高频开关变换器的数字控制 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:机械工业出版社作者:Luca Corradini 出品人: 页数:248 译者:张卫平出版时间:2017-12-1 价格:89 装帧:平装 isbn号码:9787111576051 丛书系列:

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具体描述

高频开关变换器的数字控制》全面地介绍了开关功率变换器的数字控制。第1章简介了开关变换器连续时间域经典的平均状态建模方法。第2章介绍了数字控制的基本结构。第3章介绍了开关变换器离散域直接建模的方法并得到z域的小信号动态模型。在此基础上，第4章介绍了如何直接设计数字补偿器。第5章介绍了模/数(A/D)转换器的幅度量化误差和数字脉冲宽度调制器（DPWM）。第6章介绍了数字补偿器的实现。后,第7章介绍了整定技术。

《高频开关变换器的数字控制》可为从事电力电子或数字控制的相关研究和应用的工程技术人员提供参考，也可作为高等院校相关专业学生的研究生教材使用。

好的，这是一本关于模拟集成电路设计与应用的图书简介，旨在深入探讨现代电子系统中的核心模拟元件和设计方法，内容详实，不涉及高频开关变换器的数字控制。 --- 模拟集成电路设计与应用：从器件物理到系统集成图书简介本书致力于为电子工程、微电子学领域的专业人士、研究人员以及高年级本科生和研究生，提供一套全面、深入且具有实践指导意义的模拟集成电路（Analog IC）设计理论与方法论。我们专注于解析驱动现代通信、传感器、电源管理和数据采集系统稳定运行的那些“无形”的模拟核心，聚焦于如何将理论物理、器件特性与系统级性能指标高效地桥接起来。在数字技术飞速发展的今天，模拟电路作为连接真实世界与数字世界的桥梁，其重要性从未动摇。从超低功耗的物联网设备到高速数据转换系统，模拟电路的性能（如噪声、线性度、功耗效率和带宽）直接决定了最终产品的成败。本书正是为了填补理论知识与复杂工程实践之间鸿沟而撰写。第一部分：模拟器件物理与模型基础本书的基石在于对半导体器件物理的深刻理解。我们摒弃了过于简化的理想模型，转而深入探讨MOSFET、BJT在集成电路工艺下的实际行为。 1. 晶体管模型与非理想效应：详细分析了短沟道效应、亚阈值传导、载流子速度饱和等对晶体管跨导和输出阻抗的影响。着重讨论了如何使用精确的模型（如BSIM系列模型）来模拟工艺角（PVT variations）下的电路行为。重点分析了沟道长度调制对反馈电路和增益的影响，以及温度漂移如何作用于偏置电流和阈值电压。 2. 噪声分析与抑制：噪声是模拟电路的“阿喀琉斯之踵”。本部分系统地讲解了热噪声（Johnson-Nyquist Noise）、散粒噪声（Shot Noise）和闪烁噪声（Flicker Noise，$1/f$噪声）的产生机理、在晶体管模型中的体现，以及其对系统信噪比（SNR）和无杂散动态范围（SFDR）的制约。探讨了如何通过器件尺寸优化、偏置点选择、以及特定拓扑结构（如共源共栅结构）来最小化噪声贡献。 3. 匹配性与失配（Mismatch）：在IC设计中，晶体管的绝对匹配和相对匹配至关重要。我们详细分析了器件尺寸、掺杂浓度、光刻误差等因素如何导致晶体管参数的随机失配和系统的系统性失配。重点研究了如何利用共质心布局（Common-Centroid Layout）和基于运放反馈机制（如自动调整电路Autozeroing）来消除或补偿这种失配，这对精密传感器接口和高精度DAC设计是不可或缺的。第二部分：核心模拟模块设计与优化本部分将理论知识转化为具体的电路模块设计实践，覆盖了现代模拟IC设计的关键构建块。 1. 偏置电路与电流镜（Biasing and Current Mirrors）：深入研究了如何设计高精度、高输出阻抗的电流源和电流镜。讨论了使用Wilson电流镜、多级电流镜（Cascoded Current Mirrors）以提高输出阻抗和减小早截止效应。重点分析了如何通过引入补偿技术（如使用电阻或二极管连接晶体管）来抑制工艺和温度对电流源精度的影响。 2. 运算放大器（Operational Amplifiers, Op-Amps）：这是模拟设计中的核心。本书全面覆盖了从两级OTA（运算跨导放大器）到折叠式输入级、共源共栅结构等高级拓扑。详细阐述了增益带宽积（GBW）、相位裕度（Phase Margin）、单位增益频率以及建立时间（Settling Time）的相互权衡。特别关注了如何设计具有高开环增益和良好瞬态响应的放大器，并讲解了补偿技术（如密勒补偿、导纳极点分离技术）。 3. 频率响应与反馈理论：系统地复习并深化了反馈理论在模拟电路中的应用，重点讨论了寄生电容对电路频率响应的影响。讲解了如何使用波德图（Bode Plot）来分析和设计具有特定相位裕度的反馈系统，并探讨了在多极点系统下实现稳定性的高级补偿方法。第三部分：数据转换器与混合信号接口本书最后一部分聚焦于模拟电路与数字世界的交汇点——数据转换器（Data Converters），这是现代电子系统集成度的关键体现。 1. 模数转换器（ADCs）：深入分析了流水线式ADC、Σ-Δ（Sigma-Delta）ADC和逐次逼近寄存器（SAR）ADC的架构原理、关键模块设计（如采样保持器、量化器和DAC单元）以及系统级优化。详细探讨了量化噪声的整形过程（Noise Shaping）在$Sigma-Delta$架构中的应用，以及流水线架构中的时间对准问题。 2. 数模转换器（DACs）：重点讲解了电阻梯形（Resistor Ladder）DAC、R-2R DAC和电容开关（Switched Capacitor）DAC的设计原理。分析了这些转换器中的非线性误差来源，如匹配误差导致的积分非线性（INL）和微分非线性（DNL），并介绍了利用校准技术改善这些指标的工程方法。 3. 采样保持电路（Sample-and-Hold Amplifiers, S/H）：作为高速数据采集的前端，S/H电路的设计极具挑战性。本书详细分析了毛刺（Glitch）、孔径抖动（Aperture Jitter）的产生机制及其对ADC性能的破坏。指导读者如何设计具有高精度、低失真和快速建立时间的S/H放大器。实践导向与工具应用本书强调理论与实践的紧密结合。在每一个关键模块的讲解后，都会附带设计流程的案例分析，引导读者如何使用专业的EDA工具（如Cadence Virtuoso/Spectre）进行电路原理图绘制、后仿真（Post-Layout Simulation）和版图协同验证（LVS/DRC）。内容贯穿了从工艺库选择到版图级效应（如交叉耦合、衬底噪声）对最终电路性能的实际影响，确保读者不仅理解“如何工作”，更懂得“如何实现”和“如何验证”。目标读者：集成电路设计工程师（模拟/混合信号方向）、射频IC设计工程师、对器件物理和精密测量电路感兴趣的研究人员。本书是构建坚实模拟电路设计功底、迈向高端模拟IC系统设计工程师的必备参考书。

作者简介

Luca Corradini博士，意大利帕多瓦大学电气工程副教授。Corradini博士作为合著者发表了超过50篇的期刊和会议论文。

Dragan Maksimovi?博士，美国科罗拉多大学波尔得分校Charles V. Schelke讲席教授，科罗拉多电力电子研究中心（CoPEC）主任。

Paolo Mattavelli博士，意大利帕多瓦大学电气工程教授。Mattavelli博士的主要研究领域为功率变换器的分析、建模和控制。

Regan Zane博士，美国犹他州立大学电气与计算机工程教授。Zane博士因在节能照明系统方面所做的工作于2004年获得美国国家科学基金会职业成就奖（NSF Career Award）。

目录信息

译者序
原书前言
导论1
第1章DC-DC变换器的连续平均建模9
1.1PWM变换器9
1.2变换器的稳态11
1.2.1升压变换器举例12
1.2.2开关纹波估计13
1.2.3基本变换器的电压转换比14
1.3变换器的动态和控制15
1.3.1变换器的平均和线性化16
1.3.2脉冲宽度调制器的建模18
1.3.3系统环路增益19
1.3.4基本变换器的平均小信号建模20
1.4状态空间平均法21
1.4.1变换器的静态工作点21
1.4.2平均小信号状态方程模型22
1.4.3升压变换器举例23
1.5设计实例24
1.5.1电压模式控制的同步降压变换器25
1.5.2平均电流模式控制的升压变换器32
1.6占空比d［k］和d(t)36
1.7要点总结37
第2章数字控制环路38
2.1实例学习：电压模式的数字控制38
2.2A/D转换39
2.2.1抽样速率39
2.2.2幅值量化42
2.3A/D转换数字补偿器43
2.4数字PWM（DPWM）46
2.5环路中的延迟48
2.5.1控制延迟48
2.5.2调制延迟49
2.5.3整个环路延迟51
2.6数字控制设计中使用平均模型52
2.6.1平均模型的局限性52
2.6.2数字控制的变换器的平均模型54
2.7要点总结57
第3章离散时间建模58
3.1离散时间小信号建模58
3.1.1入门实例：开关电感60
3.1.2一般情况63
3.1.3用于PWM的基本类型的离散时间模型64
3.2离散时间模型实例66
3.2.1同步降压变换器66
3.2.2升压变换器72
3.3时不变拓扑的离散时间建模76
3.3.1离散时间建模的等价性78
3.3.2与修正Z变换的关系80
3.3.3Tu(z)的计算80
3.3.4降压变换器实例83
3.4基本Matlab的变换器的离散时间建模83
3.5要点总结87
第4章数字控制88
4.1系统级补偿器的设计88
4.1.1采用双线性变换法直接设计89
4.1.2在z域和p域的数字PID补偿器91
4.2设计例程94
4.2.1电压控制模式时同步降压变换器的数字控制94
4.2.2电流控制模式时升压变换器的数字控制100
4.2.3多环控制模式时同步降压变换器的数字控制102
4.2.4升压功率因数校正器105
4.3变换器的其他传递函数117
4.4驱动器饱和与积分抗饱和措施120
4.5要点总结124
第5章幅值量化126
5.1系统量化126
5.1.1A/D转换器127
5.1.2DPWM量化128
5.2稳态时的解129
5.3无极限环的条件131
5.3.1DPWM与A/D分辨率132
5.3.2积分增益134
5.3.3动态量化效应136
5.4DPWM和A/D转换器实现技术137
5.4.1DPWM硬件实现技术137
5.4.2通过Σ-Δ调制有效改进DPWM的分辨率141
5.4.3A/D转换器142
5.5要点总结143
第6章补偿器的实现144
6.1PID补偿器的实现146
6.2系数的缩放和量化148
6.2.1系数的缩放149
6.2.2系数的量化151
6.3电压控制模式实例：系数量化153
6.3.1并联结构154
6.3.2直接结构156
6.3.3级联结构157
6.4定点控制器的实现161
6.4.1有效的动态范围和硬件的动态范围162
6.4.2信号的上限和L1范数163
6.5电压控制模式实例：定点实现164
6.5.1并联实现166
6.5.2直接实现169
6.5.3级联实现171
6.5.4线性系统和量化后的系统响应对比174
6.6控制器的HDL实现175
6.6.1VHDL实例175
6.6.2Verilog实例178
6.7要点总结179
第7章数字控制的自整定180
7.1自整定技术简介180
7.2可编程的PID结构181
7.3通过注入数字扰动信号实现自整定184
7.3.1工作原理185
7.3.2PD自整定的实现188
7.3.3仿真实例190
7.3.4PD自整定环路的小信号分析192
7.4基于继电器反馈的数字自整定197
7.4.1工作原理198
7.4.2数字式继电器反馈的实现199
7.4.3仿真实例202
7.5实现问题203
7.6要点总结204
附录205
附录A离散时间线性系统和Z变换205
A.1差分方程205
A.1.1强迫响应206
A.1.2自由响应207
A.1.3脉冲响应和系统的模208
A.1.4模的渐进特性209
A.1.5更多实例209
A.2Z变换210
A.2.1定义210
A.2.2性质210
A.3传递函数212
A.3.1稳定性212
A.3.2频率响应212
A.4状态空间表达式213
附录B定点算法和HDL编码214
B.1截断操作和截断误差214
B.2浮点和定点算术系统215
B.3二进制补码（B2C）的定点表示216
B.4信号表示218
B.5B2C数的操作以及HDL实例219
B.5.1符号扩展219
B.5.2对齐220
B.5.3符号取反221
B.5.4LSB和MSB截断222
B.5.5加法和减法223
B.5.6乘法225
B.5.7溢出检测和饱和运算225
附录C规则采样脉冲宽度调制器的小信号相位滞后230
C.1后沿调制器231
C.2前沿调制器234
C.3对称调制器234
参考文献236
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我最近刚入手了这本《高频开关变换器的数字控制》，迫不及待地想和大家分享一下我的初步感受。坦白说，我之前对数字控制在电力电子领域的应用了解得不算太多，更多的是停留在模拟控制的层面。这本书的标题立刻吸引了我，因为数字控制无疑是未来电力电子发展的重要趋势，掌握这方面的知识对于提升我个人的技术能力至关重要。我特别关注书中是否能够详细阐述数字控制在实时性、精度以及智能化方面的优势，以及如何利用微控制器或者DSP来实现这些复杂的控制策略。另外，我也希望能看到书中对各种数字控制算法，例如PID、模糊控制、模型预测控制等在高频开关变换器中的具体应用和实现细节的介绍。这本书的出版，无疑为我们这些想要跟上技术潮流的工程师和研究人员提供了一个非常好的学习平台。我非常期待通过阅读这本书，能够构建起一个完整的数字控制在高频开关变换器中的理论框架，并为未来的项目开发打下坚实的基础。

☆☆☆☆☆

作为一名对电力电子技术怀有深厚兴趣的业余爱好者，我一直以来都在积极寻找能够系统性学习高频开关变换器知识的优质资源。当我看到《高频开关变换器的数字控制》这本书时，心中涌起一股强烈的学习冲动。我一直认为，掌握高频开关变换器的核心技术，是理解现代电子产品中能量转换机制的关键。而“数字控制”这个词，更是让我看到了将先进的计算能力与高效的能量转换相结合的可能性，这无疑是未来发展的大趋势。我希望这本书能够深入浅出地讲解高频开关变换器的基本原理，包括各种拓扑结构、工作模式以及关键参数的计算。同时，我也非常期待书中能够详细介绍如何利用数字控制器件，例如微控制器或FPGA，来实现对变换器的精确、高效控制。我设想书中可能会包含一些关于数字滤波器设计、脉冲宽度调制（PWM）生成、以及反馈回路设计等方面的知识。这本书的出现，对我来说，就像是点亮了一盏指路明灯，让我能够更清晰地规划自己的学习路径，更有信心地去探索这个充满挑战和机遇的领域。

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这本书的封面设计就给我一种非常专业的感觉，简洁大气的字体，配合着电路图的意象，一下子就抓住了我的眼球。作为一名对电力电子领域充满好奇的学生，我一直被高频开关变换器的神秘和强大所吸引。我常常在想，是什么样的原理支撑着这些小小的器件，却能实现如此高效和灵活的能量转换？这本书的出现，仿佛为我打开了一扇通往这扇神奇世界的大门。我迫不及待地想要深入其中，去理解那些复杂的理论，去探究那些精妙的设计。我期待这本书能够用清晰易懂的语言，将高频开关变换器的核心概念一一呈现，从最基础的理论出发，逐步引导读者理解其工作原理、关键参数以及设计方法。同时，我也希望书中能够包含一些经典的拓扑结构和实际应用案例，让我能够将理论知识与实际工程相结合，培养解决实际问题的能力。这本书的厚度也让我对内容的深度和广度充满了期待，相信它一定能满足我对这个领域的求知欲，成为我学习道路上不可或缺的宝贵财富。

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这本书的书名《高频开关变换器的数字控制》本身就给我一种技术前沿的感觉，让我非常期待。我目前的工作涉及到一些电力电子系统的设计，但主要还是依赖于传统的模拟控制方法。随着技术的不断进步，我深知数字控制在提高系统性能、降低成本以及增加功能方面具有巨大的潜力。因此，我非常希望能在这本书中找到关于如何将数字控制技术有效地应用于高频开关变换器设计的具体指导。我猜想书中可能会涉及数字信号处理、嵌入式系统开发以及高级控制算法等内容。我特别希望书中能够提供一些实用的代码示例或者设计流程，这样我就可以直接将其应用到我的工作中，快速掌握数字控制的设计和实现技巧。此外，这本书如果能包含一些关于不同数字控制方案的优缺点分析，以及在不同应用场景下的选择建议，那就更好了。这本书的价值不仅仅在于理论知识的传授，更在于能够提供解决实际问题的思路和方法，帮助我突破现有技术瓶颈，提升工作效率和创新能力。

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最近我注意到一本名为《高频开关变换器的数字控制》的新书，它的出现让我眼前一亮。作为一名在电力电子行业摸爬滚打多年的工程师，我深知高频开关变换器在现代电力电子系统中扮演着至关重要的角色，而数字控制则是提升其性能和智能化水平的关键。我一直关注着这个领域的发展，并期待能够有这样一本能够系统性介绍数字控制在高频开关变换器中应用的著作。我猜测这本书的内容会非常丰富，可能会涵盖从基础的数字信号处理技术，到具体的数字控制算法，再到实际的硬件实现和系统调试。我特别看重书中是否能够提供一些关于系统建模、仿真以及优化设计的详细讲解。此外，我也希望这本书能够包含一些实际案例分析，例如在通信电源、新能源汽车充电桩、或者固态硬盘等领域的应用，这样我就可以更好地理解数字控制在高频开关变换器中的实际价值。这本书的出版，对我来说，无疑是一份宝贵的学习资料，能够帮助我巩固现有知识，并为迎接未来的技术挑战做好准备。

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