電力電子系統(tǒng)：理論與設計 英文版

PART I: INTRODUCTION 1                       
   1 BIRDS-EYE VIEW OF POWER ELECTRONICS SYSTEMS 3                  
      I.I Introduction 3                  
      l.2 A Simple Voltage Converter 5                  
      I.3 Systems View of Power Electronic Converters 6                  
      I.4 Elements of the Converter Systems: Modeling and Assumptions ll                  
      l.5 Convener Topology 24                  
      l.6 Convener Operation and Desired Characteristics 28                  
      l.7 Converter Performance Measures 28                  
      l.8 Protection 33                  
      l.9 Packaging 34                  
      Problems 35                  
 PART II: POWER ELECTRONIC COMPONENTS 41                  
   2 UNDERSTANDING COMPONENTS 43                  
      2.1 Introduction 43                  
      2.2 Basics of Magnetism 43                  
      2.3 Magnetic Materials 45                  
      2.4 Magnetic Circuits 46                  
      2.5 Inductor 47                  
      2.6 Nonlinearities in Magnetic Components 50                  
      2.7 Losses in Magnetic Components 53                  
      2.8 Windings 56                  
      2.9 Types of Inductors 56                  
      2.1O Transformers 61                  
      2.1l Motors 65                  
      2.12 Electrostatics and Dielectric Materials 69                   
      2.13 Capacitors 69                  
      2.14 Semiconductor Switches 7l                  
      2.l5 Snubbering: Protection of Switching Devices 73                  
      2.16 Zero-Current Switching 77                  
      2.17 Zero-Voltage Switching 77                  
      2.18 PSPICE Simulation 77                  
      References 79                  
      Problems 79                  
   3 POWER DIODES 85                  
      3.l Introduction 85                  
      3.2 p-n Junctions 86                  
      3.3 Power Diodes 92                  
      3.4 Parallel and Series Connection of Diodes 98                  
      3.5 Schottky Barrier Diode 100                  
      3.6 New Trends in Diodes 102                  
      3.7 Device Specification 102                  
      3.8 PSPICE Simulation 104                  
      3.9 Summary 104                  
      References 106                  
      Problems 107                  
   4 TRANSISTORS: LEVEL TRIGGERED SWITCHING DEVICES 109                  
      4.l Introduction 109                  
      4.2 Basic MOS Structure 110                  
      4.3 Power MOSFETs 114                  
      4.4 Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) 126                  
      4.5 Comparison of MOSFET and IGBT 134                  
      4.6 Device Specifications 134                  
      4.7 Summary 138                  
      References 138                  
      Ptoblems 138                  
   5 THYRISTORS: PULSE TRIGGERED DEVICES 141                  
      5.l Introduction 141                  
      5.2 Basic Structure 142                  
      5.3 Static Characteristics 143                  
      5.4 Cathode-Shorted Structure of Thyristors 146                  
      5.5 Effect of Temperature 147                  
      5.6 Switching Characteristics 147                  
      5.7 Series Operation of Thyristors 15l                  
      5.8 Parallel Operation of Thyristors 153                  
      5.9 Thyristor Triggering Circuits l53                  
      5.10 Forced Commutation of Thyristors 156                  
      5.ll Thyristor Snubber Circuits 159                  
      5.12 Gate Turn-Off Thyristors (GTO) 159                  
      5.13 Triacs 163                  
      5.14 The MOS Controlled Thyristor (MCT) 164                  
      5.15 Device Specification 167                  
      5.16 Summary 169                  
      References 170                  
      Problems 170                  
 PART IU: POWER ELECTRONIC                  
 CONVERTER CIRCUITS                  
   6 DC TO CONTROLLED DC 175                  
      6.1 Introduction 175                  
      6.2 Uncontrolled and Controlled Conversion 175                  
      6.3 Buck Converters 178                  
      6.4 Boost Converters 185                  
      6.5 Buck-Boost Converters 192                  
      6.6 CUK Converters 196                  
      6.7 Two-Quadrant Converters 198                  
      6.8 Full-Bridge Converters 198                  
      6.9 Isolated DC-DC Converters 204                  
      6.10 Multi-Output DC-DC Converter 211                  
      6.11 Design Exercise: Switching Power Supply 212                  
      6.12 PSPICE Simulation 213                  
      6.13 Summary 214                  
      References 214                  
      Problems 215                  
   7 DC TO CONTROLLED AC 219                  
      7.l Introduction 219                  
      7.2 Controlled Inversion 219                  
      7.3 Full-Bridge Inverter (VSI) with Square-Wave Switching 224                  
      7.4 Pulse-Width Modulation (PWM) Control of VSI 230                  
      7.5 Current-Mode Control of PWM VSI 234                  
      7.6 Current Source PWM Full-Bridge Invener 234                  
      7.7 Pruning of Harmonic Profile 236                  
      7.8 Sine-PWM Inverter 242                  
      7.9 Control Signal Generation 247                  
      7.10 3-Phase Full-Bridge Inverter 248                  
      7.ll Rectifier Mode of Operation of Inverters 252                  
      7.12 Design Exercise: 2 KW, l-Phase Inverter for Emergency Applications 252                  
      7.13 PSPICE Simulation 253                  
      7.14 Summary 255                  
      References 255                  
      Problems 255                  
   8 AC TO DC: NO CONTROL 259                  
      8.l Introduction 259                   
      8.2 AC-DC Converter Topologies 260                  
      8.3 l-Phase Half-Wave Rectifier 263                  
      8.4 1-Phase Full-Bridge AC-DC Converter 273                  
      8.5 Line Quality Issues 286                  
      8.6 3-Phase 6-Pulse Full-Wave Rectifier 292                  
      8.7 Transient Considerations 299                  
      8.8 Design Example 300                  
      8.9 Effect of Device Characteristics 300                  
      8.10 PSPICE Simulation 300                  
      8.11 Summary 302                  
      References 303                  
      Problems 303                  
   9 AC TO DC: WITH CONTROL 307                  
      9.l Introduction 307                   
      9.2 Controlled AC-DC Conversion 308                  
      9.3 l-Phase AC-DC Converters 312                  
      9.4 3-Phase 6-Pulse Full-Bridge Converters 336                  
      9.5 Design Exercise: PWM Drive for DC Motor 346                  
      9.6 PSPICE Simulation 348                  
      9.7 Summary 349                  
      References 351                  
      Problems 351                  
   10 AC TO CONTROLLED AC 355                  
      10.1 Introduction 355                  
      10.2 Modeling and Analysis 356                  
      10.3 AC Controller 357                  
      10.4 Cycloconverter 373                  
      10.5 DC-Link AC-AC Converter 382                  
      10.6 PSPICE Simulation 385                  
      10.7 Summary 385                  
      References 386                  
      Problems 387                  
   11 RESONANT CONVERTERS 391                  
      11.l Introduction 391                      
      l1.2 Resonant Convener Systems 391                  
      l1.3 Resonant Tank Circuits 392                  
      11.4 Resonant Tank in Excitation 396                  
      11.5 Series Resonant DC-DC Converter with Voltage Sink (Current Coupled Resonant Converter) 399                  
      11.6 Parallel Resonant DC-DC Converter (PRC) (Voltage Coupled Resonant Converter) 414                  
      11.7 High-Order Resonant DC-DC Converter 420                  
      11.8 Class E Converters 423                   
      11.9 Resonant Switch Converters 423                  
      11.10 Resonant-Link Inverters 428                  
      11.1l Bidirectional Resonant Converters 428                  
      1l.12 Control of Resonant Converters 429                  
      1l.13 PSPICE Simulation 432                  
      11.14 Summary 433                  
      References 434                  
      Problems 434                  
 PART IV: POWER ELECTRONIC                  
 APPLICATION SYSTEMS 497                      
   12 ELECTRIC UTILITY INTERFACE:POWER FACTOR CORRECTION AND STATIC VAR CONTROL 439                  
      12.l Introduction 439                  
      l2.2 Electric Utility Distribution System 439                  
      12.3 Passive Filtering 440                  
      I 2.4 Active Current Shaping: Power Factor Comection 441                  
      12.5 Interface for Bidirectional Power Flow 447                  
      12.6 3-Phase Utility Interface 449                  
      12.7 Static VAR Compensators 449                  
      12.8 Summary 452                   
      References 453                  
      Problems 453                  
   13 CONVERTER CONTROL 455                  
      13.l Introduction 455                  
      13.2 Averaged Model 455                  
      13.3 Linearized Model 459                  
      13.4 State-Space Averaged Model 461                  
      13.5 Feedback Control 465                  
      13.6 Summary 468                  
      References 469                  
      Ptoblems 469                  
   14 APPLICATIONS 1: POWER SUPPLIES AND. .. 471                  
      14.l Introduction 47l                  
      14.2 DC Power Supply System 471                  
      14.3 Control of Switch-Mode DC Power Supplies 473                  
      14.4 Protection of DC Power Supplies 474                  
      14.5 Electrical Isolation 476                  
      14.6 Equivalent Series Resistance (ESR) 476                  
      14.7 Synchronous Rectifiers 477                  
      14.8 Cross Regulation in Multiple Outputs 477                  
      14.9 Battery Charging Systems 477                  
      14.10 Uninterruptible (AC) Power Supply(UPS) 478                  
      14.11 Electronic Lamp Ballast 480                  
      14.12 Induction Heating 480                  
      14.13 Switch-Mode Welding 481                  
      14. 14 Electromagnetic Interference Considerations 481                  
      14.15 Summary 483                  
      References 483                  
      Problems 484                  
   15 APPLICATIONS II: MOTOR DRIVES 487                  
      15.l Introduction 487                  
      15.2 DC Motor Drives 487                  
      15.3 Induction Motor Drives 492                  
      15.4 Synchronous Motor Drives 501                  
      15.5 Summary 505                  
      References 505                  
      Ptoblems 505                  
   16 TEMPERATURE CONTROL,PROTECTION, AND PACKAGING 507                  
      16.l Introduction 507                  
      16.2 Temperature Control in Semiconductor Devices 507                  
      16.3 Heat Transfer Basics 508                  
      16.4 Heat Transfer Systems 508                  
      16.5 Static Thermal Model of Heat Transfer Systems 512                  
      l6.6 Transient Thermal Impedance 5l3                  
      16.7 Heat Sink 516                  
      16.8 Surge Voltage Protection 516                  
      16.9 Fault Current Protection 517                  
      16.10 Circuit Layout Techniques 519                  
      16.11 Summary 520                  
      References 521                  
      Problems 521                  
   APPENDIX A 523                  
      A-l Review of Basic Principles 523                  
      A-2 Basic Mathematical Methods 524                  
      A-3 Energy and Power 530                  
      A-4 Pspice Simulation 533                   
   APPENDIX B 537                  
      B-l Electromagnetics 537                  
   APPENDIX C 539                  
      C-l Semiconductor Basics 539                  
      C-2 Charge Transport in Homogenous Structure Semiconductor Devices 541                  
      C-3 Heterogeneous-Structure Devices 542                  
   APPENDIX D 5t7                   
   APPENDIX E 549                  
   APPENDIX F 551                  
   INDEX 553