽的。随后再扩展到更通用的控制理论，接受度就高很多。此外，书中对不同控制方案的对比分析也极其到位，例如电流模式控制与电压模式控制的内在差异，不仅仅是数学上的不同，更重要的是它们对系统瞬态性能的本质影响。我特别喜欢作者对“斜坡补偿”的阐述，没有直接给出一个“补丁式”的解决方案，而是深入分析了峰值电流模式控制中存在的不稳定区间，然后顺理而然地引出了斜坡补偿的必要性和实现机制。这种层层深入、水到渠成的教学设计，使得晦涩的控制理论变得像是自然规律的呈现，非常有利于建立深厚的内功，而非仅仅记住几个公式的应用场景。

评分☆☆☆☆☆

我花了近一个月的时间才消化完这本书的后三分之一内容，那是关于系统级热管理和可靠性分析的部分，这部分内容往往在电源设计书籍中被简化或忽略。然而，这本书却将其提升到了与电路拓扑同等重要的地位。作者不仅提供了标准的散热模型，如热阻的串并联分析，还引入了更前沿的基于有限元分析（FEA）的建模思路，并讨论了如何根据拓扑结构优化元器件的物理布局以最小化热点。最让我感到惊喜的是，书中对“寿命预测”的探讨。它不是泛泛而谈，而是结合了半导体器件的阿累尼乌斯模型，将工作温度的微小升高与MTBF（平均无故障时间）的指数级下降联系起来。通过几个具体的案例，作者展示了如何通过合理的设计裕度来平衡成本与长期可靠性。读完这些内容，我深切体会到，一个优秀的电源设计，绝不仅仅是让输出电压稳定那么简单，它是一个涵盖了电磁、热、机械、统计学等多学科交叉的复杂工程挑战。这本书的价值在于，它成功地将这些分散的知识点编织成了一个完整、自洽的工程方法论体系。

评分☆☆☆☆☆