脈寬調制DC-DC功率變換 電路、動態(tài)特性與控制設計
定 價:139 元
叢書名:電子科學與工程系列圖書
- 作者:[韓]崔秉周(Byungcho Choi)
- 出版時間:2018/8/1
- ISBN:9787111603252
- 出 版 社:機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TN624
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
《脈寬調制DC-DC功率變換——電路、動態(tài)特性與控制設計》是涉及脈寬調制(PWM)DC-DC功率變換技術的性參考書。
本書為功率電子學領域工程師、研究人員和學生理解PWM DC-DC變換器提供全面而完整的指南。全書分為三個部分,闡述了PWM DC-DC變換器電路和工作原理及其動態(tài)特性,同時也深度討論了PWM DC-DC變換器控制設計。主要內容包括:DC-DC變換器基礎;DC-DC變換器電路;動態(tài)建模;功率級動態(tài)特性;閉環(huán)性能;電壓模控制及反饋設計;電流?刂萍把a償設計;電流?刂频牟蓸有。
《脈寬調制DC-DC功率變換——電路、動態(tài)特性與控制設計》提供完整的個性化測試題和仿真結果,以及可下載的PPT文件和可直接運行的PSpice程序(下載地址:http://booksupport.wiley.com)。本書對于專業(yè)領域的工程師、本科生和研究生來說是一本理想的參考書
《脈寬調制DC-DC功率變換——電路、動態(tài)特性與控制設計》根據(jù)技術內容及目標讀者不同分為3個部分。前4章涵蓋脈寬調制(PWM)DC-DC變換器的靜態(tài)特性,專注于穩(wěn)態(tài)時域操作。這部分主要是針對首次接觸到電力電子學的本科生。有經驗的工程師或研究生可以快速瀏覽或跳過該部分的一些章節(jié)。
本書的第二部分是接下來的5章。這部分對PWM DC-DC變換器的動態(tài)特性進行了分析。第二部分涵蓋了PWM DC-DC變換器的建模、動態(tài)特性分析與控制設計。雖然大部分內容適合有一定學術背景的初級或高年級學生,但是對于沒有經驗的本科生而言,可以忽略其中一些較深的主題。這部分內容可以作為工作于PWM DC-DC變換器的建模和控制領域的工程師們的參考。
本書的第三部分(后面2章)講的是PWM DC-DC變換器的一個非常重要的主題——電流?刂啤_@部分介紹了電流?刂频墓δ芑A、動態(tài)建模和分析、補償設計和應用。其中一章完整地探討了電流?刂频牟蓸有1緯牡谌糠质轻槍τ薪涷灥墓こ處熀脱芯可。工程師可能會對電流?刂朴猩钊氲牧私。對于研究生來說,這部分可以作為他們對相關主題開展研究的基礎。
電力電子領域包含處理電力變換所涉及的所有工程和科學領域。每一個特定電力電子領域都有各自的理論框架、基本原理、分析方法和工程學科。因此,每一個特定電力電子領域都需要專門針對該領域的特定知識、技能和專業(yè),以及堅實的電氣工程背景!睹}寬調制DC-DC功率變換——電路、動態(tài)特性與控制設計》就是為了滿足那些工作在電力電子某一特定領域(即PWM DC-DC功率變換)的學生、研究人員和工程師的需求而編寫的。
《脈寬調制DC-DC功率變換——電路、動態(tài)特性與控制設計》主要是一本面向本科生的教材,他們正開始專注于PWM DC-DC功率變換方向的電力電子研究。本書對PWM DC-DC變換器有更專門的處理方法,是現(xiàn)有教科書的一種補充。本書也是工作在PWM DC-DC變換器建模、分析與控制領域的研究生和工程師的參考書。
本書根據(jù)技術內容及目標讀者不同分為三個部分。前4章涵蓋PWM DC-DC變換器的靜態(tài)特性,專注于穩(wěn)態(tài)時域操作。這部分主要是針對第一次接觸到電力電子學的本科生。有經驗的工程師或研究生可以快速瀏覽或跳過該部分的一些章節(jié)。
本書的第二部分是接下來的5章。這部分對PWM DC-DC變換器的動態(tài)特性進行了分析。第二部分涵蓋了PWM DC-DC變換器的建模、動態(tài)特性分析與控制設計。雖然大部分內容適合有一定學術背景的初級或高年級學生,但是對于沒有經驗的本科生而言,可以忽略其中一些較深的主題。這部分內容可以作為工作于PWM DC-DC變換器的建模和控制領域的工程師們的參考。
最后2章講的是PWM DC-DC變換器的一個非常重要的主題——電流模控制。這部分介紹了電流?刂频墓δ芑A、動態(tài)建模和分析、補償設計和應用。其中一章完整地探討了電流模控制的采樣效應。本書的最后一部分是針對有經驗的工程師和研究生的。工程師可能會對電流模控制有深入的了解。對于研究生來說,這部分可以作為他們對相關主題開展研究的基礎。
《脈寬調制DC-DC功率變換——電路、動態(tài)特性與控制設計》適合作為本科生或研究生一個學期的電力電子學課程教材。典型的本科生和研究生課程的教學大綱將包含如下內容。
本科生課程第1章:PWM DC-DC功率變換第2章:功率級元器件第3章:Buck變換器第4章:DC-DC功率變換器電路第5章:PWM DC-DC變換器建模第6章:功率級傳遞函數(shù)第8章:閉環(huán)性能和反饋補償研究生課程第3章:Buck變換器第5章:PWM DC-DC變換器建模第7章:PWM DC-DC變換器的動態(tài)性能第8章:閉環(huán)性能和反饋補償?shù)?章:PWM變換器的建模、分析與設計的實際考慮第10章:電流?刂啤δ芑A及經典分析第11章:電流?刂啤蓸有靶滦涂刂圃O計流程在編寫本書的過程中,在如下兩個方面做出特別努力:
1)盡可能采用計算機仿真作為輔助工具來證明理論研究的有效性和分析預測的準確性。
2)提出了可以直接運用于實踐的技術內容;給出了帶工程細節(jié)的變換器設計案例,以致每個設計可以立即用于實踐。
以下材料用于輔助使用這本書來學習和講授PWM DC-DC變換器的學生和教師。
章后習題:除第1章外的每一章包含大量習題來強化正文中的技術內容。這些習題按照它們的重要性及其意義分為不同等級,不一定體現(xiàn)在難度上。帶星號“*”的習題是重要習題,而帶雙星號“**”的習題是更重要、更基礎的習題。
在線教學與學習輔助:授課用的PPT文件通過鏈接http://booksupportwileycom下載。用于模擬仿真的PSpice代碼也可以通過相同的地址獲取。
作者對許多幫助改進本書技術內容的人深表感激。尤其是,電流?刂普鹿(jié)深受作者在弗吉尼亞理工學院和弗吉尼亞州立大學的學習和研究經歷的影響。作者對與上述工作相關的人表示特別的感謝,在寫本書時這些工作是非常有價值的參考。每一章末尾都給出了有關參考文獻的清單。最熱誠的感謝要給予作者的大女兒Jieyeon(她成功地進入電子電子領域,并成為一名優(yōu)秀的工程師),她為完成本書提供了大量技術支持和編輯幫助。
《脈寬調制DC-DC功率變換——電路、動態(tài)特性與控制設計》內容源于作者在韓國大邱慶國大學(KNU)過去10年里的講課資料。作者要感謝KNU的學生們,是他們鼓勵作者承擔編寫本書的任務。本書的有些材料也源于作者主講的多個電力電子工業(yè)短期課程。作者還要對參與短期課程的工程師們表示感謝,是他們提供了寶貴的反饋意見。
Byungcho Choi韓國大邱
Byungcho Choi是韓國大邱慶北國立大學電子工程與計算機科學學院教授。他在弗吉尼亞州布萊克斯堡的弗吉尼亞理工大學獲得博士學位。在過去的20年里,Choi博士一直在PWM DC-DC功率變換領域從事相關的教學與研究工作。
譯者序
原書前言
第一部分DC-DC功率變換電路
第1章PWM DC-DC功率變換2
1.1PWM DC-DC功率變換2
1.1.1DC-DC功率變換2
1.1.2PWM技術4
1.2DC-DC功率變換系統(tǒng)4
1.3PWM DC-DC變換器的特性和問題6
1.4本章重點7
參考文獻8
第2章功率級元器件9
2.1半導體開關9
2.1.1MOSFET9
2.1.2二極管10
2.1.3作為單刀雙擲開關的MOSFET-二極管對11
2.2能量存儲與傳輸器件12
2.2.1電感器12
2.2.2電容器18
2.2.3變壓器23
2.3實際應用中的開關電路28
2.3.1電磁閥驅動電路28
2.3.2電容器充電電路32
2.4小結37
參考文獻38
習題38
第3章Buck變換器54
3.1理想的降壓DC-DC功率變換54
3.2Buck變換器:降壓DC-DC變換器56
3.2.1Buck變換器的演變56
3.2.2頻域分析57
3.3Buck變換器的啟動瞬態(tài)59
3.3.1分段線性分析59
3.3.2啟動響應60
3.4穩(wěn)態(tài)中的Buck變換器61
3.4.1電路分析技巧61
3.4.2穩(wěn)態(tài)分析62
3.4.3輸出電壓紋波的估算64
3.5不連續(xù)導通模式(DCM)中的Buck變換器69
3.5.1DCM工作的緣由69
3.5.2DCM工作的條件71
3.5.3DCM的穩(wěn)態(tài)工作73
3.6Buck變換器的閉環(huán)控制77
3.6.1閉環(huán)反饋控制器77
3.6.2閉環(huán)控制Buck變換器的響應80
3.7小結85
參考文獻86
習題86
第4章DC-DC功率變換器電路97
4.1Boost變換器97
4.1.1Boost變換器的演變97
4.1.2CCM的穩(wěn)態(tài)分析99
4.1.3DCM的穩(wěn)態(tài)分析103
4.1.4寄生電阻對電壓增益的影響104
4.2Buck/Boost變換器107
4.2.1Buck/Boost變換器的演變107
4.2.2CCM的穩(wěn)態(tài)分析109
4.2.3DCM的穩(wěn)態(tài)分析112
4.3三種基本變換器的結構及電壓增益113
4.4反激變換器:變壓器隔離Buck/Boost變換器115
4.4.1反激變換器的演變116
4.4.2CCM的穩(wěn)態(tài)分析117
4.4.3DCM的穩(wěn)態(tài)分析120
4.5橋式Buck衍生隔離DC-DC變換器122
4.5.1開關網絡及多繞組變壓器123
4.5.2全橋變換器126
4.5.3半橋變換器130
4.5.4推挽變換器130
4.6正激變換器134
4.6.1基本工作原理134
4.6.2第三繞組復位的正激變換器138
4.6.3雙開關正激變換器142
4.7小結145
參考文獻145
習題146
第二部分PWM DC-DC變換器的建模、動態(tài)特性與設計
第5章PWM DC-DC變換器建模162
5.1PWM變換器建模概述162
5.2平均功率級動態(tài)特性164
5.2.1狀態(tài)空間平均165
5.2.2電路平均170
5.2.3電路平均技術的一般化177
5.2.4電路平均和狀態(tài)空間平均178
5.3線性化平均功率級動態(tài)特性179
5.3.1非線性函數(shù)和小信號模型的線性化179
5.3.2PWM開關的小信號模型——PWM開關模型180
5.3.3變換器功率級的小信號模型182
5.4變換器功率級的頻率響應184
5.4.1功率級的正弦響應184
5.4.2功率級的頻率響應和s域小信號模型187
5.5PWM模塊的小信號增益188
5.6PWM DC-DC 變換器的小信號模型189
5.6.1電壓反饋電路190
5.6.2PWM變換器的小信號模型191
5.7小結193
參考文獻193
習題194
第6章功率級傳遞函數(shù)198
6.1傳遞函數(shù)的伯德圖198
6.1.1基本定義198
6.1.2乘數(shù)因子的伯德圖200
6.1.3傳遞函數(shù)的伯德圖構建208
6.1.4從伯德圖推導傳遞函數(shù)211
6.2Buck變換器的功率級傳遞函數(shù)213
6.2.1輸入-輸出傳遞函數(shù)213
6.2.2占空比-輸出傳遞函數(shù)216
6.2.3負載電流-輸出傳遞函數(shù)219
6.3Boost 變換器的功率級傳遞函數(shù)220
6.3.1輸入-輸出傳遞函數(shù)220
6.3.2占空比-輸出傳遞函數(shù)和右半平面零點221
6.3.3負載電流-輸出傳遞函數(shù)224
6.3.4右半平面零點的物理起源225
6.4Buck/Boost變換器的功率級傳遞函數(shù)228
6.5小信號分析的經驗方法230
6.6小結232
參考文獻234
習題234
第7章PWM DC-DC變換器的動態(tài)性能241
7.1穩(wěn)定性241
7.2頻域性能準則243
7.2.1環(huán)路增益243
7.2.2音頻敏感度244
7.2.3輸出阻抗245
7.3時域性能準則246
7.3.1階躍負載響應246
7.3.2階躍輸入響應247
7.4DC-DC變換器的穩(wěn)定性248
7.4.1線性時不變系統(tǒng)的穩(wěn)定性248
7.4.2DC-DC變換器的小信號穩(wěn)定性249
7.5奈奎斯特準則249
7.6相對穩(wěn)定性:增益裕度和相位裕度254
7.7小結259
參考文獻260
習題260
第8章閉環(huán)性能和反饋補償267
8.1漸近分析法267
8.1.1漸近分析法的概念267
8.1.2漸近分析法的示例269
8.2頻域性能274
8.2.1音頻敏感度275
8.2.2輸出阻抗276
8.3電壓反饋補償和環(huán)路增益278
8.3.1單積分器的問題278
8.3.2電壓反饋補償280
8.4補償設計和閉環(huán)性能282
8.4.1電壓反饋補償和回路增益282
8.4.2反饋補償設計指南284
8.4.3電壓反饋補償和閉環(huán)性能286
8.4.4相位裕度和閉環(huán)性能295
8.4.5補償零點和瞬態(tài)響應速度300
8.4.6階躍負載響應302
8.4.7非最小相位系統(tǒng)案例:Boost和Buck/Boost變換器306
8.5小結309
參考文獻310
習題310
第9章PWM變換器的建模、分析與設計的實際考慮329
9.1PWM變換器模型的一般化329
9.1.1帶寄生電阻的變換器建模330
9.1.2DCM工作中PWM變換器的建模和分析335
9.1.3隔離PWM變換器的建模343
9.2帶實際電壓源系統(tǒng)的DC-DC變換器的設計和分析348
9.2.1音頻敏感性分析349
9.2.2穩(wěn)定性分析350
9.2.3穩(wěn)壓DC-DC變換器的輸入阻抗357
9.2.4源阻抗引起不穩(wěn)定性的起因360
9.2.5源阻抗的控制設計361
9.2.6源