软开关功率变换器及其应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:王聪

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-01-01

价格:27.0

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isbn号码:9787030079015

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• 变流技术
• 软开关
• 功率变换器
• 电力电子
• DC-DC变换器
• AC-DC变换器
• 谐振变换器
• 高效电源
• 开关电源
• 新能源
• 电力系统

《电力电子器件原理与设计》 本书深入探讨了现代电力电子技术的核心——各种电力电子器件的物理原理、工作特性和设计方法。从基础的二极管、晶闸管，到更复杂的功率MOSFET、IGBT、SiC器件和GaN器件，本书都进行了详尽的分析。 主要内容： 半导体器件基础： 详细讲解PN结的形成与特性，以及雪崩击穿、热击穿等各种失效机理，为理解功率器件的工作奠定基础。 功率二极管： 涵盖快恢复二极管、肖特基二极管等，分析其正向导通压降、反向恢复特性以及在整流电路中的应用。 晶闸管系列： 深入剖析普通晶闸管、可关断晶闸管（GTO）、门极可控晶闸管（GCT）等器件的触发、导通和关断机制，重点关注其在控制电路中的作用。 功率MOSFET： 详细阐述其场控效应，分析导通电阻、开关损耗、栅极电荷等关键参数，并介绍驱动电路的设计要点。 IGBT： 结合MOSFET和BJT的优点，讲解其工作原理、电流增益特性，以及在承受高电压、大电流应用中的优势。 宽禁带半导体器件： 重点介绍碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）功率器件的材料特性、优势（如高击穿电压、低导通损耗、高开关速度）以及在高温、高频电力电子系统中的应用前景。 功率器件的可靠性与散热： 分析器件在实际工作中的应力（如温度、电应力、机械应力），以及如何通过合理的封装和散热设计来提高器件的可靠性。 器件模型与仿真： 介绍用于仿真分析的功率器件模型，以及如何利用仿真软件（如SPICE、PSIM）对器件性能进行预测和验证。 集成技术与未来发展： 探讨功率集成电路（PIC）、功率模块（IPM）的发展趋势，以及下一代功率半导体材料和器件的前沿研究方向。 本书旨在为读者提供一个全面、深入的电力电子器件知识体系，帮助工程师和研究人员更好地理解、选择和设计高性能的电力电子系统。 --- 《现代电源拓扑与控制技术》 本书聚焦于现代电源系统中至关重要的两个方面：各种创新的电源拓扑结构以及先进的控制策略。随着电子设备的小型化、高效化和智能化需求的不断增长，高效、紧凑且功能强大的电源解决方案显得尤为重要。 主要内容： 基础电源拓扑回顾： 简要回顾了传统的Buck、Boost、Buck-Boost、SEPIC、Ćuk等单级DC-DC变换器，分析其基本工作原理、优缺点及适用范围。 多级与隔离式拓扑： 深入研究了多级DC-DC变换器（如推挽式、桥式、全桥式）和隔离式拓扑（如正激、反激、LLC谐振变换器）的设计与分析。重点阐述了隔离变压器的设计、漏感利用以及多重绕组的应用。 谐振变换器： 详细解析了软开关谐振变换器的原理，包括零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）的实现方式，以及其在降低开关损耗、提高效率方面的优势。特别关注了LLC、Series-Resonant、Parallel-Resonant等典型谐振拓扑。 多相与交错拓扑： 探讨了采用多相并联或交错工作方式来提升功率密度、降低纹波以及改善瞬态响应的策略。 矩阵变换器： 介绍了无电解电容的矩阵变换器及其在AC-AC变换中的应用，分析其拓扑结构、调制方法及优缺点。 先进控制策略： PID控制的优化： 介绍如何针对不同电源拓扑和动态特性，优化PID控制器的参数整定，实现快速、稳定的输出。 模型预测控制（MPC）： 深入讲解MPC在电源控制中的应用，包括其基于系统模型预测未来行为的优势，以及如何在不同拓扑中实现MPC。 滞环控制与分数阶积分控制： 分析这些易于实现的数字控制方法，以及如何利用它们实现快速的动态响应。 无传感器控制技术： 探讨如何利用电流和电压信息实现无位置或无速度传感器的控制，以降低成本和提高可靠性。 面向效率优化的控制： 介绍各种策略，如可变频率控制、脉冲跳周期控制（PFM）等，以在不同负载条件下最大化电源效率。 数字控制与FPGA实现： 探讨了如何利用微控制器（MCU）和现场可编程门阵列（FPGA）实现复杂的控制算法，以及数字电源的优势。 EMI/EMC与滤波设计： 结合电源拓扑和控制，分析电磁干扰（EMI）的产生机制，并给出有效的滤波设计方案，以满足严格的电磁兼容性标准。 新型电源拓扑与发展趋势： 展望了如GaN/SiC器件在新型高频、高密度电源拓扑中的应用，以及多端口电源、无线充电等新兴领域的设计挑战。 本书旨在为读者提供一个系统性的视角，理解现代电源设计的关键要素，掌握先进的拓扑结构和控制技术，以应对日益严峻的性能和效率挑战。 --- 《电力电子变换器的瞬态响应与动态性能分析》 本书侧重于分析电力电子变换器在不同运行状态下的动态行为，特别是输入电压扰动、负载变化等瞬态过程，以及如何优化变换器的动态性能。在很多应用场景下，如不间断电源（UPS）、伺服驱动、新能源并网等，对电源的快速、稳定响应能力有着极高的要求。 主要内容： 基本原理回顾与动态模型建立： 平均模型法： 详细阐述基于平均模型的DC-DC变换器（Buck, Boost, Buck-Boost等）和DC-AC变换器（SPWM, NPC等）的线性化动态模型，包括小信号模型和传递函数。 状态空间平均法（SSAM）： 深入讲解SSAM在构建复杂变换器动态模型中的应用，以及如何处理非线性元件。 开关模型与瞬态分析： 介绍直接对开关过程进行瞬态分析的方法，尤其关注其在研究快速动态行为时的作用。 瞬态扰动的分析与影响： 输入电压瞬变： 分析输入电压阶跃、斜坡变化等对变换器输出电压和电流的影响，以及不同拓扑的抵抗能力。 负载瞬变： 详细研究负载电流的突然增加或减小，以及由此引起的输出电压跌落或过冲，并分析其恢复过程。 开关器件的动态过程： 考察开关管的导通和关断过渡过程对输出纹波和损耗的影响。 动态性能的评价指标： 恢复时间（Settling Time）： 定义并分析不同扰动下输出恢复到稳定状态所需的时间。 超调量（Overshoot）/跌落量（Undershoot）： 量化输出在瞬态过程中偏离稳态的最大值。 带宽（Bandwidth）： 通过频率响应分析，确定变换器对输入信号变化的响应频率范围。 稳定性裕度（Stability Margins）： 讨论增益裕度和相位裕度在保证系统稳定性中的重要性。 控制策略对动态性能的影响： PID控制器的动态优化： 探讨如何通过调整PID参数（Kp, Ki, Kd）来改善瞬态响应速度和减小超调。 前馈控制的应用： 分析如何通过测量输入或负载的变化，并将其作为前馈信号送入控制器，以预测并补偿瞬态扰动。 补偿器设计： 介绍各种补偿器（如Lead-Lag补偿器）的设计方法，以提高系统的动态性能和稳定性。 模型预测控制（MPC）的动态优势： 强调MPC在处理复杂动态和非线性系统时，能够提供更优的瞬态响应。 数字控制下的动态性能： 讨论采样延迟、量化误差等对数字控制系统动态性能的影响，以及如何通过算法优化来克服。 瞬态抑制与滤波技术： 输出滤波器的设计： 分析LC、RC等滤波器对减小输出纹波和瞬态扰动的效果。 缓冲电路与储能元件： 探讨利用电容、电感等元件在瞬态过程中吸收或释放能量，以平滑输出。 实际应用中的动态挑战： 新能源并网的稳定性： 分析光伏、风电等并网逆变器在电网波动下的动态响应要求。 电动汽车充电器的瞬态特性： 讨论其在不同电网质量和充电负载下的性能。 精密仪器电源的动态要求： 强调对超低纹波和极快恢复时间的需求。 本书旨在使读者能够深刻理解电力电子变换器动态行为的内在机理，掌握分析和评估动态性能的方法，并掌握设计能够满足严苛动态性能要求的变换器和控制系统的技术。

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从语言风格上来说，这本书的行文保持了一种非常专业而又不失亲和力的平衡感。它避免了过于晦涩难懂的学术术语堆砌，尤其是在介绍一些前沿概念时，作者善于运用形象的比喻来辅助解释抽象的物理过程。比如，描述能量在不同磁性元件间的转移时，作者使用了类似“能量的管道输送”或“谐振腔的动态耦合”等比喻，这对于那些需要在快速阅读中抓住概念核心的读者帮助巨大。此外，书中的参考文献列表非常详尽且具有时代代表性，它清晰地勾勒出了该领域的发展脉络，同时也为希望进行更深入研究的读者指明了下一步的阅读方向。这种对知识体系的尊重和对读者学习路径的引导，体现了作者深厚的学术素养和强烈的责任心。阅读过程中，我能清晰地感受到作者是在“与我对话”，而不是冷冰冰地“灌输知识”，这种交流感极大地增强了我的求知欲和对所学内容的记忆深度。

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这本书的实战案例分析部分，无疑是其最大的亮点之一，它真正打通了理论与工程应用之间的鸿沟。作者没有满足于仅展示理想化的仿真结果，而是引入了多个真实的、跨越不同功率等级和应用场景的系统设计案例。比如，在讲述高频DC-DC变换器时，书中详细剖析了一个具体应用于电动汽车车载充电机（OBC）的设计流程，从最初的功率密度目标设定、主电路拓扑选择、到关键元件（如SiC MOSFET）的选型标准，再到EMI/EMC问题的系统性解决思路，每一步都给出了详尽的步骤和背后的工程权衡。更难能可贵的是，案例中对于失败教训的剖析也毫不保留。作者坦诚地展示了在实际样机调试中遇到的过冲、振荡、热失控等问题，以及最终是如何通过调整控制参数或优化布局来克服的。这种“把血和汗水也写进书里”的做法，对于正在努力将理论知识转化为生产力的工程师来说，是无价之宝，它教会的不仅仅是“怎么做”，更是“为什么这样做比那样做更好”。

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这本书的结构组织和章节间的逻辑推进设计，也体现了作者深思熟虑的编排智慧。全书内容并非简单的技术点的堆砌，而是构建了一个从基础原理到高级控制，再到系统集成的完整知识树。开篇的基础部分为后续复杂拓扑的理解奠定了坚实的数学和物理基础，使得后续章节的难度提升显得水到渠成。我特别欣赏作者在关键章节末尾设置的“设计要点回顾”或“常见误区警示”小节。这些总结性的文字往往能一针见血地指出本章最核心的工程要点和容易出错的地方，像是一张精密的导航图，帮助读者及时校准理解的方向，避免在庞杂的细节中迷失。这种结构上的匠心，使得这本书既适合作为系统学习的教材，也适合作为资深工程师在特定问题攻关时的快速参考手册。无论你是处于学习曲线的哪个阶段，都能从中找到符合自身需求的知识节点，并顺畅地进行知识的横向和纵向拓展，充分展现了其作为一本高质量技术参考书的价值。

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这本书的排版和装帧着实令人眼前一亮。封面设计简洁大气，那种深蓝色的主调配上银色的字体，在书架上显得沉稳而专业，让人一看就知道这是一本有分量的技术专著。内页的纸张选择也十分考究，触感细腻，阅读时不会有廉价的纸张反光带来的视觉疲劳，即便是长时间盯着复杂的电路图和数学推导，眼睛的负担也相对较小。更值得称道的是其图表的清晰度。许多电力电子学的书籍，图示常常模糊不清，或者关键部分的细节丢失，但这本在这一点上做得非常出色。无论是拓扑结构示意图，还是波形仿真截图，线条都锐利分明，标注清晰可辨，这对于理解那些精妙的开关动作和能量传递过程至关重要。尤其是在描述那些高速开关器件的工作状态时，高分辨率的图表简直就是一剂强心针，帮助我迅速在脑海中构建出物理实体的工作场景。此外，书本的装订也十分牢固，即使是经常翻阅查找特定公式的重度使用者，也不必担心书页松散或中缝开裂的问题。整体而言，从触觉到视觉的每一个细节，都体现出出版方对技术书籍品质的严格把控，极大地提升了阅读体验，让人愿意沉下心来，细细品味其中的技术奥秘。

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深入阅读后，我发现作者在理论推导的逻辑连贯性上，达到了教科书级别的严谨。书中对于基本概念的引入并非生硬地抛出公式，而是遵循了从物理现象到数学模型的自然过渡。例如，在阐述某种新型谐振网络的损耗模型建立时，作者首先会详细分析在不同负载条件和器件参数下，寄生参数对能量传输效率的影响机制，通过细致入微的物理描述，引导读者理解为什么需要引入特定的修正项。这种“溯源式”的讲解方式，使得即便是初次接触某个复杂模型的人，也能迅速抓住其核心思想，而不是单纯地记忆一个“黑箱”公式。我特别欣赏作者处理边界条件的方式。在许多工程应用中，理想情况下的模型往往与实际情况相去甚远，而这本书在推导过程中，总是会非常细致地讨论温度漂移、元件老化等非理想因素对最终结果的影响，并提供相应的修正系数或设计裕度建议。这种极度务实的态度，让这本书不仅仅停留在纯理论的层面，而是真正成为指导工程实践的有力工具，让人感受到作者深厚的工程底蕴和对实际问题的深刻洞察。

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