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《电源设计基础》书评

已有 1210 次阅读2018-12-4 16:32

　　最近收到eeworld送来的一本书《电源设计基础》，阅读后感触颇多。现在把这些想法贴出来与大家共享。
　　任何一台电子设备里面都有电源，无论这台电子设备用于什么目的。
　　即使是最普通的万用表，里面也要有块电池，取下电池，这台万用表什么也干不了——根本没有显示，既不能测量电压，也不能测量电流，更别提其它测量了。
　　通常，移动设备使用电池作为电源；而绝大多数电子设备使用工业电网供电。
　　从工业电网取得电能的设备，在几十年前还是用工频变压器隔离降压，然后整流滤波，再经稳压后供电子设备使用。最早的苹果计算机，就是用工频变压器供电的。如今又大又重的工频变压器已经被开关电源所代替，几乎看不到了。
　　今天为电子设备供电的电源绝大部分是开关电源，即使是电池供电的设备里面也往往有个DC-DC非隔离的开关电源以保证供电电压稳定或者提供与电池电压不同的电压。所以，当前一提电源，大家都是指开关电源。
　　但是，开关电源比传统的工频变压器降压整流滤波电源复杂得多。现代开关电源中不仅包括模拟电路课程中的放大器，牵涉到放大器的幅频相频特性、稳定性等等，牵涉到各种器件极端的非线性工作状态，这种极端的非线性工作状态在模拟电路课程中往往讲不到。开关电源设计还需要处理磁性元件，要求设计者具有相当的磁性材料知识，更因为功率较大而需要考虑散热。开关电源当中出现错误，无论是设计错误还是焊接错误，多半不是元件冒烟就是管子放炮。所以，刚刚开始工作的工程师多数视开关电源为大麻烦事，轻易不敢尝试。对刚刚开始工作的工程师，即使是使用德州仪器公司生产的看上去很简单的没有几个外围元件的DC-DC芯片，出现了一点问题，也不知道该怎么办。
　　正因为开关电源相当复杂，开关电源已经逐渐成为一个单独的行业，这个行业主要是为各种电子设备服务，提供满足各种电子设备所需要的各种各样的开关电源。
　　Unitrode(尤尼特德)是美国一家半导体公司，最初专注于生产功率晶体管和整流器，1974年开始设计然后生产开关电源控制芯片，典型产品有SG3524、UC3842等。后来在1999年，Unitrode被TI(德州仪器)收购，成为TI的一部分。
　　Unitrode公司有个传统：每隔大约一年半时间就召开一次技术研讨会，每次研讨会有若干个主题。被TI收购后，这个传统也被TI继承了下来。
　　罗伯特·A·曼马诺(Robert A . Mammano)先生原来在Unitrode公司工作，SG3524这个型号的芯片就是曼马诺先生设计的。Unitrode公司被TI收购后曼马诺先生转入TI工作。在电源行业中具有丰富电源设计和开关电源控制芯片应用经验的曼马诺先生把他多年来自Unitrode/TI公司电源设计研讨会涉及的技术主题重新组织整理，编写成《电源设计基础》一书，并且出版了中文版。
　　本书从开关电源常用的基本元器件和开关电源的基本拓扑结构开始，讲到开关电源的控制方法、反馈控制的稳定性和环路补偿、磁性元件的设计以及辅助电源的设计，然后扩展到先进的设计。这些内容已经基本上包括了普通开关电源设计所需要的所有知识。
　　随着开关电源工作频率的提高和功率的增加，开关电源产生的电磁干扰越来越严重，成为电子设备中一个严重问题。对经验比较少的工程师，抑制开关电源所产生的电磁干扰是个非常头痛的事情。本书特地开辟一章讨论开关电源的EMI问题，从传导和辐射两方面提出了解决方法和扩频抖动降噪技术。
　　放弃简单的工频变压器整流滤波电源而采用开关电源，原因之一是开关电源效率更高。效率高意味着发热更少。降低能耗，提高效率，一直是开关电源工程师的追求。《电源设计基础》一书还特地用一章篇幅讨论如何提高开关电源的效率。
　　在本书的最后一章，作者还讨论了开关电源工程师经常遇到的一些实际问题，包括元件的寄生参数问题、开关电源中的“地”和电路接地问题、开关电源的热学设计以及开关电源电路板布局问题。经验较少的开关电源工程师常常遇到这些问题，却难以解决，因为解决这些问题需要更广泛的电磁学知识和电工学知识。这一章的内容，相信对经验不足的工程师会有很大帮助。
　　
　　但是，如同作者在序言中所说，本书是作者对多次Unitrode/TI公司电源设计研讨会资料的整理汇编，并不是教科书，虽然书名中有“基础”二字(英文是Fundamentals)。本书对即将进入开关电源领域的年轻工程师以及以及有相当经验的电源设计师都是很好的参考，但因为不是教科书，对即将进入开关电源领域的工程师来说，万万不能指望读完本书就变成了经验丰富的设计师，不能指望读过本书就可以独自完成某种开关电源的设计工作。
　　对新进工程师，我的建议是：在读到本书某章某节某段，有不懂的地方，赶快去查询相关知识。例如本书第4章第4.1节“基本开关变换拓扑”开始时讲到三种基本拓扑，即Buck、Boost和Buck-Boost电路，但并未给出这三种不同拓扑正常工作时的波形，也并未给出储能电感的电感量与电流连续或者断续之间的关系。如果搞不懂这三种基本拓扑在电流连续或者断续情况下电路如何工作，那就要赶快去查与开关电源基本拓扑知识有关的教材。又例如，读到本书第6章第6.5节“误差放大器的补偿”时，书中会讲到波特图和零点、极点。如果这部分内容读不懂，不知道什么是波特图，不知道什么是零点、极点，那就要查模拟电路中反馈放大器的稳定性相关章节。
　　对新进工程师来说非常重要的一个本领就是知道自己哪里懂了，哪里还不懂，而且在遇到自己不懂的问题时知道到哪里去查询。没有这个本领，很难通过阅读几本参考书来取得进步。
　　现在有了互联网，无论查询什么资料都非常方便。但是，网上查到的资料良莠不齐，真假难辨。能够分析网上资料，辨别其真伪，更是新进工程师必须具备的本领。显然，辨别资料的真伪，也需要相当的经验，更重要的是学会使用形式逻辑来分析，而不能人云亦云。
　　如果新进工程师真的把这本书读通读懂，掌握了本书的各个细节，那么，你就可以骄傲地说：我是个合格的开关电源工程师。

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