本書對消費性電源中的主流電源拓撲進行了實際案例設計和分析，逐步給出了完整的工程化產(chǎn)品從研發(fā)到制造的過程，并從產(chǎn)品生命周期的角度對消費性電源產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)、維護等方面，給讀者提供了足夠的實例分析、標準解析、經(jīng)驗分享。作為一本以工程化實用性為導向的書籍，本書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，通過海量案例驗證分析，給讀者呈現(xiàn)了消費性電源產(chǎn)品從研發(fā)設計到生產(chǎn)，以及終端應用中的各種知識。
本書適合剛進入電源設計行業(yè)，以及長期工作在電源產(chǎn)品設計行業(yè)的一線工程技術人員使用參考，同時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?qū)嶒炚n程教材。
本書集理論與實踐為有機一體，積累作者多年深厚的理論功底和豐富的經(jīng)驗，深入淺出介紹了開關電源技術和產(chǎn)品開發(fā)流程，是非常難得的經(jīng)典專著。相信通過對本書的研讀，初級工程師和學生可以快速掌握開關電源設計方法，有經(jīng)驗的工程師可以更加深刻理解開關電源中細節(jié)決定成敗的精髓。
國正在從制造大國向智造大國邁進，消費性電子產(chǎn)品、智能化產(chǎn)品更新?lián)Q代
中越來越快，電源的高效、高頻、小體積化成為了消費者的要求，也是各大生產(chǎn)廠商追求的目標。工廠的智造化轉(zhuǎn)型，面臨著從零到無窮的產(chǎn)品量變，一線研發(fā)人員的作用不僅僅只是原型樣機的制作，也面臨著從研發(fā)到量產(chǎn)再到產(chǎn)品自動化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型，如可制造性、可測試性、可靠性設計也成為一系列更復雜的課題。一線研發(fā)工程師在當今的海量知識面前，反而變得更為迷茫，如何從繁雜浩瀚的資料中整理、吸收并轉(zhuǎn)化成自己的知識，更是初入門的電源工程師的一大困惑。本書以消費性電源產(chǎn)品為主線，站在巨人的肩膀上，通過系統(tǒng)追溯，對海量行業(yè)技術資料進行梳理，對當前消費性電源產(chǎn)品的能效標準、安全標準、性能要求做了深刻分析和擴充，希望能給工程技術人員提供一套消費性電源產(chǎn)品從研發(fā)到規(guī)模化生產(chǎn)的設計指導。
本書編排完全按照工程化設計為目標，前 3章，以目前流行的拓撲結構及產(chǎn)品為實例并進行擴充，分別從單級 PFC電路設計、準諧振反激電源的工程化設計，到 LLC諧振半橋變換器工程化設計，逐步深入；第 4章以 EMC與安規(guī)認證工程化設計為主題，通過實證舉例給讀者呈現(xiàn)足夠真實的案例；第 5章以大量經(jīng)驗誤區(qū)和失效分析為主要內(nèi)容，這部分內(nèi)容彌補了目前同類書籍中實戰(zhàn)內(nèi)容的缺失。本書中所有的標準解讀和分析以及引用均是當前版本，請讀者注意標準內(nèi)容的實時更新。
著作不易，特別是專業(yè)細分領域的科技圖書寫作，必須沉下心并咬牙堅持。本書的成稿特別感謝機械工業(yè)出版社電工電子分社的編輯江婧婧，是她全程跟進統(tǒng)籌協(xié)調(diào)整個出版進度，并認真校對編排，沒有她的幫助及鞭策，難以完成本書的寫作和出版工作。同時對電力電子領域的前輩、提供技術知識的同行，以及各大廠商技術資料的開源奉獻一并致謝。
后，特別感謝愛妻王牡丹女士十多年來的支持、包容和幫助，相濡以沫，給我足夠的時間做自己感興趣的事情，小兒也已從小夕寶變成了大夕胖了，開始懂得了爸爸工作的內(nèi)容和意義，雖時常打斷，但不失童趣，我也時常邊寫作邊陪伴其成長，日復一日，得成此書。
本書的寫作原則是努力為讀者提供完整、嚴謹、易懂的知識體系，但無法避免寫作的內(nèi)容中存在瑕疵，請讀者提出寶貴的意見和建議，可以通過郵箱 eric.wen.tx@gmail. com或是微信公眾號（ Aladdin阿拉�。┙o予反饋，同時我也在公眾號中給出了一些相關參考文獻。希望本書的出版能給電力電子領域的一線工程師及相關從業(yè)者在消費性電源產(chǎn)品設計時提供有意義的指導。
文天祥 2021年 5月
序作者簡介
第1章 單級功率因數(shù)校正（PFC）電路工程化實用設計……… 1
1.1功率因數(shù)（PF）的歷史淵源 …………………………………………… 1
1.1.1 有功功率、無功功率及其他概念 ……………………………… 5
1.1.2 位移因數(shù)和 THD的各自影響 …………………………………… 7
1.2深度理解 PF與 THD …………………………………………………… 9
1.3全球現(xiàn)行標準關于 PF和 THD的要求 …………………………………12
1.4產(chǎn)品真的需要這么嚴格的 PF和 THD要求嗎 …………………………23
1.5PF與 THD優(yōu)化的工程化方法 …………………………………………25
1.5.1 單級反激式 APFC電路和雙級 APFC電路 ……………………26
1.5.2 單級反激式 APFC電路應用中的問題 …………………………27
1.6單級 PFC LED驅(qū)動電源工程研發(fā)實例 ………………………………… 29
1.6.1 元器件工程化設計指南降額設計 …………………………29
1.6.2 LED驅(qū)動電源一般性能指標要求 ………………………………38
1.6.3 單級 PFC的變壓器選型 …………………………………………38
1.6.4 Mathcad理論計算 ………………………………………………40
1.6.5 工程化驗證分析 …………………………………………………43
1.7 光閃爍以及對策 …………………………………………………………58
1.7.1 光閃爍的背景 ……………………………………………………58
1.7.2 一些評價指標 ……………………………………………………60
1.7.3 光閃爍的評價測試方法 …………………………………………63
1.7.4 光閃爍的現(xiàn)行法規(guī)要求 …………………………………………65
1.7.5 改善閃爍的技術方案及生產(chǎn)制造的問題 ………………………71
1.7.6 一個具體產(chǎn)品的測試結果及分析 ………………………………74
1.8 參考文獻 …………………………………………………………………76
第2章 準諧振反激電源的工程化設計… …………………………… 78
2.1 能效是永恒的追求 ………………………………………………………78
2.1.1 現(xiàn)行全球主流能效標準概覽 ……………………………………79
2.1.2 如何提升效率并滿足能效要求 …………………………………84
2.2 準諧振（QR）的工作原理深入解析 …………………………………… 92
2.2.1 波形振蕩的定性和定量分析 ……………………………………92
2.2.2 定性以及定量分析兩個振蕩的頻率 ……………………………94
2.3 APFC QR Flyback拓撲的研發(fā)工程實例 ……………………………… 95
2.3.1 本項目主要指標 …………………………………………………95
2.3.2 Mathcad理論計算 ………………………………………………97
2.3.3 電壓環(huán)和電流環(huán)分析 ………………………………………… 101
2.3.4 不同工況下實測波形分析 …………………………………… 104
2.4 有源鉗位拓撲 ………………………………………………………… 122
2.5 參考文獻 ……………………………………………………………… 124
第3章 LLC諧振半橋變換器工程化設計… …………………… 125
3.1 諧振電路的起源 ……………………………………………………… 125
3.1.1 什么是諧振 …………………………………………………… 125
3.1.2 LLC重新得到重視 …………………………………………… 128
3.2 基本諧振拓撲比較 …………………………………………………… 129
3.2.1 串聯(lián)諧振變換器 ……………………………………………… 129
3.2.2 并聯(lián)諧振變換器 ……………………………………………… 131
3.2.3 串并聯(lián)諧振變換器 …………………………………………… 132
3.2.4 從 LCC到 LLC ………………………………………………… 133
3.2.5 LLC架構的選擇 ……………………………………………… 136
3.3 LLC現(xiàn)有的分析方法及不足 ………………………………………… 137
3.3.1 兩個諧振頻率的由來 ………………………………………… 137
3.3.2 通俗易懂介紹 FHA …………………………………………… 138
3.3.3 現(xiàn)存各種各樣的 LLC設計參考資料 ………………………… 141
3.3.4 FHA的缺陷和誤差 …………………………………………… 141
3.4 工作狀態(tài)的變化 ……………………………………………………… 144
3.4.1 不同情況下的增益 …………………………………………… 144
3.4.2 ZVS實現(xiàn)的條件 ……………………………………………… 147
3.4.3 上諧振或下諧振的選擇 ……………………………………… 148
3.5 LLC簡化設計步驟 …………………………………………………… 150
3.6 工程化驗證 …………………………………………………………… 150
3.6.1 LLC穩(wěn)態(tài)關鍵點波形 ………………………………………… 152
3.6.2 LLC其他工況下的波形 ……………………………………… 157
3.7 其他難點和可選擇的方案 ……………………………………………
164 3.8 參考文獻 ……………………………………………………………… 165
第4章 電磁兼容（EMC）與安規(guī)認證工程化設計… ………… 167
4.1 易混淆的概念 ………………………………………………………… 167
4.2 A類和 B類 …………………………………………………………… 168
4.3 電磁干擾（EMI）測試過程中遇到的問題 ………………………… 169
4.3.1 測試實驗室里的秘密 ………………………………………… 169
4.3.2 6dB裕量的故事 ……………………………………………… 170
4.3.3 EMI測試過程的小技巧 ……………………………………… 172
4.3.4 CDN代替測試方法 …………………………………………… 173
4.4 工程設計中 EMC的考慮 …………………………………………… 174
4.4.1 EMC與產(chǎn)品成本的關聯(lián)度 …………………………………… 174
4.4.2 工作頻率的選擇 ……………………………………………… 176
4.4.3 具體案例分析 ………………………………………………… 178
4.5 工程設計中對安規(guī)的考慮 …………………………………………… 195
4.5.1 安規(guī)的本質(zhì)意義 ……………………………………………… 195
4.5.2 主要安規(guī)標準 ………………………………………………… 196
4.5.3 熔斷器、熔斷電阻器、銅箔等 ……………………………… 196
4.5.4 爬電距離與電氣間隙的真實情況 …………………………… 206
4.5.5 絕緣耐壓與距離的確定 ……………………………………… 208
4.5.6 海拔的影響 …………………………………………………… 212
4.5.7 安規(guī)標準中的單一故障失效與異常狀態(tài) …………………… 214
4.6 統(tǒng)一的標準 IEC 623681 …………………………………………… 224
4.7 本章小節(jié) ……………………………………………………………… 226
4.8 參考文獻 ……………………………………………………………… 227
第5章 研發(fā)到智造的經(jīng)驗誤區(qū)及失效分析…………………… 228
5.1 示波器應用相關問題 ………………………………………………… 229
5.1.1 關于探頭 ……………………………………………………… 229
5.1.2 三劍客：帶寬、采樣率、存儲深度 ………………………… 234
5.1.3 差分電壓、浮地測量 ………………………………………… 236
5.1.4 紋波電壓測試 ………………………………………………… 238
5.1.5 紋波電流測試 ………………………………………………… 240
5.1.6 示波器未來的形態(tài) …………………………………………… 241
5.2 IoT輔助電源設計誤區(qū) ……………………………………………… 242
5.2.1 一般指標要求 ………………………………………………… 244
5.2.2 紋波及動態(tài)要求 ……………………………………………… 246
5.3 待機功耗測試的誤區(qū) ………………………………………………… 249
5.4 電容替換的誤區(qū) ……………………………………………………… 250
5.5 開機浪涌電流的意義 ………………………………………………… 254
5.6 從零到無窮的過程 …………………………………………………… 258
5.7 失效分析的基本流程 ………………………………………………… 263
5.8 8D報告的意義 ………………………………………………………… 264
5.9 典型失效案例解析 …………………………………………………… 266
5.9.1 失效案例 1雷擊浪涌失效………………………………… 266
5.9.2 失效案例 2整流橋后薄膜電容失效……………………… 269
5.9.3 失效案例 3色碼以及工字電感失效……………………… 272
5.9.4 失效案例 4LED多路并聯(lián)不均失效 …………………… 274
5.9.5 失效案例 5電源開機啟動時間不合規(guī)…………………… 277
5.9.6 失效案例 60~10V調(diào)光隔離相關問題 ………………… 281
5.9.7 失效案例 7惡劣應用環(huán)境下高壓打火失效……………… 286
5.9.8 失效案例 8感性容性混合負載的情況…………………… 289
5.9.9 失效案例 9照明產(chǎn)品中的噪聲問題……………………… 290
5.9.10 失效案例 10高壓線性恒流電路方案應用問題………… 295
5.9.11 失效案例 11LED燈的微亮與鬼火問題 ………… 297
5.9.12 失效案例 12系統(tǒng)中金屬基板共模浪涌的處理………… 299
5.9.13 失效案例 13LED燈與燈具的耐壓測試失效 ………… 301
5.9.14 失效案例 14智能照明中調(diào)色和調(diào)光斬波 MOSFET失效 …………………………………………………………… 303
5.9.15 失效案例 15智能照明中重啟或頻繁閃爍問題………… 313
5.9.16 失效案例 16電子產(chǎn)品外殼融化失效…………………… 319
5.10 小結 …………………………………………………………………… 330 5.11
參考文獻 ……………………………………………………………… 330
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