中大功率开关变换器-(原书第2版)

译者序
原书前言
致谢
作者简介
第1章中大功率开关变换器简介1
11中大功率变换器市场1
111技术现状1
112交通电气化系统3
113传统工业中的应用5
12本书主要内容6
13可调速驱动器8
131AC-DC变换器8
132中间电路9
133直流电容器组9
134软充电电路10
135直流电抗器10
136制动电路10
137三相逆变器11
138保护电路11
139传感器11
1310电动机的连接11
1311控制器12
14电网接口或分布式发电13
141电网谐波14
142功率因数14
143直流电流注入14
144电磁兼容性和电磁干扰15
145频率和电压变化16
146低压电网的*大连接功率16
15多变换器电力电子系统16
16总结18
参考文献18
第1部分传统功率变换器
第2章大功率半导体器件20
21功率半导体市场现状20
22功率MOSFET23
221工作原理23
222控制29
23IGBT30
231工作原理30
232控制及栅极驱动34
233保护39
24功率损耗估算41
25有源栅极驱动电路42
26GTO晶闸管45
27先进功率器件45
271特种器件45
272高频、高电压器件46
273采用新基板材料的器件47
28数据手册信息48
问题50
参考文献50
第3章基本三相逆变器53
31用作简单开关的大功率器件53
32逆变器引脚与感性负载工作54
33什么是PWM算法56
34基本三相电压源逆变器的工作原理与功能60
35性能指标的定义和在不同国家使用的术语65
351频率分析66
352三相变换器的调制指数67
353性能指标67
36利用逆变器波形直接计算谐波频谱70
361准矩形波形分解70
362矢量法71
37三相逆变器的预编程PWM72
371用于单相逆变器的编程PWM73
372用于三相逆变器的编程PWM75
373二进制编程的PWM76
38三相逆变器的开关函数建模77
39电动机驱动电源变换器中的制动脚78
310AC-DC-AC电源变换器中的直流母线电容器79
311总结81
问题82
参考文献82
第4章基于载波的PWM和工作限制84
41载波PWM算法：历史的重要性84
42改进基准信号基于载波的PWM算法88
43压/频驱动中使用的PWM：根据要求的电流谐波系数选择脉冲数92
431工作于低频范围92
432工作于高频范围94
44采用载波PWM实现谐波抑制94
45工作限制：*小脉冲宽度96
451利用谐波注入避免脉冲下降101
46工作限制106
461死区时间106
462零电流钳位110
463过调制110
47总结112
问题112
参考文献113
第5章用于基本三相逆变器的矢量PWM115
51空间矢量理论回顾115
511概念的历史和演变115
512理论：矢量变换和优势116
513三相控制系统的应用119
52三相逆变器的矢量分析120
521在复平面6步工作电流空间矢量轨迹的数学推导120
522磁通矢量和理想磁通轨迹的定义124
53SVM理论：通过有源和零状态平均时间间隔的推导125
54自适应SVM：直流纹波补偿127
55连接到矢量控制：在（d，q）坐标系中不同形式和时间间隔方程表达式127
56开关基准函数的定义130
57开关序列的定义133
571连续基准函数：不同的方法133
572用于降低开关损耗的不连续基准函数136
58不同矢量PWM之间的比较143
581损耗特性143
582THD/HCF的比较143
59SVM的过调制144
510PWM逆变器的V/Hz控制145
5101低频工作模式146
5102高频工作模式147
511改善高速变换器的瞬态响应148
512总结154
问题155
参考文献156
第6章构建三相功率变换器的实践159
61三相逆变器中功率器件的选择159
611电动机驱动159
612电网应用159
62保护160
621过电流保护160
622熔断器保护163
623过温度保护167
624过电压保护167
625缓冲电路168
626栅极驱动器故障176
63系统保护管理176
64通过逆变器技术降低共模EMI177
65取决于功率等级的传统逆变器典型构建结构180
651功率半导体器件的封装181
652变换器的封装183
653外壳183
66辅助电源185
661技术要求185
662用于电源的集成电路186
663反激式开关电源变换器的工作188
67总结190
问题190
参考文献191
第7章热管理与可靠性193
71热管理193
711理论193
712瞬态热阻抗195
72可靠性和寿命定义理论198
73故障和寿命200
731系统故障率200
732器件故障率200
733用于电力电子系统不同元器件的失效率202
734功率半导体器件的故障模式203
735功率半导体器件的损耗机制203
74寿命计算与建模204
741问题的提出204
742电子设备的加速测试205
743物理故障建模210
75标准和软件工具210
751标准210
752软件工具211
76半导体厂商的可靠性测试213
77可靠性设计213
78总结214
参考文献215
第8章PWM算法的实现218
81模拟PWM控制器218
82混合工作模式电动机控制器集成电路220
83计数器的数字结构：FPGA实现221
831数字PWM控制器工作原理221
832总线兼容的数字PWM接口224
833SVM控制器的FPGA实现225
834死区时间数字控制器228
84通用和专用数字处理器市场228
841在功率变换器控制中使用微处理器/微控制器的历史228
842用于功率变换器控制的DSP231
843多处理器结构的并行处理233
85低成本微控制器的软件实现234
851计数器定时的软件控制234
852时间间隔常数计算234
86有功率变换器接口的微控制器239
87电动机控制协处理器240
88在TI公司的DSP中使用事件管理器240
881事件管理器结构240
882载波PWM的软件实现241
883SVM的软件实现242
884SVM的硬件实现243
885死区时间245
886每个PWM通道245
89使用闪存246
810PWM实现的分辨率和精度248
811总结250
参考文献251
第9章闭环控制的实际应用253
91作用和原理图253
92电流测量——与PWM同步253
921并联电阻253
922霍尔传感器255
923电流互感器256
924同步PWM256
93电流采样率——过采样257
94（a，b，c）坐标系中的电流控制258
95电流变换(3→2)变换的软件计算260
96（d，q）坐标系中的电流控制-模型-PI校准261
97抗饱和保护——输出限制和范围定义263
98总结263
参考文献264
第10章IPM265
101市场和技术考虑265
1011历史265
1012优点和缺点266
1013IGBT芯片267
1014栅极驱动器268
1015封装269
1016其他方法270
102IPM可用性的审查270
103IPM器件的使用273
1031本地电源273
1032再生能量钳位276
参考文献276
第2部分其他拓扑结构
第11章谐振三相变换器278
111通过谐振与先进PWM器件降低开关损耗278
112是否还会从谐振大功率变换器中得到好处280
113IGBT器件的零电压过渡283
1131工作于ZVS的功率半导体器件283
1132降压变换286
1133升压功率变换289
1134双向功率传输292
114IGBT器件的零电流过渡293
1141工作于零电流开关的功率半导体器件293
1142降压变换295
1143升压变换297
115准谐振变换器的可能拓扑结构300
1151极电压300
1152谐振直流总线300
116三相谐振变换器专用PWM302
问题302
参考文献302
第12章元器件小型化的三相功率变换器304
121减少元器件数量的解决方案304
1211新逆变器拓扑结构304
1212直接变换器307
122B4逆变器308
1221B4逆变器的矢量分析308
1222对B4逆变器PWM算法的定义313
1223直流电压变化的影响和相应的补偿方法314
123用于两相感应电动机的馈电两引脚变换器317
124Z源逆变器318
125总结321
参考文献321
第13章基于三相电压源变换器的AC-DC电网接口322
131特性-控制目标-有功功率控制322
132控制系统中PWM的意义326
1321单开关应用326
13226开关变换器335
1323有电流注入器件的拓扑340
133闭环电流控制法343
1331简介343
1332PI电流环343
1333瞬态响应时间344
1334 电压（vd，vq）的限制345
1335*小时间电流控制345
1336交叉耦合项347
1337d轴全可用电压的使用349
1338开关表和滞后控制350
1339相电流跟踪方法352
134电网同步360
问题362
参考文献362
第14章并联和交错式功率变换器365
141基于多个低功率器件并联解决方案和大功率器件构建的变换器的比较365
142IGBT器件并联的硬件约束367
143用于等电流均流的栅极控制电路设计370
144使用并联器件的并联逆变器引脚的优缺点371
1441相间电抗器372
1442控制系统373
1443变换器控制解决方案373
1444电流控制375
1445并联变换器系统（d，q）控制的小信号模型375
1446（d，q）与（d，q，0）控制378
145功率变换器的交错工作378
146循环电流380
147PWM算法选择382
148系统控制器383
149总结384
问题385
参考文献385
第15章AC-DC和DC-AC电流源变换器387
151简介387
152电流换向388
153使用开关函数来定义电路工作390
154PWM控制394
1541梯形调制394
1542谐波消除编程调制395
1543正弦调制396
1544SVM397
155PWM算法优化399
1551*小二次方误差400
1552圆形轮廓400
1553降低来自几何轨迹的低次谐波400
1554比较结果400
156电流源逆变器-滤波器组合的交流侧谐振403
157总结405
参考文献405
第16章9开关拓扑的AC-AC矩阵变换器407
161背景407
162功率开关的实现410
163电流换向411
164无功功率钳位413
165PWM算法413
1651基于PWM的正弦载波413
1652考虑所有可能开关矢量的SVM417
1653仅考虑固定矢量的SVM420
1654间接矩阵变换器427
1655PWM控制实现428
166总结431
参考文献432
第17章多电平变换器434
171工作原理和硬件拓扑结构434
1711H桥模块434
1712飞跨电容多电平变换器435
1713二极管钳位多电平变换器437
1714组合变换器439
172设计和评价注意事项440
1721半导体额定值440
1722无源滤波器440
173PWM算法441
1731工作原理441
1732正弦PWM441
1733SVM445
1734谐波消除446
174应用细节447
1741ＨＶＤＣ线路447
1742柔性交流输电系统448
1743电动机驱动448
参考文献448
第18章在“开关网络”概念中使用IPM450
181用于扩展功率范围的电网接口450
182采用电压源逆变器功率模块的矩阵变换器456
1821采用电压源逆变器模块的常规矩阵变换器封装456
1822采用电压源逆变器模块的并矢矩阵变换器457
183由多个功率模块构成的多电平变换器460
184功率模块的新拓扑构建及其应用461
1841周波变换器461
1842控制系统465
1843PWM发生器467
185广义矢量变换469
186采用基于IGBT的AC-AC 直接变换器IPM构建电流源逆变器模块473
1861硬件开发473
1862产品要求474
1863性能477
187利用基于MATLAB的数百万FFT分析直接AC-AC变换器479
1871直接或矩阵变换器谐波分析介绍479
1872参数选择482
1873MATLAB中的FFT485
1874直接变换器分析486
1875多点THD和HCF分析自动化490
1876计算机性能评价493