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出版者:Thomson Learning

作者:Bergwall Productions Inc.

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:10169.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780806400297

丛书系列:

图书标签:

• Power Supplies
• Switching Power Supplies
• Power Electronics
• DC-DC Converters
• AC-DC Power Supplies
• Power Supply Design
• Electronic Components
• Electrical Engineering
• Renewable Energy
• SMPS

《电力电子系统设计与应用：从基础理论到实践挑战》 导言：驾驭现代电能的基石 在当今高度依赖电力驱动的时代，从消费电子产品到工业自动化，高效、可靠的电源供应已成为一切功能正常运行的先决条件。本书并非聚焦于某一套特定的电源模块或教材内容，而是旨在构建一座连接电力电子学理论深度与工程实践广度的桥梁。我们深入探讨现代电源系统设计的核心原理、关键组件的选择与优化，以及面对日益严苛的能效和可靠性要求的创新方法。 第一部分：电力电子学的基石——从理论到拓扑 本部分为构建稳健电源系统奠定坚实的理论基础。我们从半导体器件的物理特性入手，详述MOSFET、IGBT、SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）等功率器件在开关过程中的行为、损耗机制及热管理挑战。理解这些核心开关元件的极限，是设计高性能转换器的前提。 紧接着，我们将全面剖析主流的DC-DC转换器拓扑结构。这不仅包括传统的非隔离型拓扑（如Buck, Boost, Buck-Boost），更侧重于高效率、高功率密度的隔离型拓扑的精妙之处。例如，LLC谐振转换器因其在软开关（ZVS/ZCS）方面的卓越性能，成为高压输入应用的首选；而更先进的移相全桥（PSFB）和双有源桥（DAB）拓扑，则在实现双向功率流动和高频运行方面展现出巨大潜力。我们将深入分析每种拓扑的传递函数、工作模式（CCM/DCM）、纹波特性以及对元件的应力分析。 第二部分：系统级优化与关键组件的精选 电源系统的性能不仅仅取决于拓扑结构，更依赖于对无源和有源元件的精准选择和优化。本章将引导读者超越数据手册的简单参考，进入元件性能的深层比较。 磁性元件设计（电感与变压器）： 磁性元件通常是影响电源体积、效率和电磁兼容性（EMC）的关键瓶颈。我们详细阐述了磁芯材料的选择标准——从铁氧体（Ferrite）到非晶合金（Amorphous），并讨论了如何根据工作频率、饱和磁通密度和磁芯损耗模型来优化设计。特别关注高频下的趋肤效应和邻近效应，以及如何通过多股线绕组（Litz wire）或箔绕（Foil winding）技术来最小化交流损耗。变压器的漏感控制和绝缘设计，在隔离型电源中占据核心地位，本书提供了实用的设计指南以平衡寄生参数与所需隔离强度。 电容器的选择与寿命： 电容器在输入滤波、输出储能和缓冲环节中扮演着关键角色。我们将对比电解电容（铝和聚合物）、薄膜电容和MLCC（多层陶瓷电容）的优缺点，重点分析ESR/ESL随频率的变化趋势、容值随温度和电压的变化特性，以及高频脉冲电流下的可靠性寿命预测。不恰当的电容选择是导致系统早期失效的常见原因。 控制回路的艺术： 现代电源必须具备快速的动态响应和精确的稳态控制。本部分深入剖析了电压模式和电流模式控制的内在区别与适用场景。我们着重讲解了如何应用环路补偿技术，如Type II和Type III补偿器，来确保反馈回路的稳定性和裕度。此外，针对数字控制，我们将探讨PID参数的自整定方法、如何利用状态空间模型进行更精确的预测控制，以及如何应对快速负载瞬态下的过冲和下冲问题。 第三部分：面向未来的挑战——高密度、高可靠性与智能化 随着电子设备集成度的不断提高，电源系统正面临前所未有的挑战：更高的功率密度、更苛刻的热环境以及对能源利用效率的极致追求。 热管理与散热策略： 功率密度的提升使得热设计成为决定系统寿命的关键因素。本书探讨了多种散热技术，包括传统的传导散热（热沉、导热界面材料TIM）、强制对流散热，以及先进的局部冷却技术，如微通道散热器和相变材料（PCM）。我们强调了热阻的量化分析，以及如何通过优化PCB布局和器件封装来最小化热路径阻抗。 电磁兼容性（EMC）设计： 快速开关的功率元件是主要的噪声源。本章系统性地分析了传导和辐射干扰的产生机理。设计策略涵盖了从源头抑制（优化的PCB布局、去耦电容的层次化设计）、路径控制（屏蔽与滤波）到终端吸收的完整流程。特别关注了共模（CM）和差模（DM）噪声的抑制，以及如何高效地设计共模扼流圈。 宽禁带半导体（WBG）的应用与机遇： SiC和GaN器件的引入彻底改变了功率转换的设计范式。我们分析了它们在实现更高开关频率、更低开关损耗方面的优势，同时也探讨了由此带来的新挑战，例如对栅极驱动电路的超快响应要求、更敏感的布局寄生效应，以及在更高开关dv/dt下对绝缘和EMC的严峻考验。 双向与先进电源架构： 能源互联网和储能系统的兴起，催生了对高效双向转换器的需求。本书详细阐述了如何将DC-DC拓扑扩展到支持双向功率流动的配置，如应用于电动汽车充电和电网并联系统。此外，还探讨了分布式电源架构（如中总线架构）的优势，以及如何通过模块化设计实现更高的系统可靠性和可维护性。 结论： 本书是为那些致力于深入理解电力电子系统设计、寻求突破现有技术瓶颈的工程师、研究人员和高级技术学生而准备的。它提供了一个全面的框架，用于分析、设计和验证下一代高性能、高可靠性的电源解决方案。通过对理论的严谨论证和对工程实践的细致剖析，读者将能够自信地应对复杂的功率转换挑战。

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