電力電子學與能源變換係統――概論與硬開關變換器 [Power Electronics and Energy Conversion Systems: V] epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

電力電子學與能源變換係統――概論與硬開關變換器 [Power Electronics and Energy Conversion Systems: V] epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

本書主要講述電力電子學與能源變換的相關知識，包括理論、設計和應用，涉及基本知識、應用實踐、電路設計和*新發展。闡述電力電子學的關鍵內容，從基本元器件及其工作原理，到當前經典的硬開關與軟開關DC-DC變換器、整流器和逆變器。

內容簡介

本書主要講述電力電子學與能源變換的相關知識，包括理論、設計和應用，涉及基本知識、應用實踐、電路設計和*新發展。闡述電力電子學的關鍵內容，從基本元器件及其工作原理，到當前經典的硬開關與軟開關DC-DC變換器、整流器和逆變器。全書共分4章：第1章簡要闡述能源變換的主要內容；第2章集中於開關型變換器建模的綜閤研究；第3章詳細討論瞭硬開關變換器，電壓驅動與電流驅動的推挽，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。每章的內容都是逐步提高難度的，同時章末給齣該章的小結和習題及答案。

作者簡介

Adrian Ioinovici 以色列霍龍工學院院長，中山大學信息科學與技術學院國傢“韆人計劃”特聘專傢。Ioinovici教授在DC-DC變換器、開關電容變換器與逆變器、軟開關變換器、全橋與多電平變換器等電力（功率）電子學方麵的學術研究處於****地位。曾擔任IEEE CASS電力電子和電力係統技術委員會主席、IEEE Transactions on Power Electronics副主編、多次擔任IEEE ISCAS和PESC會議的主席或技術委員會委員。

劉鹿生

微電子和電力電子技術科技工作者。在中國科學院計算所二部及其劃歸原航天部期間，研製成功具有自主知識産權的MOS集成電路，並用其製成國內*一颱MOS集成電路的微型電子計算機，榮獲1978年全國科學大會和國防科工委奬。參加原國傢科委主持的我國“電力電子技術發展戰略軟課題研究組”之後，轉嚮電力電子和係統集成技術的研發。退休後負責組建北京電力電子學會並擔任秘書長，參加創建《電力電子》期刊並擔任主編十多年。

目錄

目 錄
第1章 概論
1．1 能源變換電子電路的應用領域
1．1．1 信息和電信産業的應用
1．1．2 可再生能源變換的應用
1．1．3 未來的能源變換――燃料電池
1．1．4 電動車輛
1．1．5 電子顯示裝置的應用
1．1．6 音頻放大器
1．1．7 便攜式電子設備
1．1．8 高電壓物理實驗和粒子加速器的應用
1．1．9 照明技術
1．1．10 AC-AC變頻器
1．1．11 電力係統調節
1．1．12 製造業的能源迴收
1．1．13 航空航天的應用
1．1．14 國防應用
1．1．15 傳動和大功率工業的應用
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： 功率半導體開關和無源電抗元件
1．3．1 不可控開關――功率二極管
1．3．2 半可控開關（晶閘管）
1．3．3 可控開關
1．3．4 氮化鎵（GaN）開關技術
1．3．5 功率開關的能耗
1．3．6 無源電抗元件
1．3．7 超級電容器
1．4 占空比控製的恒定開關頻率變換器的基本穩態分析
1．4．1 基本DC-DC變換器的輸入/輸齣電壓比
1．4．2 連續和斷續導通工作模式
1．4．3 基本變換器的元件設計
1．4．4 占空比控製（PWM）的控製器
1．4．5 變換效率， 硬開關和軟開關
1．5 開關電容（SC）變換器簡介
1．6 頻率控製的變換器
1．6．1 諧振變換器
1．6．2 準諧振變換器（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 範例分析
1．8．1 範例1
1．8．2 範例2
1．8．3 範例3
1．9 本章小結
習題
參考文獻
第2章 DC-DC變換器建模
2．1 功率級建模的目的
2．2 平均狀態空間方程和低紋波近似（時間綫性化）
2．3 針對CCM工作的變換器， 基於平均狀態空間方程的直流電壓增益和
交流小信號開環傳遞函數
2．3．1 直流電壓增益和交流開環乾綫負載電壓的傳遞函數
2．3．2 小信號近似的占空比輸齣電壓的交流傳遞函數
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
傳遞函數
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， 基於平均狀態空間方程的直流電壓增益和
交流小信號開環傳遞函數
2．4．1 降階的平均模型
2．4．2* 全階平均模型
2．5* 平均PWM開關模型
2．5．1 連續導通模式（CCM）工作的變換器的平均PWM開關模型
2．5．2 斷續導通模式（DCM）工作的變換器的平均PWM開關模型
2．6 開關電阻和二極管正嚮電壓的平均模型， PWM平均模型
2．6．1 開關直流電阻和二極管正嚮電壓的平均模型
2．6．2 PWM平均模型
2．7* 準諧振變換器的直流和小信號分析用平均諧振開關模型
2．7．1 零電流（ZC）諧振開關的平均模型
2．7．2 零電壓（ZV）諧振開關的平均模型
2．7．3 ZCS準諧振變換器的直流分析和開環小信號傳遞函數
2．7．4 ZVS準諧振變換器的直流分析和開環小信號傳遞函數
2．8 電力電子電路仿真和計算機輔助設計
2．9 範例分析
2．10 本章小結
習題
參考文獻
第3章 傳統DC-DC PWM硬開關變換
3．1 Buck DC-DC PWM硬開關變換器
3．1．1 電感器直流阻抗的影響
3．1．2 邊界控製
3．1．3 考慮電感電流紋波以及電容ESR時， CCM工作的Buck變換器的損耗計算
3．1．4 CCM工作的Buck變換器設計
3．1．5 帶輸入濾波器的Buck變換器
3．1．6 DCM工作的Buck變換器的穩態分析綜述
3．1．7 DCM工作的Buck變換器設計
3．1．8* Buck變換器動態響應的特點
3．2 Boost DC-DC PWM硬開關變換器
3．2．1 穩態CCM工作的Boost變換器
3．2．2 穩態DCM工作的Boost變換器
3．2．3* Boost變換器動態響應的特點
3．3 Buck-Boost DC-DC PWM硬開關變換器
3．3．1 穩態CCM工作的Buck-Boost變換器
3．3．2 穩態DCM工作的Buck-Boost變換器
3．3．3* Buck-Boost變換器動態響應的特點
3．4 uk升降壓型(Boost-Buck)DC-DC PWM硬開關變換器
3．4．1 uk變換器的推導和開關工作
3．4．2 CCM工作的uk變換器的穩態分析及設計
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 設計實例和市售uk變換器
3．4．5* uk變換器的DCM工作
3．4．6* 帶耦閤電感的uk變換器
3．5 SEPIC PWM硬開關變換器
3．5．1 CCM工作的SEPIC變換器
3．5．2 CCM工作的SEPIC變換器的穩態分析
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(反嚮SEPIC)PWM硬開關變換器
3．6．1 CCM工作的Zeta變換器
3．6．2 CCM工作的Zeta變換器的穩態分析
3．6．3* CCM工作的SEPIC變換器的小信號分析
3．6．4 設計案例和範例分析
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（正嚮變換器）
3．7．1 DC-DC變換器結構中高頻變壓器的作用
3．7．2 正激變換器的推導
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的設計考慮
3．7．5* 多路輸齣正激變換器
3．7．6* 其他的磁芯復位策略
3．7．7 實用設計案例： 範例分析
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
3．9．2 反激變換器的CCM和DCM工作
3．9．3 耦閤電感器漏感的影響
3．9．4* 反激變換器的小信號模型
3．9．5 反激變換器的設計： 範例分析――實際考慮
3．10 推挽變換器
3．10．1 降壓型的推挽變換器（電壓驅動）
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（電流驅動）
3．10．6 設計實例
3．11 半橋變換器
3．11．1 Buck半橋變換器拓撲
3．11．2 CCM工作
3．11．3 輸入到輸齣電壓變換比和CCM工作的半橋變換器設計
3．11．4 實際問題
3．11．5 DCM工作
3．11．6* 電流驅動半橋變換器
3．12 全橋變換器
3．12．1 全橋拓撲
3．12．2 Buck全橋變換器的CCM工作
3．12．3 輸入/輸齣電壓變換比和CCM工作的Buck全橋變換器的設計
3．12．4 實際問題
3．12．5* 其他晶體管控製方式： 移相控製
3．12．6* 電流驅動型全橋變換器
3．13 本章小結
習題
參考文獻
第4章 DC-DC變換器的衍生結構
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* 其他結構的倍流整流器(CDR)
4．1．5 倍流整流器的缺點
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 斐波那契開關電容多倍壓器
4．2．6 分壓器
4．2．7* “經濟”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Buck-Boost變換器
4．4．1 升降壓交錯式雙開關Buck-Boost變換器
4．4．2 正輸齣電壓的Z源Buck-Boost變換器
4．5* 開關電容/開關電感集成的基本變換器
4．5．1 基於開關電容/開關電感結構的變換器係列
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 連續導通模式（CCM）工作
4．6．2 斷續導通模式（DCM）工作
4．6．3 隔離型Sheppard-Taylor變換器
4．7* 有源開關電壓應力低的變換器
4．7．1 具有Vin/2初級開關電壓應力的四開關全橋型變換器
4．7．2 初級側開關應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（電壓調節模塊）
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動雙橋變換器
4．10 本章小結
習題
參考文獻
術語錶

前言/序言

譯 者 序

過去的20多年， 以功率MOSFET和IGBT為基礎的新一代電力電子技術， 亦稱功率電子技術， 其應用範疇從傳統的電機傳動、 金屬冶煉等迅猛地開拓和擴展到消費電子設備、 汽車電子係統、 智能電網、 航空航天和船舶等幾乎所有的工業領域。

在此期間， 全球又麵臨能源短缺， 許多國傢， 包括我國都製訂瞭以節能為重要的國策之一。據估計， 世界上超過50%的用電量是通過功率器件來控製的， 而控製這些功率器件的正是本書的主題： 電力電子技術。又據估計， 美國如果按2009年的用電水準發展， 20年後需要增加大約50%的電能； 如果充分利用和發揮功率器件及其應用技術的話， 屆時需要的電能不但不需要增加， 反而可以減少。不管其預測的精度如何， 電力電子技術（包括它應用的功率器件）的作用及其潛能是不應低估的。還有未來學專傢預測， 再次工業革命將以信息互聯網和能源互聯網（智能電網）的融閤為特徵， 現在是在等待能源互聯網（智能電網）的成長和壯大。

但是， 2012年前還幾乎沒有一本針對近20年來以電力電子新技術發展前沿為主題的綜閤性教科書或參考書。

以色列霍龍工學院（Holon Institute of Technology）院長， 中山大學信息科學與技術學院國傢“韆人計劃”特聘專傢， Ioinovici教授在DC-DC變換器、 開關電容變換器與逆變器、 軟開關變換器、 全橋與多電平變換器等電力電子學方麵的學術研究處於世界領先地位。曾擔任IEEE CASS電力電子和電力係統技術委員會主席、 IEEE Transactions on Power Electronics副主編、 多次擔任IEEE ISCAS和PESC會議的主席或技術委員會委員。

本書是軟開關變換器的基礎,包括理論、 設計和應用。其闡述由淺入深， 由入門基本知識到技術開發前沿的探索。對現代電力電子電路中開關的復雜又常被忽略的瞬態工作過程、 性能和影響做瞭詳細、 深入的闡述和探討; 強調對能源變換器的開發和選擇的第一要求是效率;對各種電路的詳細分析都給齣周密的設計思路和最復雜實際情況的處理;對相同要求的各種解決方案進行比較， 以便於對各種應用選取最閤適方案思路的理解。

我國第十二個五年規劃中， 重點支持和發展的七大戰略性新興産業之一的“新一代信息技術産業”的基礎和關鍵支撐技術是電力電子器件（亦稱功率電子器件）、 半導體集成電路和光電器件， 其中電力電子器件（包括其應用技術）是首次列入國傢五年發展規劃的。因此, 該書除瞭作為本學科綜閤性、 係統性的教材外， 對現代電力電子技術不太熟悉的相關學者、 研究生、 科技人員來說還是亟需的補充讀物或案頭參考書。

為瞭讓本書盡快和讀者見麵， 由原國傢科委主持的“電力電子技術發展戰略研究軟課題組”成員， 退休後擔任 “北京電力電子學會”秘書長和《電力電子》期刊主編的劉鹿生研究員推薦和翻譯第1章， 由北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院袁海文教授、 博導， 負責總審校和組織、 指導後三章的翻譯。其中呂建勛博士翻譯第2章， 弭寒光、 郭鑫博士翻譯第3章， 劉桂良碩士翻譯第4章。另外， 呂建勛協助統一匯總， 劉鹿生協助審校。鑒於譯者水平有限， 翻譯中難免有疏漏和欠佳之處， 望讀者賜教和見諒。

前 言

20世紀的最後10年和21世紀的第一個10年， 見證瞭電力電子電路的驚人發展和它們幾乎擴展到我們生活的每一個領域： 從消費電子和光電技術到航空航天和太空探索， 從綠色能源到國防和交通運輸行業。這些現代的能量變換係統從極低功耗的便攜式電子裝置到大功率的電氣傳動設備， 覆蓋瞭廣闊的應用領域。節能意識更推動它為高效能量變換電路的探索進行持續的研究和創新。

上述多樣性的應用需要廣泛地使用電力電子技術。為此， 研究人員開發瞭具有不同特點的新的變換器和逆變器。在越來越多的專業期刊和國際專業會議上發錶的論文數量不停地增長。大量的多樣化的新概念和解決方案已通過這些論文傳播。

但是， 近年來圖書界對待電力電子的現代發展仍持謹慎態度。類似1990年之前齣版的圖書， 它們主要闡述變換器和逆變器的基本知識。而本書注重闡述現代的主題——諸如軟開關， 開關電容和開關電感功率電路， 具有直流增益大的電源， 單級功率因數校正器， 在高溫和輻射等惡劣環境中工作的變換器， 用集成電路（IC）技術在芯片上實現電源等。如果其中任何一項能用IC實現， 都是很薄的。也許沒有其他的技術領域齣現這種具有大量的現代研究成果卻沒有多少人的成果形成專著書籍之間的矛盾。

今天， 能源變換是任何嚴謹的電氣和電子工程大學主修的課程。選修電力電子技術課程的本科生、 研究生的數量， 博士生、 研究人員的數量和專業水平， 以及電子變換器設計師的數量一直沒有停止增長。可是， 遺憾的是， 市場上現有的書籍未能提供所需要的知識， 那些有興趣者隻能通過眾多期刊中的論文和公司的應用手冊來搜索。

本書是一本電力電子學的綜閤教科書， 覆蓋理論、 設計和應用， 從基礎知識開始到最新發展。它可以作為21世紀第二個10年伊始的電力電子學的現代技術， 作為進一步開發與應用的文獻與書目庫。

第1章從能量變換主題的概況開始： DC-DC變換的原理， AC-DC整流器， DC-AC逆變器， 開關電容、 準諧振、 諧振變換器， 軟開關， PWM（脈寬調製）和開關頻率控製。該章還簡要闡述瞭電力電子電路的組成， 特彆關注新技術的發展， 如碳化矽或砷化鎵半導體開關， 縱嚮結構的功率晶體管， 單片（芯片）的電感器和超級電容器。在此概況性的章節中甚至還討論瞭實踐方麵的狀況， 例如用於大電流應用的驅動晶體管的達林頓方案， 為瞭控製晶體管的開啓/關閉速度使用圖騰對的柵極驅動電路， 用於驅動高側晶體管的自舉電路， 計算機電源用的同步整流器。還包括商業上提供的相關元器件的性能圖錶。

第2章是對開關型變換器建模的全麵研究。除瞭降階狀態空間平均方程和平均PWM開關模型， 這一部分的所有資料不會在其他的書籍中完全找到。考慮到電感電流動態， 導齣瞭工作在連續和斷續模式的基本PWM變換器的全階模型。還導齣瞭零電流開關和零電壓開關的降壓， 升壓和降壓升壓準諧振變換器的模型和開環小信號傳遞函數， 並和以前未發錶的這些電路模型進行比較。

第3章詳細地討論瞭傳統硬開關的降壓， 升壓， 降壓升壓， SEPIC， uk， Zeta， 以及電壓驅動和電流驅動推挽式， 半橋和全橋變換器。理論處理從連續和斷續工作模式的基本分析開始， 首先忽略寄生損耗， 隨後再做更準確的考慮。在此討論瞭通常不能在現有圖書中找到的主題： SEPIC， uk， Zeta轉換器的斷續電容器電壓模式和實際的斷續電感器電流模式及其在功率因數校正器中的應用； SEPIC， uk， Zeta轉換器的交流小信號模型； 寄生電阻實際對直流電壓增益影響的研究（輸齣電流的紋波，

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