本書主要講述了電力電子與能源變換的相關(guān)知識,包括理論、設(shè)計(jì)和應(yīng)用,涉及基本知識、應(yīng)用實(shí)踐、電路設(shè)計(jì)和最新發(fā)展。全書共分4章:第1章簡要闡述能源變換的主要內(nèi)容;第2章集中于開關(guān)型變換器建模的綜合研究;第3章詳細(xì)討論了硬開關(guān)變換器,電壓驅(qū)動(dòng)與電流驅(qū)動(dòng)的推挽,半橋和全橋變換器等器件;第4章主要講述電流倍加、三倍與倍增整流器、電壓倍加與倍增整流器。每章的內(nèi)容都是逐步提高難度的,同時(shí)每章末尾給出該章的重點(diǎn)和習(xí)題,以及供教師或自學(xué)用的習(xí)題解答指南。
本書主要講述電力電子學(xué)與能源變換的相關(guān)知識,包括理論、設(shè)計(jì)和應(yīng)用,涉及基本知識、應(yīng)用實(shí)踐、電路設(shè)計(jì)和*新發(fā)展。闡述電力電子學(xué)的關(guān)鍵內(nèi)容,從基本元器件及其工作原理,到當(dāng)前經(jīng)典的硬開關(guān)與軟開關(guān)DC-DC變換器、整流器和逆變器。
Adrian Ioinovici 以色列霍龍工學(xué)院院長,中山大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院國家“千人計(jì)劃”特聘專家。Ioinovici教授在DC-DC變換器、開關(guān)電容變換器與逆變器、軟開關(guān)變換器、全橋與多電平變換器等電力(功率)電子學(xué)方面的學(xué)術(shù)研究處于****地位。曾擔(dān)任IEEE CASS電力電子和電力系統(tǒng)技術(shù)委員會主席、IEEE Transactions on Power Electronics副主編、多次擔(dān)任IEEE ISCAS和PESC會議的主席或技術(shù)委員會委員。
劉鹿生
微電子和電力電子技術(shù)科技工作者。在中國科學(xué)院計(jì)算所二部及其劃歸原航天部期間,研制成功具有自主知識產(chǎn)權(quán)的MOS集成電路,并用其制成國內(nèi)*一臺MOS集成電路的微型電子計(jì)算機(jī),榮獲1978年全國科學(xué)大會和國防科工委獎(jiǎng)。參加原國家科委主持的我國“電力電子技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略軟課題研究組”之后,轉(zhuǎn)向電力電子和系統(tǒng)集成技術(shù)的研發(fā)。退休后負(fù)責(zé)組建北京電力電子學(xué)會并擔(dān)任秘書長,參加創(chuàng)建《電力電子》期刊并擔(dān)任主編十多年。
目 錄
第1章 概論
1.1 能源變換電子電路的應(yīng)用領(lǐng)域
1.1.1 信息和電信產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用
1.1.2 可再生能源變換的應(yīng)用
1.1.3 未來的能源變換――燃料電池
1.1.4 電動(dòng)車輛
1.1.5 電子顯示裝置的應(yīng)用
1.1.6 音頻放大器
1.1.7 便攜式電子設(shè)備
1.1.8 高電壓物理實(shí)驗(yàn)和粒子加速器的應(yīng)用
1.1.9 照明技術(shù)
1.1.10 AC-AC變頻器
1.1.11 電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)
1.1.12 制造業(yè)的能源回收
1.1.13 航空航天的應(yīng)用
1.1.14 國防應(yīng)用
1.1.15 傳動(dòng)和大功率工業(yè)的應(yīng)用
1.1.16 電力電子電路的分類
1.2 電力電子電路工作的基本原理
1.3 功率電路的基本組成: 功率半導(dǎo)體開關(guān)和無源電抗元件
1.3.1 不可控開關(guān)――功率二極管
1.3.2 半可控開關(guān)(晶閘管)
1.3.3 可控開關(guān)
1.3.4 氮化鎵(GaN)開關(guān)技術(shù)
1.3.5 功率開關(guān)的能耗
1.3.6 無源電抗元件
1.3.7 超級電容器
1.4 占空比控制的恒定開關(guān)頻率變換器的基本穩(wěn)態(tài)分析
1.4.1 基本DC-DC變換器的輸入/輸出電壓比
1.4.2 連續(xù)和斷續(xù)導(dǎo)通工作模式
1.4.3 基本變換器的元件設(shè)計(jì)
1.4.4 占空比控制(PWM)的控制器
1.4.5 變換效率, 硬開關(guān)和軟開關(guān)
1.5 開關(guān)電容(SC)變換器簡介
1.6 頻率控制的變換器
1.6.1 諧振變換器
1.6.2 準(zhǔn)諧振變換器(QRC)
1.7 AC-DC整流器和DC-AC逆變器概述
1.7.1 整流器
1.7.2 逆變器
1.8 范例分析
1.8.1 范例1
1.8.2 范例2
1.8.3 范例3
1.9 本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第2章 DC-DC變換器建模
2.1 功率級建模的目的
2.2 平均狀態(tài)空間方程和低紋波近似(時(shí)間線性化)
2.3 針對CCM工作的變換器, 基于平均狀態(tài)空間方程的直流電壓增益和
交流小信號開環(huán)傳遞函數(shù)
2.3.1 直流電壓增益和交流開環(huán)干線負(fù)載電壓的傳遞函數(shù)
2.3.2 小信號近似的占空比輸出電壓的交流傳遞函數(shù)
2.3.3 CCM工作的Boost、 Buck以及Buck-Boost變換器的直流增益和交流小信號開環(huán)
傳遞函數(shù)
2.3.4* CCM工作的Boost、 Buck以及Buck-Boost變換器的圖解平均模型
2.3.5* CCM工作的DC-DC變換器正則圖解的平均模型
2.4 針對DCM工作的變換器, 基于平均狀態(tài)空間方程的直流電壓增益和
交流小信號開環(huán)傳遞函數(shù)
2.4.1 降階的平均模型
2.4.2* 全階平均模型
2.5* 平均PWM開關(guān)模型
2.5.1 連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)工作的變換器的平均PWM開關(guān)模型
2.5.2 斷續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)工作的變換器的平均PWM開關(guān)模型
2.6 開關(guān)電阻和二極管正向電壓的平均模型, PWM平均模型
2.6.1 開關(guān)直流電阻和二極管正向電壓的平均模型
2.6.2 PWM平均模型
2.7* 準(zhǔn)諧振變換器的直流和小信號分析用平均諧振開關(guān)模型
2.7.1 零電流(ZC)諧振開關(guān)的平均模型
2.7.2 零電壓(ZV)諧振開關(guān)的平均模型
2.7.3 ZCS準(zhǔn)諧振變換器的直流分析和開環(huán)小信號傳遞函數(shù)
2.7.4 ZVS準(zhǔn)諧振變換器的直流分析和開環(huán)小信號傳遞函數(shù)
2.8 電力電子電路仿真和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
2.9 范例分析
2.10 本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第3章 傳統(tǒng)DC-DC PWM硬開關(guān)變換
3.1 Buck DC-DC PWM硬開關(guān)變換器
3.1.1 電感器直流阻抗的影響
3.1.2 邊界控制
3.1.3 考慮電感電流紋波以及電容ESR時(shí), CCM工作的Buck變換器的損耗計(jì)算
3.1.4 CCM工作的Buck變換器設(shè)計(jì)
3.1.5 帶輸入濾波器的Buck變換器
3.1.6 DCM工作的Buck變換器的穩(wěn)態(tài)分析綜述
3.1.7 DCM工作的Buck變換器設(shè)計(jì)
3.1.8* Buck變換器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特點(diǎn)
3.2 Boost DC-DC PWM硬開關(guān)變換器
3.2.1 穩(wěn)態(tài)CCM工作的Boost變換器
3.2.2 穩(wěn)態(tài)DCM工作的Boost變換器
3.2.3* Boost變換器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特點(diǎn)
3.3 Buck-Boost DC-DC PWM硬開關(guān)變換器
3.3.1 穩(wěn)態(tài)CCM工作的Buck-Boost變換器
3.3.2 穩(wěn)態(tài)DCM工作的Buck-Boost變換器
3.3.3* Buck-Boost變換器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特點(diǎn)
3.4 uk升降壓型(Boost-Buck)DC-DC PWM硬開關(guān)變換器
3.4.1 uk變換器的推導(dǎo)和開關(guān)工作
3.4.2 CCM工作的uk變換器的穩(wěn)態(tài)分析及設(shè)計(jì)
3.4.3* 存在寄生電阻的uk變換器直流電壓增益和交流小信號特性
3.4.4 設(shè)計(jì)實(shí)例和市售uk變換器
3.4.5* uk變換器的DCM工作
3.4.6* 帶耦合電感的uk變換器
3.5 SEPIC PWM硬開關(guān)變換器
3.5.1 CCM工作的SEPIC變換器
3.5.2 CCM工作的SEPIC變換器的穩(wěn)態(tài)分析
3.5.3* CCM工作的SEPIC變換器的小信號分析
3.5.4 市售SEPIC變換器: 實(shí)例研究
3.5.5* DCM工作的SEPIC變換器
3.5.6* DICM工作的SEPIC變換器的交流分析
3.5.7* 隔離型SEPIC變換器
3.6 Zeta(反向SEPIC)PWM硬開關(guān)變換器
3.6.1 CCM工作的Zeta變換器
3.6.2 CCM工作的Zeta變換器的穩(wěn)態(tài)分析
3.6.3* CCM工作的SEPIC變換器的小信號分析
3.6.4 設(shè)計(jì)案例和范例分析
3.6.5* DCM工作的Zeta變換器
3.6.6* 隔離型Zeta變換器
3.7 正激變換器(正向變換器)
3.7.1 DC-DC變換器結(jié)構(gòu)中高頻變壓器的作用
3.7.2 正激變換器的推導(dǎo)
3.7.3 CCM工作的正激變換器
3.7.4 DCM工作的正激變換器和CCM與DCM的設(shè)計(jì)考慮
3.7.5* 多路輸出正激變換器
3.7.6* 其他的磁芯復(fù)位策略
3.7.7 實(shí)用設(shè)計(jì)案例: 范例分析
3.8* 隔離型uk變換器
3.9 反激變換器
3.9.1 反激變換器推導(dǎo)
3.9.2 反激變換器的CCM和DCM工作
3.9.3 耦合電感器漏感的影響
3.9.4* 反激變換器的小信號模型
3.9.5 反激變換器的設(shè)計(jì): 范例分析――實(shí)際考慮
3.10 推挽變換器
3.10.1 降壓型的推挽變換器(電壓驅(qū)動(dòng))
3.10.2 CCM下的推挽變換器
3.10.3 推挽變換器中的非理想因素
3.10.4 DCM工作
3.10.5* 升壓型的推挽變換器(電流驅(qū)動(dòng))
3.10.6 設(shè)計(jì)實(shí)例
3.11 半橋變換器
3.11.1 Buck半橋變換器拓?fù)?br />
3.11.2 CCM工作
3.11.3 輸入到輸出電壓變換比和CCM工作的半橋變換器設(shè)計(jì)
3.11.4 實(shí)際問題
3.11.5 DCM工作
3.11.6* 電流驅(qū)動(dòng)半橋變換器
3.12 全橋變換器
3.12.1 全橋拓?fù)?br />
3.12.2 Buck全橋變換器的CCM工作
3.12.3 輸入/輸出電壓變換比和CCM工作的Buck全橋變換器的設(shè)計(jì)
3.12.4 實(shí)際問題
3.12.5* 其他晶體管控制方式: 移相控制
3.12.6* 電流驅(qū)動(dòng)型全橋變換器
3.13 本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第4章 DC-DC變換器的衍生結(jié)構(gòu)
4.1 推挽、 半橋和全橋變換器的倍流整流器(Current Doubler Rectifier, CDR)
4.1.1 倍流整流器的周期運(yùn)行
4.1.2 具有倍流整流器(CDR)的變換器的電壓變換比
4.1.3 電流紋波率
4.1.4* 其他結(jié)構(gòu)的倍流整流器(CDR)
4.1.5 倍流整流器的缺點(diǎn)
4.1.6* 三倍流或多倍流整流器
4.2 倍壓和多倍壓整流器
4.2.1 全波橋式倍壓整流器
4.2.2 Greinacher倍壓整流器
4.2.3 三倍壓器及常規(guī)的Cockcroft-Walton多倍壓器
4.2.4* 單電容倍壓器
4.2.5 斐波那契開關(guān)電容多倍壓器
4.2.6 分壓器
4.2.7* “經(jīng)濟(jì)”電源和4×8電源
4.3 二次變換器
4.3.1 二次Buck變壓器
4.3.2* Buck-Boost二次變換器(占空比<0.5)
4.4* 雙開關(guān)Buck-Boost變換器
4.4.1 升降壓交錯(cuò)式雙開關(guān)Buck-Boost變換器
4.4.2 正輸出電壓的Z源Buck-Boost變換器
4.5* 開關(guān)電容/開關(guān)電感集成的基本變換器
4.5.1 基于開關(guān)電容/開關(guān)電感結(jié)構(gòu)的變換器系列
4.5.2 KY變換器
4.5.3 Watkin-Johnson變換器
4.6* Sheppard-Taylor變換器
4.6.1 連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)工作
4.6.2 斷續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)工作
4.6.3 隔離型Sheppard-Taylor變換器
4.7* 有源開關(guān)電壓應(yīng)力低的變換器
4.7.1 具有Vin/2初級開關(guān)電壓應(yīng)力的四開關(guān)全橋型變換器
4.7.2 初級側(cè)開關(guān)應(yīng)力為三分之一輸入電壓的變換器
4.7.3 三電平Boost變換器
4.8* 電感帶抽頭的變換器
4.8.1 電感帶抽頭的Buck變換器和VRM(電壓調(diào)節(jié)模塊)
4.8.2 電感帶抽頭的Boost變換器
4.9* 有中心抽頭電感的電流驅(qū)動(dòng)雙橋變換器
4.10 本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
術(shù)語表