开关变换器动态特性 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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☆☆☆☆☆

出版者:机械工业

作者:圣笛欧

出品人:

页数:305

译者:

出版时间:2012-1

价格:88.00元

装帧:

isbn号码:9787111362067

丛书系列:国际电气工程先进技术译丛

图书标签:

专业书
模电
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动态特性
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建模分析
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具体描述

《开关变换器动态特性:建模、分析与控制》对开关变换器的建模、分析与控制进行了系统、深入的分析，针对各种基本的开关变换器拓扑和各种常规的控制方法，讨论了它们的建模方法、分析方法和动态特性。特别地，《开关变换器动态特性:建模、分析与控制》从变换器内部特性出发，讨论了外部电路对开关变换器动态特性和稳定性的影响，指出了设计开关电源及其系统时需要注意的问题。《开关变换器动态特性:建模、分析与控制》内容丰富、实用性强，通过大量开关变换器电路实验，揭示了各种开关变换器和控制方法的特性，验证了理论分析的正确性。《开关变换器动态特性:建模、分析与控制》适合从事电源开发、设计和应用的工程技术人员阅读，也可作为高等院校相关专业高年级大学生、研究生的教学参考书。

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Dynamic Profile of Switched-Mode Converter: Modeling, Analysis and Control

现代电力电子技术前沿：基于新型拓扑与控制策略的电力转换系统设计本书导言：在全球能源结构转型与可持续发展的大背景下，电力电子技术正经历着前所未有的深刻变革。高效、可靠、高功率密度的电力转换系统，已成为支撑智能电网、电动汽车、可再生能源并网以及高精度工业驱动等核心领域的关键技术。本书聚焦于当前电力电子领域的研究热点与工程实践中的核心挑战，旨在为从事电力电子系统设计、分析与控制的工程师、科研人员以及高年级学生提供一套系统、深入且具有前瞻性的理论指导和实践参考。本书摒弃传统教材中对基础单元的冗余叙述，直接切入面向前沿应用的复杂系统集成与性能优化难题。第一部分：新型拓扑结构的高级分析与优化本部分深入探讨了在特定应用场景下为实现更高性能而应运而生的非传统电路拓扑。我们不再局限于传统的两电平或三电平结构，而是将分析重点放在了高效率、低谐波和高功率密度拓扑的内在机理上。第一章：多电平拓扑的拓扑演化与适用性分析本章详细剖析了基于级联H桥（CHB）、中点钳位（NPC）以及无源/有源中点钳位（ANPC）等先进多电平结构。重点分析了如何通过调整模块化设计实现电压平衡、电流共享，并降低开关频率下的电压应力。内容涵盖了模块化多电平变换器（MMC）在长距离高压直流输电（HVDC）和柔性交流输电（FACTS）系统中的应用，特别关注其在不同调制策略（如三维空间矢量调制、混合调制）下的谐波抑制特性和动态响应速度。此外，还引入了新型分立元件式多电平拓扑，如T型、$Pi$型，分析其在应对不同开关器件（如SiC MOSFET与IGBT）特性时的选型与布局优化。第二章：高增益与双向功率流动的先进结构针对光伏并网、电池储能系统（BESS）和电动汽车（EV）车载充电机等需要大范围输入/输出电压调节的应用，本章专注于高增益DC/DC变换器的设计。重点讨论了基于准Z源（qZSI）、中点箝位Z源（CZSI）以及叠流（Switched-Inductor）和叠容（Switched-Capacitor）网络融合的复合拓扑。分析的深度体现在对这些拓扑在轻载、重载以及临界工作点下的电压增益、纹波特性和元件电压应力进行精确建模，并提出了基于拓扑重构的自适应控制方案，以应对输入电压的剧烈波动。第三章：基于宽禁带半导体器件的系统集成本章的核心在于理解并优化基于碳化硅（SiC）MOSFET和氮化镓（GaN）HEMT器件的电力转换器设计。这要求我们超越传统的开关损耗模型，深入研究高频开关下的寄生参数耦合效应。内容包括：高频开关下的热管理挑战（热阻建模与散热设计）、栅极驱动回路的优化设计以避免振铃，以及如何利用SiC/GaN的高速开关特性来减小磁性元件的体积，实现系统的小型化和轻量化。对$ ext{dV/dt}$和$ ext{dI/dt}$限制下的EMI/EMC设计准则进行了深入探讨。第二部分：面向高性能的先进控制理论与算法本部分将控制系统的理论深度提升至非线性、自适应和基于模型的预测层面，以满足现代电力电子系统对快速、精确、鲁棒性的严苛要求。第四章：非线性控制在环路设计中的应用本章系统阐述了如何利用李雅普诺夫稳定性理论、滑模控制（SMC）和反馈线性化技术来设计具有内在鲁棒性的控制系统。对于高频开关系统而言，开关动作本身引入了显著的非线性。本章通过建立精确的状态空间模型，展示了如何设计参数不依赖于系统工作点的滑模控制器，以有效抑制负载扰动和器件参数漂移带来的影响，特别是在高功率密度逆变器中的电流和电压环路设计。第五章：模型预测控制（MPC）的优化与实施模型预测控制（MPC）已成为实现复杂多变量控制目标的强大工具。本章详细介绍了有限集模型预测控制（FSM-MPC）和基于成本函数的连续集MPC（CC-MPC）在电力电子中的应用。重点讨论了如何有效地构建准确的系统动态模型（包括寄生参数和器件延迟），并探讨了在实时嵌入式系统中实现MPC的计算复杂度削减技术，如基于迭代线性化和降维处理的优化算法，以支持更高的开关频率和更快的采样率。第六章：数字孪生与基于物理模型的系统级仿真为了加速产品开发周期并降低昂贵的物理原型测试成本，本章聚焦于数字孪生技术在电力电子系统中的应用。详细介绍了如何使用如PSIM、PLECS结合MATLAB/Simulink环境，构建高保真度的硬件在环（HIL）测试平台。内容涵盖了如何将器件级的开关暂态模型、磁性元件的磁滞模型以及复杂的传感器模型精确映射到仿真环境中，确保仿真结果与实际硬件的动态响应高度一致性，尤其是在故障穿越和电网异常工况下的行为预测。第三部分：智能电网集成与面向可靠性的运行维护本部分着眼于电力转换器在大型互联系统中的集成能力，以及确保系统长期可靠运行的关键技术。第七章：面向电能质量的电网互联控制策略现代并网逆变器必须满足严格的电能质量标准，并具备对电网阻抗变化的适应性。本章深入分析了虚拟同步机（VSM）控制原理，并提出了增强其同步性与惯性的新型结构。重点讨论了基于阻抗观测器或输入阻抗辨识的自适应谐波抑制方法，以应对电网阻抗变化导致的次同步振荡问题。此外，对逆变器在弱电网或微电网环境下的并网同步与无功/有功功率解耦控制进行了深入阐述。第八章：系统级的容错、自愈与状态监测电力电子系统的可靠性是其商业化应用的关键瓶颈。本章探讨了主动和被动容错技术。内容包括：基于冗余模块的软切换与硬切换容错策略、开关器件故障的早期检测方法（如基于$ ext{dV/dt}$或$ ext{dI/dt}$异常的算法），以及系统在检测到故障后如何通过控制算法实现拓扑重构（如利用冗余开关桥臂）以维持基本功能（自愈能力）。同时，介绍了基于机器学习的健康状态评估（SoH）与剩余寿命预测（RUL）在关键电力电子设备中的应用。结语：本书汇集了当前电力电子领域最前沿的研究成果和工程实践经验，理论深度与工程实用性并重。读者在掌握传统电力电子基础之上，将能系统性地理解和掌握应对下一代电力电子系统挑战所必需的先进拓扑、控制算法以及集成设计方法。本书期望能够激发研究人员在更高效率、更高集成度和更高可靠性方面持续探索的动力。

作者简介

Teuvo Suntio博士毕业于芬兰赫尔辛基理工大学，在电力电子行业从事了22年的工程和管理工作后，他受聘为芬兰奥卢大学电子实验室教授；2004年，他受聘为芬兰坦佩雷理工大学电能量工程系教授。Suntio教授的研究兴趣包括开关变换器、开关变换器组成的系统的动态特性和控制设计，以及可再生能源系统中开关变换器的相互作用。Suntio教授拥有数项国际专利，他是IEEE的高级会员。

目录信息

译者序前言第1章绪论 1.1 引言 1.2 开关变换器的动态建模 1.3 互联系统的动态分析 1.4 规范等效电路 1.5 基于负载响应的动态特性分析 1.6 内容概括第2章动态分析与控制动力学基础1 2.1 引言 2.2 开环动态特性 2.2.1 状态空间 2.2.2 二端口模型 2.2.3 控制框图 2.3 闭环动态特性 2.3.1 电压输出型变换器 2.3.2 电流输出型变换器 2.4 负载和电源影响 2.4.1 电压输出型变换器 2.4.2 电流输出型变换器 2.5 LC电路举例 2.5.1 电压输出型电路 2.5.2 电流输出型电路 2.6 基本的数学工具回顾 2.6.1 线性化 2.6.2 传递函数 2.6.2.1 单零点 2.6.2.2 单极点 2.6.2.3 二阶传递函数 2.6.2.4 举例 2.6.3 稳定性和性能 2.6.3.1 稳定性 2.6.3.2 与环路增益有关的动态指标 2.6.3.3 右半平面零点和极点 2.6.4 矩阵代数 2.6.4.1 矩阵加法 2.6.4.2 矩阵乘以一个标量 2.6.4.3 矩阵乘法 2.6.4.4 矩阵的行列式 2.6.4.5 矩阵的逆 2.7 变换器的工作模式和控制模式第3章直接导通时间控制开关变换器的平均和小信号建模 3.1 引言 3.2 直接导通时间控制 3.3 通用建模方法 3.3.1 Buck变换器 3.3.2 Boost变换器 3.3.3 Buck-Boost 变换器 3.4 恒频CCM工作模式 3.4.1 同步Buck变换器 3.4.2 Buck、Boost和Buck-Boost变换器的动态描述 3.4.2.1 二极管开关Buck变换器（见图3.6a） 3.4.2.2 二极管开关Boost变换器（见图3.8a） 3.4.2.3 同步开关Boost变换器（见图3.8b） 3.4.2.4 二极管开关Buck-Boost变换器（见图3.10a） 3.4.2.5 同步开关Buck-Boost变换器（见图3.10b） 3.4.3 稳态和小信号等效电路 3.5 恒频DCM工作模式 3.5.1 Buck变换器 3.5.2 Boost和Buck-Boost变换器的动态模型 3.5.2.1 Boost变换器（见图3.8a） 3.5.2.2 Buck-Boost变换器（见图3.10a） 3.6 动态特性 3.6.1 Buck变换器 3.6.1.1 控制-输出传递函数 3.6.1.2 输出阻抗 3.6.1.3 输入-输出传递函数 3.6.1.4 输入导纳 3.6.1.5 理想输入导纳 3.6.1.6 短路输入导纳 3.6.2 Boost变换器 3.6.2.1 控制-输出传递函数 3.6.2.2 输出阻抗 3.6.2.3 输入-输出传递函数 3.6.2.4 输入导纳 3.6.2.5 理想输入导纳 3.6.2.6 短路输入导纳第4章峰值电流控制的平均和小信号模型 4.1 引言 4.2 峰值电流控制原理 4.3 CCM模型 4.3.1 Buck、 Boost和 Buck-Boost 变换器占空比约束关系 4.3.1.1 Buck 变换器 4.3.1.2 Boost变换器 4.3.1.3 Buck-Boost变换器 4.3.1.4 CCM基本传递函数 4.3.2 基本变换器的特殊传递函数 4.3.2.1 Buck变换器 4.3.2.2 Boost变换器 4.3.2.3 Buck-Boost 变换器 4.3.3 CCM模式界限的起因与影响 4.4 DCM模型 4.4.1 基本变换器的占空比约束关系 4.4.1.1 Buck 变换器 4.4.1.2 Boost 变换器 4.4.1.3 Buck-Boost 变换器 4.4.2 PCMC变换器的小信号状态空间模型 4.4.3 DCM模式界限的起因与影响 4.5 动态特性 4.5.1 Buck变换器 4.5.1.1 控制-输出传递函数 4.5.1.2 输出阻抗 4.5.1.3 输入-输出传递函数 4.5.1.4 输入导纳 4.5.1.5 理想输入导纳 4.5.1.6 短路输入导纳 4.5.2 Boost 变换器 4.5.2.1 控制-输出传递函数 4.5.2.2 输出阻抗 4.5.2.3 输入-输出传递函数 4.5.2.4 输入导纳 4.5.2.5 理想输入导纳 4.5.2.6 短路输入导纳第5章平均电流模式控制的平均和小信号模型 5.1 引言 5.2 ACM控制原理 5.3 全纹波电流反馈建模 5.4 ACM控制动态特性综述 5.4.1 控制-输出传递函数 5.4.2 输出阻抗 5.4.3 输入-输出传递函数 5.4.4 输入导纳 5.5 电流环高频极点的影响第6章自激振荡控制的平均小信号模型 6.1 引言 6.2 自激振荡建模 6.2.1 平均直接导通时间模型 6.2.2 直接导通时间控制的小信号模型 6.2.3 PCM控制的小信号模型 6.3 动态特性 6.3.1 Buck变换器 6.3.1.1 控制-输出传递函数 6.3.1.2 输出阻抗 6.3.1.3 输入-输出传递函数 6.3.1.4 输入导纳 6.3.2 反激变换器 6.3.2.1 控制-输出传递函数 6.3.2.2 输出阻抗 6.3.2.3 输入-输出传递函数 6.3.2.4 输入导纳 6.3.2.5 理想导纳和短路导纳第7章电流输出变换器的动态建模和分析 7.1 引言 7.2 电流输出型变换器的动态模型 7.2.1 改进的状态空间平均法 7.2.2 通用动态模型 7.3 负载与电源的相互作用 7.4 级联电压-电流环 7.5 动态特性第8章互联系统 8.1 引言 8.2 互联理论 8.2.1 负载和电源的相互影响 8.2.2 内部稳定性和输入-输出稳定性 8.2.3 输出电压远端检测技术 8.2.4 输入EMI滤波器 8.3 减小交互影响的方法 8.3.1 输入电压前馈 8.3.2 输出电流前馈 8.4 动态特性实验 8.4.1 负载和电源间的相互影响 8.4.2 远端检测 8.4.3 系统稳态性第9章控制设计问题 9.1 引言 9.2 反馈回路设计限制 9.2.1 相位和增益裕量 9.2.2 右半平面零点和极点 9.2.3 最大和最小环路交越频率 9.2.4 运算放大器的内部增益 9.3 控制器实现 9.4 光耦隔离 9.5 基于稳压器的控制系统 9.5.1 动态模型 9.5.2 双环控制系统 9.6 简单控制设计方法 9.6.1 控制设计实例：VMC Buck变换器 9.6.2 控制设计实例：PCMC Buck变换器 9.6.3 控制设计实例：VMC Boost变换器 9.6.4 控制设计实例：PCMC Boost变换器 9.7 结论第10章四阶变换器-Superbuck 10.1 引言 10.2 基本动态特性 10.2.1 平均模型 10.2.1.1 平均状态空间 10.2.1.2 稳态工作点 10.2.1.3 临界导电模式 10.2.2 小信号模型 10.2.2.1 小信号状态空间 10.2.2.2 传递函数 10.2.3 右半平面极点 10.2.4 设计考虑 10.3 耦合电感Superbuck 10.3.1 小信号模型 10.3.2 右半平面极点 10.3.3 减小输入电流纹波 10.3.4 设计考虑 10.4 PCM控制Superbuck 10.4.1 小信号模型 10.4.2 设计考虑 10.4.2.1 电感电流反馈补偿 10.4.2.2 避免右半平面极点的方法 10.5 耦合电感PCM控制Superbuck 10.5.1 小信号模型 10.5.2 设计考虑 10.6 动态特性分析 293 10.6.1 Superbuck Ⅰ：15～20V/10V/2.5A 10.6.2 Superbuck Ⅱ：6～9V/3.4V/12A 10.7 小结
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读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

我之前一直对开关变换器的工作原理感到好奇，尤其是在实际应用中，当负载发生突然变化时，输出电压或电流是如何快速稳定下来的。这本书《开关变换器动态特性》的书名非常吸引我，我期待能够通过这本书深入理解这些动态过程。书的内容确实从理论层面进行了非常详尽的讲解，例如对各种拓扑结构（Buck, Boost, Buck-Boost等）的数学模型分析，以及它们在不同工作模式下的动态行为。书中关于状态空间平均法在分析开关变换器动态特性方面的应用，提供了非常系统的方法。我一直在寻找能够帮助我理解如何在实际电路中提升瞬态响应速度的技巧，比如如何通过优化PWM信号的生成，或者如何选择合适的输出滤波元件来减小瞬态跌落。这本书中确实提到了这些概念，并给出了理论推导，但我更希望能看到一些具体的工程实践经验，例如在不同应用场景下，如何根据实际的器件参数和PCB布局来预测和改善动态响应。书中对环路稳定性的分析非常深入，但如何根据实际的系统参数来设计出最优的补偿网络，这方面的内容如果能提供更多实践性的例子和图表，将会非常有帮助。我对书中关于如何处理电感饱和和开关损耗对动态性能影响的讨论很感兴趣，但如何通过实际的电路设计来最小化这些影响，这方面的具体指导略显不足。这本书更像是一本供理论研究者深入钻研的教材，它为理解动态特性提供了坚实的理论框架，但对于需要快速上手解决实际工程问题的读者来说，可能需要结合更多工程实操类的书籍。

评分☆☆☆☆☆

翻开《开关变换器动态特性》这本书，我原本是满心期待着能够一窥开关电源在快速变化负载下的“脉搏”。我一直对各种高频开关器件的动态响应非常着迷，特别是当它们面对瞬时大电流或电压波动时，那种微妙而复杂的行为总是让我着迷。然而，这本书的内容似乎把我带入了一个更为抽象的数学世界。书中对“动态特性”的阐述，更多地聚焦于理论模型和分析方法，例如对各种极点和零点的计算，以及不同控制策略对系统稳定性的影响。我期待能看到更多关于不同开关管（MOSFET、IGBT等）在开关瞬间的栅极/基极驱动特性、体二极管的恢复过程，以及这些因素如何影响整体的动态性能。此外，我还在书中寻找关于实际PCB布局对动态性能影响的详细说明，例如如何合理布置寄生电感和电容，以及如何进行有效的接地和屏蔽。书中确实提到了诸如瞬态响应和纹波控制等重要指标，但具体的计算公式和分析过程，对于一些非专业背景的读者来说，可能需要花费相当大的精力去理解。我觉得，如果书中能增加一些对比实验的案例，例如同一电路结构在不同元件选择下的动态响应差异，或者一些实际测量到的波形图，并对其进行深入的解读，那就更能体现“动态特性”的实际意义了。我对书中关于自适应控制的讨论很感兴趣，但如何将其应用于实际的恒流源或恒压源设计中，以及在不同工作条件下其动态性能的提升程度，这些方面的内容如果能更详尽一些，对我来说会更有价值。

评分☆☆☆☆☆

《开关变换器动态特性》这本书的封面设计简洁有力，书名直击我关注的核心——动态特性。我一直对如何让开关变换器在负载变化时保持稳定输出感到好奇，也遇到过不少实际设计中的难题，比如输出纹波难以抑制，或者在重载启动时出现震荡。因此，我抱着学习如何更精准地控制和预测这些动态行为的目的去阅读。然而，书中大量的篇幅被用于构建和求解复杂的数学模型，这对于理解开关变换器内部能量转换过程的物理机制来说，无疑是至关重要的。例如，书中对于小信号模型和频率响应的详细推导，为分析环路稳定提供了严谨的理论依据。但我同时也在寻找一些更具体、更直观的设计指导。比如，我希望能看到关于如何选择合适的补偿元件（如RC网络）来优化环路响应的图示化指南，或者针对不同负载类型的典型动态性能分析和改进方案。书中对一些先进的控制技术，如滑模控制和模糊控制在开关变换器中的应用进行了介绍，这些理论上的探讨极具前瞻性，但对于我这种希望在日常设计中快速解决问题的工程师来说，如何将这些理论转化为实际可行的电路参数和设计步骤，这一点在书中略显不足。此外，书中关于如何有效处理瞬态过载和欠载的策略，虽然有所提及，但具体的电路实现方式和性能指标的量化分析，如果能更深入地展开，会更有指导意义。总的来说，这是一本严谨的学术著作，为深入研究开关变换器动态特性提供了坚实的理论基础，但对于我这种更侧重于解决实际工程问题的读者而言，我可能还需要结合其他的参考资料来弥补实践层面的不足。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名《开关变换器动态特性》本身就勾起了我极大的兴趣，因为我一直在研究电源设计领域，而开关变换器无疑是现代电子设备中不可或缺的核心。然而，当我拿到这本书时，我发现它似乎更侧重于理论层面的深入探讨，而非我所期待的那些更加贴近实际应用的设计技巧和案例分析。比如，在解释诸如瞬态响应、环路稳定性等概念时，书中使用了大量复杂的数学模型和微分方程，虽然这对于理论研究者来说是宝贵的财富，但对于我这样的实践者而言，在第一时间理解和应用上稍显吃力。我原本希望这本书能提供更多关于如何根据具体负载需求，选择合适的拓扑结构，或者在PCB布局时如何有效抑制EMI的实用建议，但书中对此的论述相对较少。当然，这并不意味着这本书没有价值，它无疑为那些想深入理解开关变换器工作原理的读者提供了坚实的基础，也为研究新的拓扑结构和控制算法的研究者提供了丰富的理论支撑。只是，如果书中能适当增加一些与实际设计相关的图示、仿真结果分析，甚至是一些工程上的权衡和取舍的讨论，我想它的适用范围和吸引力会更广。我对书中关于新型软开关技术的介绍印象深刻，但如何在实际电路中实现这些技术，以及它们在成本和效率上的实际表现，这方面的内容则显得略微不足。总而言之，这是一本内容扎实、理论深厚的书籍，但对于我而言，它更像是一本深入的学术专著，而非一本指导我解决实际工程问题的操作手册。

评分☆☆☆☆☆

《开关变换器动态特性》这本书名恰好点中了我的“痛点”。我是一名电子工程师，在日常工作中经常需要设计各种开关电源，也深知动态特性对电源性能的重要性。我尤其关心在负载突然变化时，电源的输出能否快速稳定，以及在此过程中产生的瞬态过冲和跌落能否控制在可接受的范围内。这本书的内容的确提供了许多关于动态特性分析的理论工具，比如对小信号模型、频率响应分析以及瞬态响应分析的深入探讨。书中对不同控制方式（电压模控制、电流模控制）在动态性能方面的优劣对比，也让我受益匪浅。然而，我期望书中能提供更多关于如何根据实际应用需求，如快速响应、低纹波、高效率等，来选择合适的控制策略和补偿方式的指导。我还在寻找一些关于如何通过优化PCB布局、选择合适的功率器件和滤波元件来改善动态特性的具体建议。书中提到了一些关于瞬态响应的计算方法，但如何将这些理论计算转化为实际的设计参数，并进行有效验证，这方面的实践指导略显不足。我对书中关于如何抑制开关噪声和EMI对动态性能影响的讨论很感兴趣，但如何通过具体的电路设计和布局技巧来解决这些问题，这方面的内容如果能更详尽一些，对我来说会更有价值。总而言之，这是一本非常理论化的著作，它为深入理解开关变换器动态特性的内在机理提供了坚实的基础，但对于我这种更侧重于解决实际工程设计挑战的工程师来说，我可能还需要结合其他更偏向实践经验的书籍来进一步提升我的设计能力。

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