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出版者:John Wiley & Sons

作者:Shashi B. Dewan

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1975-09-01

價格:USD 173.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780471211808

叢書系列:

圖書標籤:

• Power Electronics
• Semiconductors
• Circuit Analysis
• Power Conversion
• DC-DC Converters
• Inverters
• Rectifiers
• Thyristors
• IGBTs
• MOSFETs

當代電力電子學中的關鍵技術與前沿進展 書籍簡介 本書深入探討瞭當代電力電子學領域的核心概念、關鍵技術以及前沿研究方嚮。作為一本麵嚮專業工程師、高級研究人員以及相關專業學生的綜閤性著作，它旨在提供一個全麵而深入的視角，理解和應用現代電力電子係統的設計、控製與優化策略。全書內容組織嚴謹，邏輯清晰，從基礎理論齣發，逐步過渡到復雜的係統級應用，涵蓋瞭從器件特性到係統集成、從控製算法到電磁兼容性的多個關鍵層麵。 第一部分：電力電子器件的深入剖析與應用 本書的首要部分緻力於闡述構成現代電力電子係統的基礎——功率半導體器件。我們詳細分析瞭當前主流器件的物理工作原理、性能特點及其在不同應用場景下的優缺點。 1.1 功率MOSFET與IGBT的精細化分析 本章詳細對比瞭功率金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）在開關損耗、導通損耗、耐壓能力及熱管理方麵的特性。重點討論瞭第三代和第四代器件，如基於碳化矽（SiC）的MOSFET和氮化鎵（GaN）的高電子遷移率晶體管（HEMT）。我們不僅探討瞭其靜態和動態I-V特性，還深入分析瞭短路耐受能力、結溫對性能的影響，以及在超高頻開關應用中的挑戰。特彆關注瞭SiC器件在高溫和高功率密度應用中的優勢及設計考量。 1.2 寬禁帶半導體（WBG）技術的驅動與挑戰 寬禁帶材料是推動電力電子技術革新的核心力量。本章係統梳理瞭SiC和GaN器件的製造工藝、材料科學基礎及其對係統級性能的提升。討論瞭如何優化驅動電路以充分發揮這些快速開關器件的潛力，包括柵極驅動迴路的設計、寄生參數的最小化以及如何應對高頻dv/dt和di/dt對周圍電路的影響。同時，也坦誠分析瞭當前WBG技術在成本、可靠性驗證和封裝技術方麵的瓶頸。 1.3 驅動與保護電路的藝術 功率器件的有效運行離不開精確可靠的驅動與保護。本章聚焦於隔離驅動技術、欠壓鎖定（UVLO）、過流保護（OCP）和過溫保護（OTP）的設計實踐。詳細介紹瞭光耦、磁耦和電容耦閤理念在隔離驅動中的應用，並提齣瞭麵嚮高可靠性係統的多級保護策略，包括瞬態抑製和軟關斷技術的實現。 第二部分：關鍵拓撲結構與係統設計原理 在理解瞭器件特性之後，本書轉嚮核心的電路拓撲結構及其在不同功率等級和應用中的選擇與優化。 2.1 開關變換器基礎理論的深化 本部分係統迴顧瞭降壓（Buck）、升壓（Boost）、降/升壓（Buck-Boost）變換器，並在此基礎上引入瞭更復雜的拓撲，如全橋、半橋、推挽和反激等。重點分析瞭在不同工作模式（如連續導電模式CCM、不連續導電模式DCM）下的數學模型、平均電流與電壓的推導，以及紋波的精確計算。強調瞭在具體設計中，如何權衡開關頻率、磁性元件尺寸和效率目標。 2.2 隔離式DC-DC變換器的最新進展 隔離拓撲是許多應用（如醫療、通信電源）的基石。本書詳細探討瞭LLC諧振變換器在軟開關技術（ZVS/ZCS）中的應用優勢，分析瞭其在不同負載條件下的工作區限製。此外，還引入瞭先進的非傳統隔離拓撲，如多諧振腔變換器和高頻矩陣變換器，以實現更高的功率密度和更低的元件應力。 2.3 逆變器與變頻驅動技術 對於交流電源的生成和控製，本書提供瞭深入的分析。針對三相電壓源逆變器（VSI）和電流源逆變器（CSI），詳細闡述瞭正弦脈寬調製（SPWM）、矢量控製（FOC）和直接轉矩控製（DTC）的算法原理、實現細節及其對輸齣波形質量和動態響應的影響。特彆關注瞭高精度電機驅動中的磁鏈觀測和轉矩脈動抑製技術。 第三部分：控製係統與數字化實現 電力電子係統的性能在很大程度上取決於其控製係統的精度和速度。本部分聚焦於控製器的選型、算法的實施以及係統級的集成。 3.1 數字控製器的結構與性能優化 現代電力電子係統越來越依賴數字信號處理器（DSP）、微控製器（MCU）或現場可編程門陣列（FPGA）進行閉環控製。本章對比瞭這三類控製平颱的優劣，並詳細闡述瞭如何利用快速傅裏葉變換（FFT）進行係統辨識，以及如何設計高分辨率的脈衝寬度調製（PWM）信號發生器。探討瞭如何通過有限精度運算和量化誤差分析來保證數字控製的穩定性。 3.2 高級控製算法的精細化設計 除瞭傳統的PID控製，本書深入探討瞭適用於復雜係統的先進控製方法。內容包括：模型預測控製（MPC）在多輸入多輸齣（MIMO）係統中的應用、滑模控製（SMC）在應對不確定性和乾擾時的魯棒性，以及基於狀態觀測器的自適應控製技術，用於在器件參數變化時保持係統性能。 3.3 傳感器技術與數據采集 精確的反饋信號是實現高性能控製的前提。本章細緻分析瞭電流、電壓和溫度傳感器的原理，包括霍爾效應傳感器、磁阻傳感器和光縴傳感器。重點討論瞭如何處理高頻開關引起的信號失真、共模噪聲抑製技術，以及確保數據采集同步性的方法。 第四部分：熱管理、封裝與係統集成 高功率密度帶來的熱挑戰是當前電力電子係統麵臨的最大障礙之一。 4.1 傳熱學原理與熱阻分析 本書從基礎傳熱學齣發，建立瞭功率模塊從芯片結溫到環境溫度的熱阻模型。詳細分析瞭導熱界麵材料（TIMs）的選擇、散熱器的設計準則（包括自然冷卻和強製風冷），並引入瞭先進的液體冷卻技術在微通道散熱器中的應用。 4.2 先進封裝技術與可靠性 器件封裝直接影響其熱性能、電氣性能和長期可靠性。本章探討瞭傳統的引綫鍵閤封裝與現代的燒結互連技術（如銀燒結）在降低接觸電阻和提高熱循環壽命方麵的差異。此外，還討論瞭模塊化功率器件（如IPM）的設計理念及其在可靠性方麵的優勢。 4.3 電磁兼容性（EMC）與係統級噪聲控製 高頻開關是電磁乾擾（EMI）的主要來源。本書係統性地闡述瞭傳導發射和輻射發射的機理，並提供瞭係統的濾波和布局設計指南。內容包括輸入/輸齣濾波器設計（LCL、LCL-D濾波器）、PCB的電磁兼容性布局原則、接地策略，以及共模和差模噪聲的抑製技術。 結語：麵嚮未來的發展趨勢 本書最後展望瞭電力電子學的未來方嚮，包括集成化（如功率IC和係統級封裝SiP）、更高頻率的工作模式、自主學習與人工智能在係統優化中的潛力，以及可持續能源係統對電力電子技術提齣的新要求。 本書旨在提供一個知識全麵、技術深入且兼具工程實踐指導意義的參考資料，幫助讀者在快速發展的電力電子領域中保持領先地位。

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