開關(guān)電源工程化設(shè)計與實戰(zhàn) 從樣機到量產(chǎn)
定 價：135 元
叢書名：電源工程師研發(fā)筆記
- 作者：文天祥 符致華
- 出版時間：2019/5/1
- ISBN：9787111622635
- 出 版 社：機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TN86
- 頁碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開本：16開
《開關(guān)電源工程化設(shè)計與實戰(zhàn)（從樣機到量產(chǎn) 彩色印刷）》針對中小功率范圍的開關(guān)電源，對熱門的LED驅(qū)動電源、適配器電源中主流拓撲進行了分析及實際設(shè)計，逐步給出了完整的工程化產(chǎn)品研發(fā)過程。并從項目管理角度對電源類產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的整個產(chǎn)品生命周期給出了一般性指導方法，以期給讀者提供滿足實際設(shè)計調(diào)試的經(jīng)驗補充。作為一本實踐為導向的書籍，《開關(guān)電源工程化設(shè)計與實戰(zhàn)（從樣機到量產(chǎn) 彩色印刷）》作者對當前電源的能效標準、安全標準、性能要求做了深刻解讀，給讀者提供了開關(guān)電源產(chǎn)品全流程的設(shè)計指導，同時給出了電源設(shè)計過程中的一些小技巧。
《開關(guān)電源工程化設(shè)計與實戰(zhàn)（從樣機到量產(chǎn) 彩色印刷）》是一本真正意義上從工程實踐出發(fā)的書籍，通過實例計算、仿真分析和樣機驗證等方法，架起了一座開關(guān)電源研發(fā)從樣機到量產(chǎn)的橋梁，是一本不可多得的設(shè)計類參考書籍
序言
當今消費性電子產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快，對供電電源的要求也越來越高，特別是高效、節(jié)能、高頻、小體積化已成為各電源生產(chǎn)廠商追求的目標。國內(nèi)從事電源研發(fā)設(shè)計的工程技術(shù)人員基數(shù)眾多，縱觀市面上的關(guān)于開關(guān)電源設(shè)計的書籍，公式繁多且側(cè)重于理論，一定程度上脫離了現(xiàn)行工程技術(shù)，讓初入門的電源研發(fā)人員感到十分困惑，而國外的經(jīng)典書籍，全英語的內(nèi)容，阻擋了一部分工程師的學習之路，因為翻譯版本難免理解起來會容易產(chǎn)生偏差，對于工程師的指導意義有限。所以，《開關(guān)電源工程化設(shè)計與實戰(zhàn)（從樣機到量產(chǎn) 彩色印刷）》的寫作是基于作者十多年的一線電源研發(fā)設(shè)計經(jīng)驗，親手實測數(shù)據(jù)及波形，總結(jié)實際量產(chǎn)產(chǎn)品中出現(xiàn)過的問題，并提煉出工程化技巧。目的是希望通過本書，能設(shè)計出符合安規(guī)認證，可靠性高，適合批量生產(chǎn)的電源。毫不夸張地說，這是當今市面上少有的關(guān)于開關(guān)電源工程化設(shè)計的書籍�！堕_關(guān)電源工程化設(shè)計與實戰(zhàn)（從樣機到量產(chǎn) 彩色印刷）》針對中小功率范圍，對開關(guān)電源領(lǐng)域最為熱門的LED 驅(qū)動電源和適配器電源中主流拓撲進行了分析及實際設(shè)計，并給出了完整的工程化產(chǎn)品研發(fā)過程。最后本書將一些電源設(shè)計中的小技巧單獨列出進行總結(jié)分析，并從項目管理角度對電源類產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的整個產(chǎn)品生命周期給出了一般性指導方法，以期給讀者提供滿足實際設(shè)計調(diào)試的經(jīng)驗補充。歷史總站在巨人的肩膀上前行，《開關(guān)電源工程化設(shè)計與實戰(zhàn)（從樣機到量產(chǎn) 彩色印刷）》的寫作也一樣，在寫作的過程中筆者通過翻閱海量行業(yè)技術(shù)資料，以及大量全球主流電源相關(guān)標準條款文檔，對當前電源的能效標準、安全標準、性能要求做了深刻解讀。通過對全球優(yōu)秀的技術(shù)資料進行引證和解析，同時融入筆者多年實踐經(jīng)驗的理解，希望給廣大讀者提供有價值的參考。由于篇幅所限，本書無法列出所有參考文獻，如有需求，請聯(lián)系筆者。書中全部電路原理圖使用軟件Altium Designer 繪制，仿真使用的軟件為LTspice。知識浩瀚，苦修數(shù)載，幾易其稿終成本書�！堕_關(guān)電源工程化設(shè)計與實戰(zhàn)（從樣機到量產(chǎn) 彩色印刷）》成稿過程得到多方的支持，好友東莞貝特電子楊培增提供了相關(guān)樣品進行測試和分析，臺達電子徐朋提供部分測試結(jié)果，同時特別感謝機械工業(yè)出版社電工電子分社的編輯江婧婧，是她統(tǒng)籌協(xié)調(diào)整個出版進度，并認真進行了校對編排，沒有她的幫助，難以完成此書的出版工作。同時對電源領(lǐng)域的前輩，以及各大廠家技術(shù)資料的開源奉獻一并致謝。最后，特別感謝愛妻王牡丹女士十多年來的支持、包容和幫助，寫作期間適逢小兒的出生，各種辛勞難于言表，沒有她在背后的默默奉獻，撰寫此書的夢想只能束之高閣，兒子的天真可愛也是我努力前行的動力，從他咿呀學語到蹣跚走路再到如今的健步如飛，他的每一步成長既讓我感到生命的奇妙，也讓我更迫切地希望自己努力學習成為一個越來越好的父親，希望他將來能看到這本書，并為父親感到驕傲！本書適合剛進入電源設(shè)計行業(yè)，以及長期工作在電源設(shè)計行業(yè)的一線工程技術(shù)人員使用參考。同樣也適合各大院校電力電子、電子信息工程、自動化等專業(yè)的師生作為指導教材或是實驗課程教材。因筆者水平有限，所接觸的也僅是電源知識的極小一部分，我們努力為讀者提供完整、嚴謹、易懂的知識體系，但無法避免存在瑕疵，請讀者不吝給出意見和建議，郵箱地址eric.wen.tx@gmail.com，謝謝！文天祥 2019 年4 月
文天祥，中國電源學會照明電源專業(yè)委員會委員，中國電源學會青年工作委員會委員，IEEE 會員。電力電子專業(yè)研究生畢業(yè)后，十年來一直從事電力電子研發(fā)設(shè)計工作，歷任研發(fā)工程師、工程師、研發(fā)經(jīng)理、平臺架構(gòu)師等，期間主導研發(fā)了多款行業(yè)及至全球領(lǐng)先的產(chǎn)品，銷售數(shù)量累計達千萬級，為所在公司帶來了巨大的經(jīng)濟效益。在技術(shù)積淀上，在開關(guān)電源拓撲、半導體元器件應(yīng)用、LED 照明電子及系統(tǒng)應(yīng)用、消費性電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計等方面有豐富的經(jīng)驗和獨到的見解，并在電源設(shè)計及應(yīng)用領(lǐng)域獲得多項國際專利。熟悉電子產(chǎn)品項目管理，以及消費性電子產(chǎn)品完整生命流程管控。作為電源學會委員，積極參與行業(yè)標準的制定和起草，并多次負責聯(lián)系國際知名電源專家來中國舉辦電源類培訓事宜，翻譯出版電源相關(guān)書籍多部，代表性著作如下：1. 譯著( 譯者) ：Robert A.Mammano 寫作的《Fundamentals of Power Supply Design》，中文版書名：《電源設(shè)計基礎(chǔ)》，2018 年10 月出版，遼寧科學技術(shù)出版社。2. 譯著( 譯者) ：Sanjaya Maniktala 寫作的《Intuitive Analog to Digital Control Loops in Switchers》，中文版書名：《開關(guān)變換器環(huán)路設(shè)計指南從模擬到數(shù)字控制》，2017 年5 月出版，機械工業(yè)出版社。3. 譯著( 譯者) ：Morgan Jones 寫作的《Building Valve Amplifier》（2nd edition），中文版書名：《電子管放大器搭建手冊》（第2 版）2016 年9 月出版，人民郵電出版社。符致華，IEEE 會員，電子專業(yè)本科畢業(yè)八年來一直從事開關(guān)電源研發(fā)設(shè)計工作，在開關(guān)電源拓撲、半導體元器件應(yīng)用及消費性電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計等方面有豐富的經(jīng)驗和獨到的見解。主要研發(fā)各類開關(guān)電源和LED 照明電子及應(yīng)用，曾任高級研發(fā)工程師、研發(fā)經(jīng)理等職位，負責產(chǎn)品從研發(fā)端到量產(chǎn)的整個流程，包括準確的元器件選型、系統(tǒng)失效異常分析和EMC 的評估，為公司節(jié)省的研發(fā)成本達幾千萬元。曾就職于松下電子、歐普照明研發(fā)中心等公司。
序作者簡介第1 章 單級功率因數(shù)校正（PFC）電路工程化設(shè)計…………… 11.1 功率因數(shù)（PF）的歷史淵源 …………………………………………… 11.1.1 有功功率、無功功率及其他概念 ……………………………… 51.1.2 相移因數(shù)和THD 的各自影響 …………………………………… 71.2 現(xiàn)行標準IEC 6100032 及其他 ……………………………………101.3 PF 與THD ………………………………………………………………121.4 信息技術(shù)類和LED 照明產(chǎn)品現(xiàn)行標準關(guān)于PF 的要求 ………………141.5 產(chǎn)品真地需要這么嚴格的PF 要求嗎 ……………………………………181.6 PF 與THD 優(yōu)化的工程化方法 …………………………………………201.6.1 填谷式PFC 電路 …………………………………………………211.6.2 電荷泵PFC 電路 …………………………………………………231.6.3 電荷泵填谷PFC 電路 ……………………………………………251.6.4 升壓有源功率因數(shù)校正（APFC）電路 …………………………251.6.5 單級反激式APFC 電路和雙級APFC 電路 ……………………271.7 單級PFC LED 驅(qū)動電源工程研發(fā)實例 …………………………………301.7.1 LED 驅(qū)動電源一般性能指標要求 ………………………………301.7.2 元器件工程化設(shè)計指南 …………………………………………301.7.3 Mathcad 理論計算 ………………………………………………651.7.4 實物驗證分析 ……………………………………………………681.8 頻閃以及去紋波方案 ……………………………………………………871.8.1 頻閃的背景 ………………………………………………………871.8.2 晶體管消除紋波方案 ……………………………………………901.8.3 MOSFET 消除紋波方案 …………………………………………931.8.4 ASIC 方案 …………………………………………………………931.9 主流芯片概覽 ……………………………………………………………94目 錄VI 開關(guān)電源工程化設(shè)計與實戰(zhàn)從樣機到量產(chǎn)1.10 參考文獻 ………………………………………………………………96第2 章 PFC 和反激準諧振（R）組合電源的工程化設(shè)計………… 972.1 準諧振的起源 ……………………………………………………………972.1.1 永恒的話題能效 ……………………………………………972.1.2 現(xiàn)行主流能效標準一覽 …………………………………………982.1.3 如何提升效率并滿足能效等級要求 ………………………… 1042.2 R 的工作原理深入解析 ……………………………………………… 1112.2.1 波形振蕩的定性和定量分析 ………………………………… 1112.2.2 定性以及定量分析兩個振蕩的頻率 ………………………… 1132.3 R 的工作原理和實現(xiàn)方式 …………………………………………… 1132.3.1 谷底的意義 …………………………………………………… 1132.3.2 第一個谷底 …………………………………………………… 1152.3.3 R 操作的優(yōu)點和缺點 ………………………………………… 1202.3.4 R 具體轉(zhuǎn)換過程中的4 個時序區(qū)間 ………………………… 1252.3.5 多個谷底，從滿載到輕載時頻率控制方式不同芯片的設(shè)計方式 ………………………………………………………………… 1312.3.6 RCC 與R 的關(guān)系 ……………………………………………… 1342.4 R 反激變換器中變壓器的工程化設(shè)計實例 ………………………… 1352.4.1 一次繞組和二次繞組的匝比 ………………………………… 1352.4.2 反射電壓的選擇 ……………………………………………… 1372.4.3 一次電流峰值計算 …………………………………………… 1382.4.4 一次側(cè)電感量計算 …………………………………………… 1392.4.5 一次、二次電流有效值計算 ………………………………… 1392.5 Boost APFC R 反激變換器拓撲的研發(fā)工程實例 ………………… 1402.5.1 本項目主要指標 ……………………………………………… 1422.5.2 器件參數(shù)計算和選型 ………………………………………… 1422.5.3 Mathcad 理論計算 …………………………………………… 1482.5.4 電壓環(huán)和電流環(huán)分析 ………………………………………… 1522.5.5 實測波形 ……………………………………………………… 1562.6 主流芯片概覽 ………………………………………………………… 1762.7 其他雙級式電源 ……………………………………………………… 1772.8 參考文獻 ……………………………………………………………… 178第3 章 LLC 諧振變換器工程化設(shè)計…………………………… 1793.1 LLC 的起源 …………………………………………………………… 179目 錄VII3.1.1 LLC 的起源和重新得到重視 ………………………………… 1793.1.2 零電壓開關(guān)（ZVS）和零電流開關(guān)（ZCS） ………………… 1793.1.3 基本諧振拓撲比較 …………………………………………… 1813.2 LLC 現(xiàn)有的分析方法及不足 ………………………………………… 1943.2.1 兩個諧振頻率的由來 ………………………………………… 1943.2.2 通俗易懂介紹FHA …………………………………………… 1953.2.3 現(xiàn)存各種各樣的LLC 設(shè)計參考資料 ………………………… 1973.2.4 FHA 的缺陷和誤差 …………………………………………… 2003.3 工作狀態(tài)的變化 ……………………………………………………… 2023.3.1 不同情況下的增益 …………………………………………… 2023.3.2 ZVS 實現(xiàn)的條件 ……………………………………………… 2053.3.3 上諧振或下諧振的選擇 ……………………………………… 2063.4 LLC 簡化設(shè)計步驟 …………………………………………………… 2073.5 LLC 的仿真定性分析 ………………………………………………… 2073.6 實物驗證 ……………………………………………………………… 2173.6.1 器件選型 ……………………………………………………… 2193.6.2 樣機實測波形 ………………………………………………… 2273.7 主流芯片概覽 ………………………………………………………… 2393.8 參考文獻 ……………………………………………………………… 241第4 章 電磁兼容（EMC）工程化設(shè)計………………………… 2434.1 基本概念 ……………………………………………………………… 2434.2 其他容易混淆的概念 ………………………………………………… 2464.2.1 IEC、CISPR、FCC、EN 之間的關(guān)系 ……………………… 2464.2.2 CE 與EMC …………………………………………………… 2484.2.3 FCC 與EMC …………………………………………………… 2494.2.4 UL …………………………………………………………… 2494.2.5 CCC、CC 與EMC …………………………………………… 2494.3 EMI（傳導和輻射）最新限值 ……………………………………… 2514.3.1 A 類和B 類 …………………………………………………… 2514.3.2 EN55032、EN55035 和RED ………………………………… 2524.3.3 FCC Part15 和 Part18 ………………………………………… 2564.4 EMI（CE RE）測試過程中遇到的問題 …………………………… 2574.4.1 測試場地、機構(gòu)資質(zhì)、人員的素質(zhì) ………………………… 2574.4.2 6dB 裕量的故事 ……………………………………………… 2584.4.3 EMI 測試過程的小技巧 ……………………………………… 260VIII 開關(guān)電源工程化設(shè)計與實戰(zhàn)從樣機到量產(chǎn)4.4.4 無線法和CDN 法的對比 ……………………………………… 2604.5 工程設(shè)計中EMC 的考慮 …………………………………………… 2634.5.1 EMI 與產(chǎn)品成本的關(guān)聯(lián)度 …………………………………… 2634.5.2 EMI 考慮總的原則 …………………………………………… 2654.5.3 地線的干擾以及PCB 走線的影響 …………………………… 2664.5.4 變壓器的屏蔽與工藝實現(xiàn) …………………………………… 2684.5.5 MOSFET 驅(qū)動電路的影響 …………………………………… 2694.5.6 MOSFET 寄生電容的影響 …………………………………… 2704.5.7 工作頻率的選擇 ……………………………………………… 2704.5.8 差模、共模干擾和抑制方法 ………………………………… 2714.5.9 隔離保護環(huán) …………………………………………………… 2734.5.10 數(shù)字電路中的電源和地 ……………………………………… 2734.6 具體實例分析 ………………………………………………………… 2744.6.1 器件及參數(shù)的影響 …………………………………………… 2744.6.2 系統(tǒng)接地與否的影響 ………………………………………… 2804.6.3 變壓器外屏蔽的影響 ………………………………………… 2834.6.4 EMI 測試L、N 線差異 ……………………………………… 2854.6.5 神奇的磁環(huán) …………………………………………………… 2854.6.6 調(diào)光及功率變化的影響 ……………………………………… 2884.6.7 一個完整的LED 球泡燈EMI 傳導整改過程 ……………… 2904.7 本章小結(jié) ……………………………………………………………… 2984.8 參考文獻 ……………………………………………………………… 298第5 章 電源設(shè)計小技巧和工程化經(jīng)驗方法…………………… 3005.1 啟動時間和效率以及VCC 供電技術(shù) ………………………………… 3005.1.1 待機功耗的降低 ……………………………………………… 3005.1.2 快速啟動設(shè)計 ………………………………………………… 3025.1.3 電荷泵輔助電源供電技術(shù) …………………………………… 3035.2 保護相關(guān)技巧 ………………………………………………………… 3095.2.1 LED 電源中的抗浪涌設(shè)計 …………………………………… 3095.2.2 電源軟啟動和抗飽和設(shè)計 …………………………………… 3115.3 電源性能相關(guān)技巧 …………………………………………………… 3115.3.1 LED 燈出現(xiàn)關(guān)機回閃或開機多次啟動 ……………………… 3115.3.2 電源低溫或高溫時的設(shè)計技巧 ……………………………… 3125.4 非隔離類輔助電源設(shè)計指南 ………………………………………… 3125.5 其他設(shè)計雜談 ………………………………………………………… 315目 錄IX5.5.1 電解紋波電流測試 …………………………………………… 3155.5.2 待機功耗測試具體要求 ……………………………………… 3175.5.3 元器件噪聲和振動處理 ……………………………………… 3175.5.4 反激多路輸出計算 …………………………………………… 3215.5.5 平面MOSFET 和超結(jié)MOSFET ……………………………… 3235.5.6 取代電解電容 ………………………………………………… 3265.5.7 磁心幾何形狀的影響 ………………………………………… 3285.5.8 電網(wǎng)對電源的影響 …………………………………………… 3295.5.9 輸入開機浪涌電流的意義 …………………………………… 3335.5.10 電感失效問題 ………………………………………………… 3375.5.11 測試報告的規(guī)范化 …………………………………………… 3385.5.12 LED 驅(qū)動電源和適配器電源測試項目異同 ………………… 3395.5.13 對標準的理解和批判 ………………………………………… 3405.5.14 開關(guān)電源PCB 設(shè)計實際經(jīng)驗 ……………………………… 3425.5.15 從研發(fā)到量產(chǎn)的過程 ………………………………………… 3455.5.16 專業(yè)英語的重要性 …………………………………………… 3505.6 參考文獻 ……………………………………………………………… 35
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