Switch-Mode Power Converters pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Academic Pr

作者:Keng C. Wu

出品人:

页数:408

译者:

出版时间:2005-10

价格:714.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780120887958

丛书系列:

图书标签:

专业书
电力电子
开关电源
DC-DC转换器
AC-DC转换器
电源设计
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电力转换
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新能源

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具体描述

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This book introduces an innovative, highly analytical approach to symbolic, closed-form solutions for switched-mode power converter circuits. This is a highly relevant topic to power electronics students and professionals who are involved in the design and analysis of electrical power converters. The author uses extensive equations to explain how solid-state switches convert electrical voltages from one level to another, so that electronic devices (e.g., audio speakers, CD players, DVD players, etc.) can use different voltages more effectively to perform their various functions. Most existing comparable books published as recently as 2002 do not discuss closed-loop operations, nor do they provide either DC closed-loop regulation equations or AC loop gain (stability) formulae. The author Wu, a leading engineer at Lockheed Martin, fills this gap and provides among the first descriptions of how error amplifiers are designed in conjunction with closed-loop bandwidth selection. BENEFIT TO THE READER: Readers will gain a mathematically rigorous introduction to numerous, closed-form solutions that are readily applicable to the design and development of various switch-mode power converters.

* Provides symbolic, closed-form solutions for DC and AC studies * Provides techniques for expressing close-loop operation * Gives readers the ability to perform closed-loop regulation and sensitivity studies * Gives readers the ability to design error amplifiers with precision * Employs the concept of the continuity of states in matrix form * Gives accelerated time-domain, steady-state studies using Laplace transform * Gives accelerated time-domain studies using state transition * Extensive use of matrix, linear algebra, implicit functions, and Jacobian determinants * Enables the determination of power stage gain that otherwise could not be obtained

磁性元件在现代电力电子学中的创新应用本书聚焦于电力电子领域的核心驱动力——磁性元件，深入探讨了其在提升系统效率、减小体积和提高可靠性方面的最新研究成果与工程实践。本书摒弃了对传统开关电源拓扑的常规介绍，转而将视角聚焦于驱动这些拓扑高效运行的“心脏”——先进磁性元件的设计、制造与集成技术。我们理解，随着电子设备向更高频率、更高功率密度方向发展，传统磁性元件的限制日益凸显。因此，本书旨在为研究人员、高级工程师及博士研究生提供一个全面、深入的参考，阐述如何通过材料科学的突破、结构工程的创新以及多物理场耦合分析，将磁性元件的性能推向新的极限。第一部分：先进磁性材料的科学前沿本部分是理解现代高性能磁性元件基础的关键。我们首先对超高频铁氧体（Ferrites）和非晶态合金（Amorphous and Nanocrystalline Alloys）的微观结构与宏观电磁性能之间的关系进行了细致的剖析。 1.1 铁氧体材料的微观调控与损耗机理我们详细考察了当前领先的MnZn和NiZn铁氧体家族，重点分析了如何通过精确控制晶粒尺寸、掺杂元素（如稀土元素）以及烧结工艺，来优化其在高斯磁通密度和MHz级别频率下的磁导率稳定性与磁滞损耗。本书提供了一套系统的模型，用于预测和量化涡流损耗（Eddy Current Loss）在不同频率和温度下的非线性行为，特别是针对Steinmetz方程的局限性，引入了更精确的Jiles-Atherton模型在复杂波形下的修正应用。此外，我们探讨了表面处理技术，如薄膜涂层，如何抑制绕组趋肤效应与邻近效应引起的附加损耗。 1.2 纳米晶体与薄膜磁性材料的潜力对于追求极致功率密度的应用，传统的铁氧体已显现瓶颈。本书投入大量篇幅讨论了纳米晶体合金（如Fe-Si-B-Nb-Cu体系）的优势。我们不仅阐述了晶化过程对磁性的影响，更重点分析了如何通过应力各向异性调控来实现极低的矫顽力。在微纳尺度，我们深入研究了磁记录和MEMS技术中用到的磁性薄膜，讨论了溅射和脉冲激光沉积（PLD）技术在制备具有特定磁畴结构薄膜中的应用，这些薄膜是未来集成磁性元件（如片上电感器）的基石。第二部分：绕组技术与集成封装的革新磁性元件的性能不仅仅取决于磁芯，绕组的集肤效应、串扰和绝缘也起着决定性作用。本部分着重于如何通过先进的绕组布局和封装技术来释放磁芯的全部潜力。 2.1 趋肤与邻近效应的精确建模与抑制本书构建了一个多物理场耦合的有限元分析（FEA）框架，用于精确模拟高频交变磁场下，多股导线或箔片绕组中的电流分布。我们详尽地对比了Litz线（李兹线）的编织密度、箔式绕组的层间间距对交流电阻（AC Resistance）的影响。对于高功率密度变压器，我们提出了一种基于电流再分配算法的优化绕组结构，旨在使各股导线的电流密度均匀化，从而有效降低热点和铜耗。 2.2 3D打印与增材制造在磁性元件中的应用增材制造技术正彻底改变磁性元件的制造范式。我们详细介绍了选择性激光熔化（SLM）和粘合剂喷射（Material Jetting）技术在制造复杂几何形状磁芯和导电路径上的前景。特别地，本书展示了如何利用3D打印技术制造集成冷却通道的磁芯，实现对局部热点的实时热管理。在绕组方面，我们探讨了如何通过3D打印直接形成多层、自支撑的导体结构，以实现对寄生电容的精确控制，这对高频隔离和共模抑制至关重要。第三部分：先进拓扑与磁性元件的协同设计本书的第三部分将目光投向系统层面，探讨如何将新型磁性元件的需求反馈到拓扑结构的选择和优化中。我们关注那些依赖于非常规磁性行为或集成磁性元件的先进转换器。 3.1 无电感和集成电感转换器的设计哲学我们深入分析了磁性元件集成化（Magnetic Integration）的趋势。这包括如何将变压器、电感器甚至滤波电容的功能融合到一个单一的封装结构中。详细讨论了多端口磁耦合器在级联拓扑（如多级LLC或多相Boost）中的应用，以及如何通过精确控制磁耦合系数来管理电流纹波和瞬态响应。此外，本书对磁阻式开关电源（Switched Reluctance Converters）中动态磁阻的精确建模进行了深入探讨，这对实现无反馈控制至关重要。 3.2 隔离与非隔离系统中的磁性元件动态行为对于高压DC-DC应用，磁性元件的绝缘可靠性与电荷积累是关键挑战。本书提供了局部放电（Partial Discharge, PD）测试方法和长期可靠性预测模型，特别是针对浸渍或真空封装工艺对磁芯和绕组界面湿气敏感性的影响。在非隔离领域，我们探讨了磁性元件在有源整流器中，如何通过耦合电感实现电流整形，以满足电网谐波标准。第四部分：热管理与可靠性评估磁性元件是电力电子系统中最大的热源之一。本部分提供了从微观到宏观的全面热管理策略和可靠性分析工具。 4.1 复杂热场的温度分布建模与测量我们超越了传统的集总参数热模型，采用瞬态有限体积法（FVM）来模拟磁芯内部的温度梯度，特别是当磁芯体积增大或工作频率超过几百kHz时。书中详细介绍了红外热成像（IR Thermography）和光纤温度传感器（Fiber Optic Sensors）在实时监测绕组和磁芯界面温度中的应用，并将其与FEA预测结果进行交叉验证。 4.2 寿命预测与失效分析磁性元件的寿命通常由绝缘老化决定。本书引入了加速寿命试验（ALT）的标准流程，并利用Arrhenius方程和Inverse Power Law模型，结合实际运行数据，来预测不同温度和湿度应力下的绝缘击穿寿命。对于磁芯材料本身，我们探讨了机械应力（如热循环）如何导致微裂纹扩展，进而加速磁性能退化，并提供了基于疲劳分析的磁芯使用寿命评估框架。总结而言，本书不是一本基础电源电路手册，而是深入到驱动现代电力电子系统性能极限的底层物理和工程挑战的专业深度报告。它要求读者具备扎实的电磁学基础，并渴望探索如何通过材料、结构和系统协同设计来突破现有技术瓶颈。