隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，其技術(shù)已廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、通信、工業(yè)加工和航天航空等領(lǐng)域。因此，從事電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)和研究的高校師生以及從事電力電子技術(shù)研發(fā)的工程技術(shù)人員都迫切需要理論性、實用性強(qiáng)的學(xué)習(xí)資料，這便是我們向同行介紹本書的用意所在。
本書是目前行業(yè)公認(rèn)的、*具權(quán)威的電力電子技術(shù)指導(dǎo)著作之一《電力電子基礎(chǔ)》的再版，介紹了電力電子技術(shù)的諸多方面，為高校師生和工程技術(shù)人員在可再生能源與可替代能源領(lǐng)域的研究及應(yīng)用提供了基礎(chǔ)的文本資料，以此來幫助解決不常見且具有挑戰(zhàn)性的問題。為了與實際應(yīng)用相結(jié)合，本書不僅注重介紹該領(lǐng)域的熱點和具有前景性的電路應(yīng)用，而且將電路分析和設(shè)計結(jié)合在一起，通過應(yīng)用案例加以分析，從而使讀者更容易理解吸收。本書表達(dá)嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范，材料全面、系統(tǒng)，因此是電力電子技術(shù)原理分析與實際電路設(shè)計結(jié)合得非常好的一本書。
需要說明的是，《電力電子基礎(chǔ)》是由美國伊利諾伊大學(xué)電氣與計算機(jī)工程系Philip T. Krein教授編寫，共兩個版本。本書是基于英文第2版的中譯版，電路中的符號均采用第2版原版形式。
Copyright 2015 by Oxford University Press
Elements of Power Electronics was originally published in English in 2015. This translation is published by arrangement with Oxford University Press. China Machine Press is solely responsible for this translation from the original work and Oxford University Press shall have no liability for any errors, omissions or inaccuracies or ambiguities in such translation or for any losses caused by reliance thereon.
北京市版權(quán)局著作權(quán)合同登記 圖字：01-2018-8101號。
目 錄
譯者序
前言
第Ⅰ部分 基本原理
第1章 電力電子與能源革命 1
1.1 電氣工程的能源基礎(chǔ)知識 1
1.2 電力電子學(xué)是什么？ 3
1.3 電能轉(zhuǎn)換的需求 4
1.4 歷史 5
1.4.1 整流器和二極管 5
1.4.2 逆變器和功率晶閘管 6
1.4.3 電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用 7
1.4.4 電源與dc-dc轉(zhuǎn)換 8
1.4.5 可替代能源處理 10
1.4.6 能源的未來——電力電子革命 11
1.4.7 總結(jié)與未來發(fā)展 12
1.5 電能轉(zhuǎn)換的目標(biāo)和方法 13
1.5.1 基本目標(biāo) 13
1.5.2 效率目標(biāo)——開關(guān)器件 14
1.5.3 可靠性目標(biāo)—簡化與集成 14
1.5.4 重要變量和符號 15
1.6 開關(guān)功率變換器的能量分析 16
1.6.1 一段時間的能量守恒 16
1.6.2 dc-dc變換器的能量流動和
動作 18
1.6.3 整流器的能量流動和動作 21
1.7 電力電子應(yīng)用—通用能源推動者 24
1.7.1 光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 24
1.7.2 風(fēng)能體系結(jié)構(gòu) 25
1.7.3 潮汐能體系結(jié)構(gòu) 27
1.7.4 電氣化交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 28
1.8 回顧 29
習(xí)題 30
參考文獻(xiàn) 33
第2章 開關(guān)變換與分析 35
2.1 引言 35
2.2 組合傳統(tǒng)電路與開關(guān)器件 36
2.2.1 關(guān)注構(gòu)成變換器的開關(guān)器件 36
2.2.2 基于配置的分析 38
2.2.3 作為設(shè)計工具的開關(guān)矩陣 39
2.3 基爾霍夫定律的存在 41
2.3.1 切換沖突帶來的挑戰(zhàn) 41
2.3.2 電壓源與電流源的互連 42
2.3.3 短期與長期的違規(guī)操作 43
2.3.4 電感電壓和電容電流平均值
的理解 43
2.3.5 電源轉(zhuǎn)換 44
2.4 開關(guān)函數(shù)及其應(yīng)用 45
2.5 功率開關(guān)器件綜述 48
2.5.1 實際的開關(guān)器件 48
2.5.2 受限開關(guān) 49
2.5.3 典型器件及其功能 50
2.6 包含二極管電路的配置方式 53
2.7 基于開關(guān)動作的變換器控制 59
2.8 等效電源法 60
2.9 仿真 62
2.10 總結(jié)與回顧 62
習(xí)題 64
參考文獻(xiàn) 66
第Ⅱ部分 變換器及其應(yīng)用
第3章 dc-dc變換器 67
3.1 dc-dc變換的重要性 67
3.2 為何不使用分壓器 68
3.3 線性穩(wěn)壓器 69
3.3.1 穩(wěn)壓電路 69
3.3.2 調(diào)節(jié)措施 71
3.4 直接dc-dc變換器和濾波器 72
3.4.1 buck變換器 72
3.4.2 boost變換器 75
3.4.3 功率濾波器設(shè)計 77
3.4.4 不連續(xù)模式和臨界電感 80
3.5 間接dc-dc變換器 87
3.5.1 buck-boost變換器 87
3.5.2 boost-buck變換器 90
3.5.3 反激式變換器 91
3.5.4 SEPIC、Zeta和其他間接
變換器 94
3.5.5 間接變換器中的功率
濾波器 95
3.5.6 間接變換器中的不連續(xù)
模式 96
3.6 正激變換器與隔離 100
3.6.1 基本的變壓器運(yùn)行過程 100
3.6.2 正激變換器的一般注意
事項 101
3.6.3 帶捕獲繞組的正激變換器 102
3.6.4 帶有交流鏈路的正激
變換器 103
3.6.5 Boost派生（電流饋電）
正激變換器 105
3.7 雙向變換器 106
3.8 dc-dc變換器設(shè)計問題和實例 107
3.8.1 上端開關(guān)器件的挑戰(zhàn) 107
3.8.2 電阻和正向?qū)▔航档?br>限制 108
3.8.3 調(diào)節(jié)率 110
3.8.4 太陽能接口變換器 112
3.8.5 電動卡車接口變換器 113
3.8.6 通信電源 115
3.9 應(yīng)用探討 116
3.10 總結(jié) 117
習(xí)題 119
參考文獻(xiàn) 123
附加書目 125
第4章 整流器和開關(guān)電容電路 126
4.1 介紹 126
4.2 整流器概述 126
4.3 經(jīng)典整流器—運(yùn)行與分析 127
4.4 相控整流器 133
4.4.1 不可控整流的情況 133
4.4.2 可控整流橋和中點整流器 137
4.4.3 多相橋式整流器 143
4.4.4 整流器的濾波 147
4.4.5 非連續(xù)導(dǎo)通模式 150
4.5 有源整流器 153
4.5.1 boost整流器 153
4.5.2 非連續(xù)模式反激變換器和相關(guān)
變換器—有源整流器 158
4.5.3 多相有源整流器 160
4.6 開關(guān)電容變換器 162
4.6.1 電容之間的電荷交換 162
4.6.2 電容與開關(guān)矩陣 163
4.6.3 倍壓電路 164
4.7 電壓和電流倍增器 166
4.8 變換器設(shè)計實例 167
4.8.1 風(fēng)電功率整流器 167
4.8.2 電力系統(tǒng)控制和高壓
直流系統(tǒng) 169
4.8.3 固態(tài)照明 170
4.8.4 車載有源電池充電器 172
4.9 應(yīng)用討論 175
4.10 總結(jié) 176
習(xí)題 178
參考文獻(xiàn) 183
第5章 逆變器 185
5.1 概述 185
5.2 逆變器的諸多考慮因素 185
5.3 電壓源逆變器及其控制方法 188
5.4 脈寬調(diào)制 191
5.4.1 概述 191
5.4.2 構(gòu)建脈寬調(diào)制波形 194
5.4.3 脈寬調(diào)制的缺點 196
5.4.4 多電平脈寬調(diào)制 197
5.4.5 PWM調(diào)制下逆變器的
輸入電流 199
5.5 三相逆變器和空間矢量調(diào)制 200
5.6 電流源逆變器 205
5.7 濾波器和逆變器 206
5.8 逆變器設(shè)計示例 208
5.8.1 太陽能接口電路 208
5.8.2 不間斷電源 209
5.8.3 用于電動汽車的高性能
驅(qū)動器 211
5.9 應(yīng)用討論 213
5.10 總結(jié) 214
習(xí)題 215
參考文獻(xiàn) 217
附加書目 218
第 Ⅲ 部分 實際電力電子元件及其特性
第6章 電源和負(fù)載 219
6.1 引言 219
6.2 實際負(fù)載 220
6.2.1 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)負(fù)載 220
6.2.2 瞬態(tài)負(fù)載 222
6.2.3 應(yīng)對負(fù)載變化—動態(tài)調(diào)節(jié) 223
6.3 導(dǎo)線電感 224
6.4 臨界值和案例分析 226
6.5 實際源接口 229
6.5.1 源的阻抗特性 229
6.5.2 直流源接口 230
6.5.3 交流源接口 232
6.6 電池的電源特性 237
6.6.1 鉛酸電池 238
6.6.2 鎳電池 239
6.6.3 鋰離子電池 240
6.6.4 基礎(chǔ)比較 240
6.7 燃料電池和太陽能電池的電源
特性 242
6.7.1 燃料電池 242
6.7.2 太陽能電池 243
6.8 設(shè)計實例 244
6.8.1 風(fēng)電場互聯(lián)問題 244
6.8.2 旁路電容的好處 245
6.8.3 升壓型有源整流器功率因數(shù)校
正的接口 246
6.8.4 小型便攜式設(shè)備的鋰離子電池
充電器 247
6.9 應(yīng)用探討 250
6.10 回顧 251
習(xí)題 252
參考文獻(xiàn) 255
第7章 電容和電阻 257
7.1 簡介 257
7.2 電容的種類及其等效電路 257
7.2.1 主要類型 257
7.2.2 等效電路 259
7.2.3 阻抗特性 261
7.2.4 單介質(zhì)電容的類型和材料 262
7.2.5 電解電容 263
7.2.6 雙層電容 265
7.3 等效串聯(lián)電阻的影響 265
7.4 等效串聯(lián)電感的影響 268
7.5 導(dǎo)線電阻 269
7.5.1 導(dǎo)線尺寸 269
7.5.2 線路和母線 272
7.5.3 溫度和頻率的影響 273
7.6 電阻 274
7.7 設(shè)計舉例 275
7.7.1 單相逆變器的能量 275
7.7.2 低壓dc-dc變換器中的并聯(lián)
電容 276
7.7.3 應(yīng)用加熱燈的電阻管理 278
7.8 應(yīng)用討論 279
7.9 簡要回顧 280
習(xí)題 280
參考文獻(xiàn) 283
附加書目 284
第8章 面向電力電子的磁理論 285
8.1 引言 285
8.2 磁近似下的麥克斯韋方程組 285
8.3 材料和性能 286
8.4 磁路 287
8.4.1 磁路等效 287
8.4.2 電感 288
8.4.3 理想變壓器和實際變壓器 293
8.5 磁滯回線和損耗 295
8.6 磁飽和約束條件 298
8.6.1 飽和極限 298
8.6.2 綜合設(shè)計注意事項 300
8.7 設(shè)計案例 302
8.7.1 磁芯材料和幾何結(jié)構(gòu) 302
8.7.2 變壓器的補(bǔ)充討論 305
8.7.3 混合動力汽車升壓電感 306
8.7.4 建筑一體化太陽能變換器 307
8.7.5 小型衛(wèi)星型隔離變換器 311
8.8 應(yīng)用討論 314
8.9 小結(jié) 316
習(xí)題 318
參考文獻(xiàn) 320
第9章 變換器中的功率半導(dǎo)體器件 322
9.1 引言 322
9.2 開關(guān)器件狀態(tài) 322
9.3 靜態(tài)模型 324
9.4 開關(guān)能量損耗及實例 329
9.4.1 一般損耗分析 329
9.4.2 換流過程中的能量損耗 330
9.4.3 實例 333
9.5 功率半導(dǎo)體的簡單導(dǎo)熱模型 336
9.6 作為功率器件的P-N結(jié) 340
9.7 P-N結(jié)二極管及其替代技術(shù) 342
9.8 晶閘管 343
9.9 場效應(yīng)晶體管 346
9.10 絕緣柵雙極型晶體管 349
9.11 集成門極換流晶閘管及其組合
器件 351
9.12 復(fù)合半導(dǎo)體和寬帶隙半導(dǎo)體的
影響 351
9.13 緩沖電路 352
9.13.1 引言 352
9.13.2 有損關(guān)斷緩沖電路 353
9.13.3 有損導(dǎo)通緩沖電路 356
9.13.4 組合式無損緩沖電路 359
9.14 設(shè)計實例 359
9.14.1 用于磁盤驅(qū)動器的升壓
變換器 360
9.14.2 電動汽車逆變器的損耗
估算 365
9.14.3 高性能器件 367
9.15 應(yīng)用討論 368
9.16 回顧 369
習(xí)題 372
參考文獻(xiàn) 375
附加書目 376
第10章 功率半導(dǎo)體的器件接口技術(shù) 377
10.1 簡介 377
10.2 柵極驅(qū)動 378
10.2.1 概述 378
10.2.2 電壓控制柵極 378
10.2.3 脈沖電流門極驅(qū)動 381
10.2.4 其他晶閘管 384
10.3 隔離與高壓側(cè)開關(guān) 385
10.4 P溝道器件應(yīng)用及直通 389
10.5 電力電子器件的傳感器 390
10.5.1 阻性傳感器 390
10.5.2 帶柵極驅(qū)動的集成傳感
方式 392
10.5.3 非接觸傳感器 394
10.6 設(shè)計舉例 397
10.6.1 dc-dc電池充電器的柵極
考慮 397
10.6.2 柵極驅(qū)動阻抗需求 398
10.6.3 霍爾傳感器精度分析 398
10.7 應(yīng)用討論 399
10.8 簡要回顧 399
習(xí)題 401
參考文獻(xiàn) 403
附加書目 403
第 Ⅳ 部分 控制方面
第11章 變換器的反饋控制概述 405
11.1 介紹 405
11.2 調(diào)節(jié)與控制問題 406
11.2.1 介紹 406
11.2.2 定義調(diào)節(jié)問題 406
11.2.3 控制問題 407
11.3 反饋控制原理論述 407
11.3.1 開環(huán)控制和閉環(huán)控制 407
11.3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 409
11.3.3 系統(tǒng)增益和拉普拉斯變換 410
11.3.4 系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和頻域表示 412
11.3.5 系統(tǒng)穩(wěn)定性 413
11.4 反饋變換器模型 416
11.4.1 基本變換器動態(tài)性能 416
11.4.2 快速切換模型 418
11.4.3 分段線性模型 419
11.4.4 離散時間模型 419
11.5 dc-dc變換器的電壓控制模式和
電流控制模式 420
11.5.1 電壓控制模式 420
11.5.2 電流控制模式 423
11.5.3 電壓控制模式和電流控制模式
中的大信號問題 426
11.6 基于比較器的整流系統(tǒng)控制 428
11.7 比例和比例-積分控制的應(yīng)用 430
11.8 設(shè)計實例 432
11.8.1 電壓控制模式及其性能 432
11.8.2 前饋補(bǔ)償和偏移補(bǔ)償 433
11.8.3 電動汽車控制裝置 434
11.9 應(yīng)用情況討論 435
11.10 回顧 436
習(xí)題 438
參考文獻(xiàn) 441
附加書目 441
第12章 控制建模與設(shè)計 443
12.1 簡介 443
12.2 平均法及其模型 443
12.2.1 平均模型的公式 444
12.2.2 平均電路模型 450
12.3 小信號分析與線性化 451
12.3.1 線性模型的需求 451
12.3.2 獲取線性模型 451
12.3.3 過程概括 453
12.4 基于線性化的控制與控制設(shè)計 455
12.4.1 傳遞函數(shù) 455
12.4.2 控制設(shè)計 459
12.4.3 補(bǔ)償和濾波 463
12.4.4 補(bǔ)償反饋實例 466
12.5 設(shè)計實例 470
12.5.1 升壓變換器控制實例 470
12.5.2 電流模式控制的buck
變換器 473
12.5.3 電壓模式控制的buck
變換器 475
12.6 應(yīng)用討論 477
12.7 回顧 478
習(xí)題 480
參考文獻(xiàn) 482
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