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出版者:Artech House

作者:Andrews, David

出品人:

页数:214

译者:

出版时间:2006-5

价格:$ 145.77

装帧:HRD

isbn号码:9781580536011

丛书系列:

图书标签:

• 电磁场
• 电路分析
• 数值方法
• 混合方法
• 四极子模型
• 高频电路
• 微波电路
• 数值电磁学
• 计算电磁学
• 射频电路

现代电力电子与系统集成：面向高效能能源转换的器件、拓扑与控制策略 本书聚焦于当前电力电子技术领域的前沿热点，深入剖析了实现高效率、高功率密度和高可靠性能源转换系统的关键技术。全书结构严谨，内容覆盖从基础理论到先进应用的广阔范围，旨在为研究人员、工程师以及相关领域的专业人士提供一套全面且深入的参考指南。 --- 第一部分：高性能电力电子器件与封装技术 本部分详尽介绍了下一代电力电子器件的物理原理、特性优化及其在实际应用中的挑战与解决方案。重点关注那些能够承受更高电压、更高开关频率并具备更低导通损耗的新型半导体材料。 第一章：宽禁带半导体器件的深度解析 本章首先回顾了传统硅基器件（如MOSFET和IGBT）的性能瓶颈，随后将核心篇幅投入到碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）功率器件的机理研究。详细阐述了SiC MOSFETs在高温和高频工作下的性能衰减模型，并对比了其在二极管和晶体管结构中的优劣。对于GaN HEMT，深入分析了其高电子迁移率的来源、陷阱效应（Trapping Effects）对器件动态特性的影响，以及如何通过先进的晶圆工艺和钝化层设计来提高其长期可靠性。内容还包括了先进的封装技术，如$ ext{SiC}$的烧结互连技术（Sintering Interconnection）和$ ext{GaN}$器件的低电感封装设计，这些对于抑制寄生参数、提升系统动态响应至关重要。 第二章：先进功率模块化与热管理挑战 随着功率密度的提升，热管理已成为制约系统性能的关键因素。本章系统性地探讨了先进的功率集成技术，包括单片集成（Monolithic Integration）和基于先进基板的混合集成。重点分析了不同的散热路径——从器件结温到外部散热器——的热阻量化与优化方法。讨论了包括直通冷却（Direct Cooling）、微通道散热（Microchannel Cooling）以及相变材料（Phase Change Materials, PCM）在电力电子模块中的应用潜力。此外，本章还引入了面向应用的可靠性建模，特别是对于高频开关循环和温度波动下的疲劳损伤评估。 --- 第二部分：革新的功率变换器拓扑与结构设计 本部分侧重于研究人员在提高转换效率和功率密度方面所开发的创新拓扑结构。着重分析了如何通过重新设计开关管的排列和连接方式，来克服传统拓扑的固有局限性。 第三章：高频高效率的直流-直流转换器新范式 本章全面审视了高频共振技术在DC-DC转换器中的应用。详细剖析了LLC谐振变换器（Inductor-Inductor-Capacitor）的软开关机理、工作区域分析及其在宽输入输出电压范围下的调制策略。同时，引入了先进的多电平（Multilevel）DC-DC拓扑，例如T型（T-Type）和NPC（Neutral Point Clamped）结构在隔离DC-DC中的应用，探讨它们如何实现更小的输出纹波和更低的开关损耗。本章的亮点在于对高频磁性元件（如平面变压器和集成电感）的设计与优化，以适应MHz级别的开关频率。 第四章：面向电网互联的先进逆变器技术 针对可再生能源并网和电动汽车驱动等应用，本章深入探讨了先进的电压源逆变器（VSI）拓扑。重点介绍了中性点钳位（NPC）逆变器、级联H桥（CHB）逆变器和无源/有源中点钳位（ANPC/PNPC）拓扑的控制优势与挑战。对于高压应用，详尽分析了如何通过模块化设计（如模块化多电平变流器，MMC）来降低单管承受的电压应力，并探讨了MMC在动态负载下的环流抑制和平衡控制策略。章节还包含对空间矢量调制（SVM）在非标准拓扑中应用的拓展研究。 --- 第三部分：面向复杂系统的自适应控制与数字化集成 现代电力电子系统不仅要求高效的硬件，更依赖于快速、精确和鲁棒的控制算法。本部分将控制理论与系统数字化集成相结合，探讨了实现下一代智能电能系统的关键技术。 第五章：数字控制器的实现与高性能算法 本章从硬件平台选型（如FPGA、高性能DSP）出发，探讨了如何利用并行处理能力实现复杂控制算法的高速执行。内容深入讲解了针对不同变换器的核心数字控制技术，包括：针对电流环的快速内模控制（IMC）、非线性控制方法（如滑模控制SMC）在抑制谐波和应对参数不确定性方面的优势。特别关注了面向电网稳定性的同步与锁相技术（PLL），包括先进的二阶锁相环（2nd Order PLL）和基于观测器的同步方法，以应对电网的谐波和暂态扰动。 第六章：系统级故障诊断、容错与自主运行 可靠性是高功率密度系统的生命线。本章聚焦于系统层面的智能监测与自适应能力。详细阐述了基于电流、电压波形特征的开关器件健康监测（SOH）算法，以及如何利用这些信息进行早期故障预警。对于容错控制（Fault-Tolerant Control），系统地分析了冗余设计（如并联冗余或分段冗余）下的重构策略，包括在单个器件失效后，系统如何快速调整调制指数和电流参考，以维持基本功能。最后，讨论了基于模型预测控制（MPC）在处理多目标优化和实现系统自主决策方面的潜力。 --- 第七章：未来趋势与交叉领域集成 本书以展望性的章节收尾，探讨电力电子系统与其他关键技术（如人工智能、通信网络）的融合。讨论了如何利用机器学习（ML）优化变流器的参数设计（如磁性元件优化）和实时故障诊断。同时，对超高频开关技术、基于新型介质的电容器技术，以及电力电子在数据中心、航空航天电源分配网络（More Electric Aircraft, MEA）中的前沿应用进行了前瞻性分析。 本书的深度和广度确保了其不仅是理论学习的良师，更是工程实践中的可靠伙伴。

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