套装 电源工程师研发笔记系列 电力市场:理论与应用+电力零售的未来发展(全2册)机械工业出版社

商品名称：

电源工程师研发笔记系列 电力市场：理论与应用+电力零售的未来发展（全2册） （《开关电源工程化设计与实战——从样机到量产》 《开关电源可靠性设计与测试——安全·热管理·电磁兼容》 《开关电源工程化实用设计指南——从研发到智造》 ）

作 者：

文天祥 符致华 编著； 周志敏 纪爱华 编著； 文天祥 符致华

市 场 价：

31300元

ISBN 号：

9787111622635； 9787111654988； 9787111689287

出 版 社：

机械工业出版社

《开关电源工程化设计与实战——从样机到量产》

序

作者简介

第1 章 单级功率因数校正（PFC）电路工程化设计…………… 1

1.1 功率因数（PF）的历史渊源 …………………………………………… 1

1.1.1 有功功率、无功功率及其他概念 ……………………………… 5

1.1.2 相移因数和THD 的各自影响 …………………………………… 7

1.2 现行标准IEC 61000—3—2 及其他 ……………………………………10

1.3 PF 与THD ………………………………………………………………12

1.4 信息技术类和LED 照明产品现行标准关于PF 的要求 ………………14

1.5 产品真地需要这么严格的PF 要求吗 ……………………………………18

1.6 PF 与THD 优化的工程化方法 …………………………………………20

1.6.1 填谷式PFC 电路 …………………………………………………21

1.6.2 电荷泵PFC 电路 …………………………………………………23

1.6.3 电荷泵填谷PFC 电路 ……………………………………………25

1.6.4 升压有源功率因数校正（APFC）电路 …………………………25

1.6.5 单级反激式APFC 电路和双级APFC 电路 ……………………27

1.7 单级PFC LED 驱动电源工程研发实例 …………………………………30

1.7.1 LED 驱动电源一般性能指标要求 ………………………………30

1.7.2 元器件工程化设计指南 …………………………………………30

1.7.3 Mathcad 理论计算 ………………………………………………65

1.7.4 实物验证分析 ……………………………………………………68

1.8 频闪以及去纹波方案 ……………………………………………………87

1.8.1 频闪的背景 ………………………………………………………87

1.8.2 晶体管消除纹波方案 ……………………………………………90

1.8.3 MOSFET 消除纹波方案 …………………………………………93

1.8.4 ASIC 方案 …………………………………………………………93

1.9 主流芯片概览 ……………………………………………………………94

目 录

VI 开关电源工程化设计与实战—从样机到量产

1.10 参考文献 ………………………………………………………………96

第2 章 PFC 和反激准谐振（R）组合电源的工程化设计………… 97

2.1 准谐振的起源 ……………………………………………………………97

2.1.1 永恒的话题—能效 ……………………………………………97

2.1.2 现行主流能效标准一览 …………………………………………98

2.1.3 如何提升效率并满足能效等级要求 ………………………… 104

2.2 R 的工作原理深入解析 ……………………………………………… 111

2.2.1 波形振荡的定性和定量分析 ………………………………… 111

2.2.2 定性以及定量分析两个振荡的频率 ………………………… 113

2.3 R 的工作原理和实现方式 …………………………………………… 113

2.3.1 谷底的意义 …………………………………………………… 113

2.3.2 第一个谷底 …………………………………………………… 115

2.3.3 R 操作的优点和缺点 ………………………………………… 120

2.3.4 R 具体转换过程中的4 个时序区间 ………………………… 125

2.3.5 多个谷底，从满载到轻载时频率控制方式—不同芯片的设计

方式 ………………………………………………………………… 131

2.3.6 RCC 与R 的关系 ……………………………………………… 134

2.4 R 反激变换器中变压器的工程化设计实例 ………………………… 135

2.4.1 一次绕组和二次绕组的匝比 ………………………………… 135

2.4.2 反射电压的选择 ……………………………………………… 137

2.4.3 一次电流峰值计算 …………………………………………… 138

2.4.4 一次侧电感量计算 …………………………………………… 139

2.4.5 一次、二次电流有效值计算 ………………………………… 139

2.5 Boost APFC +R 反激变换器拓扑的研发工程实例 ………………… 140

2.5.1 本项目主要指标 ……………………………………………… 142

2.5.2 器件参数计算和选型 ………………………………………… 142

2.5.3 Mathcad 理论计算 …………………………………………… 148

2.5.4 电压环和电流环分析 ………………………………………… 152

2.5.5 实测波形 ……………………………………………………… 156

2.6 主流芯片概览 ………………………………………………………… 176

2.7 其他双级式电源 ……………………………………………………… 177

2.8 参考文献 ……………………………………………………………… 178

第3 章 LLC 谐振变换器工程化设计…………………………… 179

3.1 LLC 的起源 …………………………………………………………… 179

目 录VII

3.1.1 LLC 的起源和重新得到重视 ………………………………… 179

3.1.2 零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS） ………………… 179

3.1.3 基本谐振拓扑比较 …………………………………………… 18

《开关电源可靠性设计与测试——安全·热管理·电磁兼容》

前言

第1章 概述········································································ 1 

1.1 开关电源可靠性 ·········································································· 

1 1.1.1 可靠性的定义及指标···························································· 

1 1.1.2 影响开关电源可靠性的因素 ··················································· 8 

1.2 开关电源可靠性设计 ·································································· 12 

1.2.1 开关电源可靠性设计原则及方法 ··········································· 12 

1.2.2 元器件降额使用································································ 17 

第2章 开关电源安全设计···················································· 25 

2.1 开关电源安全距离及安全器件选择················································· 25

2.1.1 安全距离与绝缘分类·························································· 25 

2.1.2 开关电源安全器件选择······················································· 27 

2.1.3 安规电容选择··································································· 36 

2.2 开关电源输入保护电路及滤波器···················································· 40 

2.2.1 开关电源输入保护电路······················································· 40 

2.2.2 开关电源滤波器································································ 48 

2.3 开关电源吸收电路 ····································································· 52 

2.3.1 吸收回路的作用及类型······················································· 52 

2.3.2 开关电源吸收电路设计······················································· 57 

第3章 开关电源热设计······················································ 65 

3.1 开关电源热设计目的及原则 ························································· 65 

3.1.1 开关电源环境温度及热设计目的 ··········································· 65 

3.1.2 开关电源热设计的原则······················································· 68 

3.2 开关电源转换效率及热设计层次···················································· 70 

3.2.1 开关电源转换效率及温度···················································· 70 

3.2.2 热设计层次及热设计功耗（TDP）·········································· 73 

3.3 开关电源表面贴装元器件热设计及金属芯 PCB ································· 76 

3.3.1 开关电源表面贴装元器件热设计 ··········································· 76 

3.3.2 金属芯 PCB ····································································· 80 

3.4 开关电源 PCB热设计 ········

《开关电源工程化实用设计指南——从研发到智造》

序作者简介

第1章 单级功率因数校正（PFC）电路工程化实用设计…… 1 

1.1功率因数（PF）的历史渊源 …………………………… 1 

1.1.1 有功功率、无功功率及其他概念 ………………… 5 

1.1.2 位移因数和 THD的各自影响 ……………………… 7 

1.2深度理解PF与THD………………………………………… 9 

1.3全球现行标准关于 PF和 THD的要求……………………12 

1.4产品真的需要这么严格的PF和THD要求吗………………23 

1.5PF与 THD优化的工程化方法 ……………………………25 

1.5.1 单级反激式 APFC电路和双级 APFC电路 …………26 

1.5.2 单级反激式 APFC电路应用中的问题………………27 

1.6单级 PFC LED驱动电源工程研发实例 …………………29 

1.6.1 元器件工程化设计指南—降额设计 ………………29 

1.6.2 LED驱动电源一般性能指标要求……………………38 

1.6.3 单级 PFC的变压器选型 ……………………………38 

1.6.4 Mathcad理论计算……………………………………40 

1.6.5 工程化验证分析 ……………………………………43 

1.7 光闪烁以及对策 ………………………………………58 

1.7.1 光闪烁的背景 ………………………………………58 

1.7.2 一些评价指标 ………………………………………60 

1.7.3 光闪烁的评价测试方法 ……………………………63 

1.7.4 光闪烁的现行法规要求 ……………………………65 

1.7.5 改善闪烁的技术方案及生产制造的问题 …………71 

1.7.6 一个具体产品的测试结果及分析 …………………74 

1.8 参考文献 ………………………………………………76

第2章 准谐振反激电源的工程化设计………………………78 

2.1 能效是永恒的追求………………………………………78 

2.1.1 现行全球主流能效标准概览…………………………79 

2.1.2 如何提升效率并满足能效要求………………………84 

2.2 准谐振（QR）的工作原理深入解析……………………92 

2.2.1 波形振荡的定性和定量分析…………………………92 

2.2.2 定性以及定量分析两个振荡的频率…………………94 

2.3 APFC +QR Flyback拓扑的研发工程实例………………95 

2.3.1 本项目主要指标………………………………………95 

2.3.2 Mathcad理论计算……………………………………97 

2.3.3 电压环和电流环分析…………………………………101 

2.3.4 不同工况下实测波形分析……………………………104 

2.4 有源钳位拓扑 ………………………………………… 122 

2.5 参考文献…………………………………………………124

第3章 LLC谐振半桥变换器工程化设计… ……………… 125 

3.1 谐振电路的起源……………………………………… 125 

3.1.1 什么是谐振 …………………………………… 125 

3.1.2 LLC重新得到重视 ………………………………… 128 

3.2 基本谐振拓扑比较 …………………………………… 129 

3.2.1 串联谐振变换器 ………………………………… 129 

3.2.2 并联谐振变换器 …………………………………… 131 

3.2.3 串并联谐振变换器 ………………………………… 132 

3.2.4 从 LCC到 LLC ………………………………… 133 

3.2.5 LLC架构的选择 ………………………………… 136 

3.3 LLC现有的分析方法及不足 ………………………… 137 

3.3.1 两个谐振频率的由来 ……………………………… 137 

3.3.2 通俗易懂介绍 FHA …………………………… 138 

3.3.3 现存各种各样的 LLC设计参考资料 ……………… 141 

3.3.4 FHA的缺陷和误差 ……………………………… 141 

3.4 工作状态的变化 ……………………………………… 144 

3.4.1 不同情况下的增益 ………………………………… 144 

3.4.2 ZVS实现的条件 …………………………………… 147 

3.4.3 上谐振或下谐振的选择 …………………………… 148 

3.5 LLC简化设计步骤 …………………………………… 150 

3.6 工程化验证 ………………………………………… 150 

3.6.1 LLC稳态关键点波形 ………………………… 152 

3.6.2 LLC其他工况下的波形 …………………………… 157 

3.7 其他难点和可选择的方案 ………………………………… 

164 

3.8 参考文献 ……………………………………………… 165

第4章 电磁兼容（EMC）与安规认证工程化设计……… 167 

4.1 易混淆的概念 …………………………… 167 

4.2 A类和 B类 …………………………………………… 168 

4.3 电磁干扰（EMI）测试过程中遇到的问题 ………… 169 

4.3.1 测试实验室里的秘密 ………………………… 169 

4.3.2 6dB裕量的故事 …………………………………… 170 

4.3.3 EMI测试过程的小技巧 ………………………… 172 

4.3.4 CDN代替测试方法 ……………………………… 173 

4.4 工程设计中 EMC的考虑 ………………………… 174 

4.4.1 EMC与产品成本的关联度 ……………………… 174 

4.4.2 工作频率的选择 ………………………………… 176 

4.4.3 具体案例分析 ………………………………… 178 

4.5 工程设计中对安规的考虑 ……………………… 195 

4.5.1 安规的本质意义 ………………………………… 195 

4.5.2 主要安规标准 ……………………………………… 196 

4.5.3 熔断器、熔断电阻器、铜箔等 ………………… 196 

4.5.4 爬电距离与电气间隙的真实情况 ………………… 206 

4.5.5 绝缘耐压与距离的确定 …………………………… 208 

4.5.6 海拔的影响 ……………………………………… 212 

4.5.7 安规标准中的单一故障失效与异常状态 ………… 214 

4.6 统一的标准 IEC 62368—1 …………………… 224 

4.7 本章小节 ………………………………………… 226 

4.8 参考文献 ……………………………………………… 227

第5章 研发到智造的经验误区及失效分析…………… 228 

5.1 示波器应用相关问题 ………………………… 229 

5.1.1 关于探头 …………………………… 229 

5.1.2 三剑客：带宽、采样率、存储深度 ……………… 234 

5.1.3 差分电压、浮地测量 ……………………… 236 

5.1.4 纹波电压测试 ……………………………… 238 

5.1.5 纹波电流测试 ……………………………… 240 

5.1.6 示波器未来的形态 ………………………… 241 

5.2 IoT辅助电源设计误区 ……………………… 242 

5.2.1 一般指标要求 ………………………………… 244 

5.2.2 纹波及动态要求 …………………………………… 246 

5.3 待机功耗测试的误区 ……………………………… 249 

5.4 电容替换的误区 ……………………………… 250 

5.5 开机浪涌电流的意义 …………………………… 254 

5.6 从零到无穷的过程 ………………………………… 258 

5.7 失效分析的基本流程 ………………………… 263 

5.8 8D报告的意义 …………………………………… 264 

5.9 典型失效案例解析 ………………………………… 266 

5.9.1 失效案例 1—雷击浪涌失效……………………… 266 

5.9.2 失效案例 2—整流桥后薄膜电容失效…………… 269 

5.9.3 失效案例 3—色码以及工字电感失效…………… 272 

5.9.4 失效案例 4—LED多路并联不均失效 ………… 274 

5.9.5 失效案例 5—电源开机启动时间不合规………… 277 

5.9.6 失效案例 6—0~10V调光隔离相关问题 ………… 281 

5.9.7 失效案例 7—恶劣应用环境下高压打火失效………286 

5.9.8 失效案例 8—感性容性混合负载的情况………… 289 

5.9.9 失效案例 9—照明产品中的噪声问题………… 290 

5.9.10 失效案例 10—高压线性恒流电路方案应用问题 295 

5.9.11 失效案例 11—LED灯的微亮与“鬼火”问题  297 

5.9.12 失效案例 12—系统中金属基板共模浪涌的处理 299 

5.9.13 失效案例 13—LED灯与灯具的耐压测试失效 301 

5.9.14 失效案例 14—智能照明中调色和调光斩波 MOSFET失效 ………… 303 

5.9.15 失效案例 15—智能照明中重启或频繁闪烁问题 313 

5.9.16 失效案例 16—电子产品外壳融化失效…… 319 

5.10 小结 ……………………… 330 5.11

参考文献 …………………………………… 330 

《开关电源工程化设计与实战——从样机到量产》

本书针对中小功率范围的开关电源，对及为热门的LED驱动电源、适配器电源中主流拓扑进行了分析及实际设计，逐步给出了完整的工程化产品研发过程。并从项目管理角度对电源类产品研发生产的整个产品生命周期给出了一般性指导方法，以期给读者提供满足实际设计调试的经验补充。作为一本实践为导向的书籍，本书作者对当前电源的能效标准、安全标准、性能要求做了深刻解读，给读者提供了开关电源产品全流程的设计指导，同时给出了电源设计过程中的一些小技巧。

《开关电源可靠性设计与测试——安全·热管理·电磁兼容》

本书结合国内外开关电源的应用和发展现状，以开关电源可靠性设计为主线进行编写，突出实用性，全面系统地阐述了开关电源可靠性的新设计技术。全书共分为 6章，在简要介绍开关电源可靠性的定义、指标及设计原则的基础上，系统地讲述了开关电源安全设计、开关电源热设计、开关电源电路的电磁兼容性及设计、开关电源 PCB电磁兼容设计、开关电源可靠性测试等内容。本书题材新颖实用，内容丰富，深入浅出，具有很高的实用价值。

本书可供电信、信息、航天、军事及家电等领域从事开关电源可靠性设计的工程技术人员阅读，也可供高等院校、职业技术学院相关专业的师生阅读参考。

《开关电源工程化实用设计指南——从研发到智造》

本书对消费性电源中的主流电源拓扑进行了实际案例设计和分析，逐步给出了完整的工程化产品从研发到制造的过程，并从产品生命周期的角度对消费性电源产品的设计、生产、维护等方面，给读者提供了足够的实例分析、标准解析、经验分享。作为一本以工程化实用性为导向的书籍，本书作者对当前电源的能效标准、安全标准、性能要求做了深刻解读，通过海量案例验证分析，给读者呈现了消费性电源产品从研发设计到生产，以及终端应用中的各种知识。

本书适合刚进入电源设计行业，以及长期工作在电源产品设计行业的一线工程技术人员使用参考，同时也适合各大院校电力电子、电子信息工程、自动化等专业的师生作为指导教材或实验课程教材。"

"文天祥，中国电源学会照明电源专业委员会委员，中国电源学会青年工作委员会委员，IEEE 会员。电力电子专业研究生毕业后，十年来一直从事电力电子研发设计工作，历任研发工程师、工程师、研发经理、平台架构师等，期间主导研发了多款行业及至全球领先的产品，销售数量累计达千万级，为所在公司带来了巨大的经济效益。在技术积淀上，在开关电源拓扑、半导体元器件应用、LED 照明电子及系统应用、消费性电子产品可靠性设计等方面有丰富的经验和独到的见解，并在电源设计及应用领域获得多项国际专利。熟悉电子产品项目管理，以及消费性电子产品完整生命流程管控。作为电源学会委员，积极参与行业标准的制定和起草，并多次负责联系国际知名电源专家来中国举办电源类培训事宜，翻译出版电源相关书籍多部，代表性著作如下：

1. 译著( 译者) ：Robert A.Mammano 写作的《Fundamentals of Power Supply Design》，中文版书名：《电源设计基础》，2018 年10 月出版，辽宁科学技术出版社。

2. 译著( 译者) ：Sanjaya Maniktala 写作的《Intuitive Analog to Digital Control Loops in Switchers》，中文版书名：《开关变换器环路设计指南—从模拟到数字控制》，2017 年5 月出版，机械工业出版社。

3. 译著( 译者) ：Morgan Jones 写作的《Building Valve Amplifier》（2nd edition），中文版书名：《电子管放大器搭建手册》（第2 版）2016 年9 月出版，人民邮电出版社。

符致华，IEEE 会员，电子专业本科毕业八年来一直从事开关电源研发设计工作，在开关电源拓扑、半导体元器件应用及消费性电子产品可靠性设计等方面有丰富的经验和独到的见解。主要研发各类开关电源和LED 照明电子及应用，曾任高级研发工程师、研发经理等职位，负责产品从研发端到量产的整个流程，包括准确的元器件选型、系统失效异常分析和EMC 的评估，为公司节省的研发成本达几千万元。曾就职于松下电子、欧普照明研发中心等公司。

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