前言

FOREWORD

电能可以高效地转化为热能、动能、声能和光能，也可以很方便地转化为信息（信息熵），这是当今社会应用最广泛的能量形式之一。

富兰克林的风筝让人类认识到闪电所蕴含的能量，第二次工业革命让人类真正找到利用电能的方法。以今天的视角回看，使用以工频变压器、旋转变流机和汞弧整流器为代表的电力设备对电能进行粗糙的变换，标志着人类驯服电能的开始。随着信息技术和控制理论的快速发展，电力电子技术应运而生，人类找到了通往精细电能变换的途径。第三次工业革命中，电子信息产业爆发式增长，为各类电源系统提供了广阔市场。进入21世纪后，随着AI、移动互联网、可穿戴设备、新能源等技术的蓬勃涌现，人们对电能质量的要求一再提高。例如，服务器的CPU供电系统需要在输出数百安培电流的同时保证mV级的动态稳压精度，以确保系统稳定运行；高端CMOS图像传感器依赖nV级的超低噪声供电以确保图像质量；智能手表依赖超低静态功耗的小体积电源以确保长期续航；风光电及储能系统依赖MPPT、动态均衡等控制算法以确保安全高效。

如今，对于刚入行的电子工程师来说，不论是简单的小电流稳压还是较为复杂的电池充放电及保护，在性能要求不高的情况下都可以基于现成的电源芯片快速实现。然而要设计出适配更复杂应用场景、满足更高性能指标的电源系统，需要综合考虑输入输出范围、噪声、效率、速率、精度、体积等因素，要求工程师在拓扑选择、器件选型、布局布线等环节下足功夫，依赖工程师扎实的理论基础和丰富的实践经验。

我和晓明在五年前规划好了“硬件十万个为什么”系列，《硬件十万个为什么（开发流程篇）》是为工程师未来发展提供系统化和规范性非技术能力的理念指引，《硬件十万个为什么（无源器件篇）》更是“从物理中来，到工程中去”，帮助电子工程师在器件认知和应用内容重构方面从理论走向实践，再从实践回归理论；《硬件十万个为什么（电源是怎样炼成的）》汇聚了国内外大厂的电源工程师，在业内优秀电源产品中提炼出了理论方法和应用案例，编成此书，以作为当下“新工科”教育的补充。这能帮助EE方向的学生快速走出课本与试题，成长为能理解需求、设计产品的电源工程师。很高兴，本书的创新知识中还有我曾经指导的本科生和研究生的贡献，他们已经快速成长为这个行业领域的中坚力量。

本书着重研究DC恒压输出的电源系统，对其他类型的电源系统也有涉及。本书第一部分介绍了电源系统的概念和历史，对电源系统进行分类，并以应用工程师的视角带领读者理解一例电源IC规格书。同时介绍了开关电源系统中常见的元器件及它们的关键参数。之后介绍了线性电源原理和基本设计方法。第二部分以开关电源三种基本拓扑为切入点，拓展出一系列不同类型的电路拓扑。第三部分着重介绍了现代开关电源的反馈控制方法，力求让没有控制论知识背景的读者理解开关电源的控制原理。第四部分介绍电源完整性理论，并聚焦开关电源系统应用中的实际工程问题，如散热、电磁兼容、性能测试细节等。

综上，本书从行业需求出发，立足于具体产品和实际应用，为在校学生提供了入门指导，也为电源工程师提供了成长阶梯。

上饶师范学院党委副书记

王玉皞