电力电子器件原理与设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防工业出版社

作者:杨晶琦

出品人:

页数:280

译者:

出版时间:1999-6-1

价格:24.0

装帧:精装(无盘)

isbn号码:9787118021585

丛书系列:

图书标签:

• 电力电子
• 电力电子器件
• 电路设计
• 半导体
• 开关电源
• 逆变器
• 整流器
• 功率电子
• 电子工程
• 应用电路

《电能转换的艺术：现代电源设计精要》 本书深入探讨了驱动现代电子设备和能源系统的核心技术——电能转换的奥秘。从基础理论到前沿设计，我们将为您揭示如何高效、可靠地将一种电能形式转化为另一种，满足日益增长的能源需求和不断变化的科技发展。 第一部分：电能转换的基础与核心组件 电能转换概述： 我们将从宏观角度审视电能转换的必要性与普遍性，剖析其在工业、通信、交通、医疗以及日常生活等各个领域扮演的关键角色。从简单的直流到直流（DC-DC）的电压调整，到复杂的交流到直流（AC-DC）整流，再到直流到交流（DC-AC）的逆变，电能转换技术的进步直接推动了能源利用效率和电子产品性能的飞跃。 电力电子器件的家族： 在这一部分，我们将详细介绍构成现代电能转换系统的基石——电力电子器件。 二极管家族： 从基础的整流二极管，到快速响应的肖特基二极管，再到耐高压的快恢复二极管，我们将深入解析它们的pn结结构、导通与关断机制，以及在不同应用场景下的选型考量。 晶闸管（SCR）及其衍生： 了解晶闸管作为最早的电力电子开关器件，是如何通过触发信号控制大功率电流的。同时，我们也将介绍其改进型，如逆向阻断晶闸管（GTO）、可关断晶闸管（CSVT）等，以及它们在高压大功率领域不可替代的地位。 双极型晶体管（BJT）与绝缘栅双极型晶体管（IGBT）： BJT作为电流控制的电压驱动型器件，在早期电源设计中扮演了重要角色。随后，IGBT将BJT的易于驱动和MOSFET的高输入阻抗特性结合起来，成为中高功率应用的主力军。我们将详细讲解它们的结构、工作原理、开关特性以及热管理。 金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）： MOSFET以其电压驱动、低导通损耗和快速开关速度成为现代开关电源的核心。本书将详细介绍N沟道与P沟道MOSFET、体二极管效应、栅极驱动电路的设计要点，以及SiC和GaN等宽禁带半导体材料在MOSFET领域的应用前景。 磁性元件的运用： 任何高效的电能转换都离不开磁性元件，它们在能量的存储与传递中发挥着至关重要的作用。 电感器： 从基本的储能电感，到滤波器中的滤波电感，我们将解析其工作原理、选材（如铁氧体、铁硅铝等磁芯材料）以及参数选择。 变压器： 变压器是实现电压变换、隔离和阻抗匹配的关键。我们将深入研究隔离变压器、高频变压器的设计原则，包括匝数比、漏感、绕组损耗以及磁芯选择。 电容器的作用： 电容器用于滤波、储能和补偿无功功率。我们将讨论不同类型的电容器（如电解电容器、陶瓷电容器、薄膜电容器）的特性、等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）对电路性能的影响。 第二部分：经典电能转换拓扑与设计方法 DC-DC转换器： 降压（Buck）转换器： 详细讲解Buck转换器的基本工作原理、占空比控制、电流纹波与电压纹波的计算，以及如何优化效率。 升压（Boost）转换器： 剖析Boost转换器实现电压升高的机制，重点关注其在电池充电、LED驱动等领域的应用。 升降压（Buck-Boost）转换器： 介绍Buck-Boost转换器同时实现升压和降压的能力，以及其在宽输入电压范围的应用。 Cuk、SEPIC、Zeta转换器： 探索这些具有连续输入和输出电流特性的先进DC-DC拓扑，分析它们的优缺点和设计要点。 多相转换器与同步整流： 介绍如何通过多相技术提高功率密度和降低纹波，以及同步整流技术如何大幅降低导通损耗，提升效率。 AC-DC转换器： 无源整流器（半波、全波、桥式）： 回顾传统无源整流电路的工作原理，以及它们在低成本应用中的地位。 有源功率因数校正（PFC）： 重点讲解PFC技术的重要性，以及升压PFC、升降压PFC等主流拓扑的设计与控制。理解如何实现高功率因数和低谐波注入，满足法规要求。 开关型整流器： 介绍全控开关器件在AC-DC转换中的应用，以及其带来的高效率和灵活控制。 DC-AC转换器（逆变器）： 单相逆变器： 讲解单相逆变器的基本原理，包括方波逆变、脉宽调制（PWM）逆变。 三相逆变器： 深入分析三相逆变器的结构与控制，重点介绍空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术，其在电机驱动、并网逆变器等领域的广泛应用。 多电平逆变器： 介绍NPC（中点箝位）、CMC（级联多电平）等新型逆变器拓扑，以及它们在高压大功率应用中降低开关损耗和改善输出波形的关键作用。 第三部分：现代电源设计的关键考量与前沿技术 控制策略与反馈环路设计： 探讨电压模式控制、电流模式控制（峰值电流控制、平均电流控制）的优缺点。详细介绍PID控制器、补偿网络的设计，以及如何保证系统的稳定性和动态响应。 散热设计与热管理： 强调散热在电力电子系统可靠运行中的重要性。介绍自然对流、强制风冷、液冷等散热方式，以及PCB布局、导热界面材料的选择。 电磁兼容性（EMC）设计： 阐述EMC对电力电子设备性能和环境的影响。介绍滤波技术、屏蔽技术、接地技术以及PCB布局对EMC的影响，讲解如何通过设计减少传导和辐射干扰。 效率优化与损耗分析： 深入剖析导通损耗、开关损耗、磁芯损耗、铜损等各项损耗的来源，并提供针对性的优化策略。 宽禁带半导体器件（SiC, GaN）的应用： 展望SiC和GaN等新材料在提升开关频率、降低损耗、减小体积方面的巨大潜力，以及它们在新能源汽车、服务器电源、5G通信等领域的革命性影响。 数字化与智能化电源： 探讨数字控制技术、嵌入式系统在电源设计中的应用，以及如何实现更精细的控制、故障诊断和智能监控。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的电能转换技术知识体系，无论是初学者还是有经验的工程师，都能从中获得启发，掌握现代电源设计的核心理念和实践技巧，共同推动电能转换技术的进步。

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读完这本书后，我最大的感受是，它成功地搭建起了一座连接“理论”与“应用”的坚实桥梁。许多教材在介绍完理想化的模型后就戛然而止，留给读者的是一头雾水的实际应用困境。然而，这本书的独特之处在于，它非常坦诚地探讨了实际器件的非理想特性，比如开关损耗、热管理挑战，以及参数随温度变化带来的影响。作者并没有回避这些“麻烦事”，反而用相当的篇幅，结合真实的工程案例，展示了如何在使用这些器件时进行优化和权衡。这种注重实战的叙事方式，让书中的知识点立刻鲜活了起来，不再是冰冷的公式，而是可以被工程人员拿来解决实际问题的“武器”。它教会我的，不只是“是什么”，更是“怎么办”和“为什么不这样做”。

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这本书的深度和广度令人叹为观止，它没有被单一的研究领域所局限，而是展现了一种宏观的系统视野。从基础半导体物理到先进的拓扑结构设计，作者的知识体系显得极其完备。我惊喜地发现，书中不仅涵盖了传统的高频开关管，还详细剖析了诸如SiC和GaN等新一代功率器件的底层优势及其在特定场景下的应用潜力。这种前瞻性的内容布局，使得这本书的生命周期大大延长，它不会因为技术的快速迭代而迅速过时。更难得的是，作者在介绍这些尖端技术时，依然保持了清晰的逻辑脉络，确保了读者在吸收最新信息的同时，不会迷失在技术细节的海洋中。阅读它，就像是进行了一次从微观粒子到宏观系统层面的全景扫描。

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这本书的行文风格真是让人耳目一新，它不像我读过的其他技术类书籍那样枯燥乏味，反而充满了作者深厚的功底和对这门学科的热爱。尤其是对那些复杂的电力电子概念的阐述，简直是化繁为简的典范。作者没有停留在理论的表面，而是深入挖掘了背后的物理机制，让人读起来感觉像是进行了一次深入的思维漫游。我特别欣赏作者在讲解器件特性时所采用的类比手法，那些生动的比喻一下子就抓住了问题的核心，即便是初学者也能迅速建立起直观的理解。书中对各种新型电力电子器件的介绍，也紧跟行业前沿，这对于我们这些需要不断更新知识库的工程师来说，价值无可估量。它不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的前辈在手把手地教你如何思考和解决实际工程问题。我甚至在读完某几个章节后，立刻就想回到实验室去验证书中的设计思路，这种激发实践热情的阅读体验，在同类书籍中实属罕见。

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这本书的写作风格非常具有个人魅力，它不像那种刻板的学术著作，更像是一位资深专家在与同行进行一场高质量的学术对话。作者的笔触时而幽默，时而严谨，通过这种张弛有度的节奏，成功地抓住了读者的注意力，使得那些本该晦涩难懂的内容也变得引人入胜。我尤其喜欢书中那些穿插其中的历史回顾和技术演进的片段，它们不仅充实了知识背景，也让读者能够理解当前技术地位的来之不易，从而对现有设计方案有更深的敬畏之心。这种带有温度和故事性的叙述，极大地降低了专业阅读的门槛，让学习过程不再是单向的知识灌输，而是一种充满启发和交流的体验。可以说，这本书是作者多年经验与智慧结晶的集中体现。

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这本书的排版和插图质量简直是业界标杆，每一张电路图和波形图都绘制得极其清晰、规范，配色和标注都经过了深思熟虑，完全避免了传统教材中那种模糊不清、让人费解的视觉干扰。我常常发现自己因为一张图的清晰度不够而不得不反复阅读文字解释，但在这本书里，图文的结合达到了近乎完美的协同作用。作者显然在书籍制作的细节上投入了巨大的心血，这一点从书签、索引的编排上也能看出端倪——查找特定公式或参数变得异常便捷，大大提高了阅读和参考的效率。对于需要频繁查阅参数和工作原理的研发人员来说，这种对用户体验的尊重是极其宝贵的。它不仅仅是知识的载体，更是一件设计精良的工具，体现了作者对严谨治学的态度和对读者阅读体验的深切关怀。

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