Fundamentals of Power Electronics Translated By Siwei Yang (前六章翻译自Edition 2,后面部分翻译自Edition 3) Part I 1.引言 1.1 功率处理概论 1.2 功率处理概论 1.3 本书内容 2.稳态变换器原理分析 2.1 引言 2.2 电感伏秒平衡.电容电荷平衡以及小纹波近似 2.3 Boost变换器实例 2.4 Cuk变换器实例 2.5 多极点滤波器电压纹波估计 2.6 要点小结 3.稳态等效电路建模.损耗和效…

1.1 功率处理概论 电力电子领域关注的是利用电子设备对电力进行处理[1–7].如图1.1所示,其中关键部件就是开关变换器.通常,开关变换器包含电源输入和控制输入端口以及电源输出端口.原始输入功率按控制输入指定的方式进行处理,产生相应的条件输出功率.其可以执行以下几个基本功能之一[2].在DC-DC变换器中,直流输入电压被转换为具有更大或更小幅值的直流输出电压,也可能具有相反的极性,或者具有输入和输出参考地的隔离.在AC-DC整流器中,交流输入电压被整流,产生直流输出电压.可以控制直流输出电压和…

7.3 脉冲宽度调制器建模 我们现在已经达成了本章开始的目标,为图7.1推导了一个有效的等效电路模型.但仍存在一个细节,对脉冲宽度调制(PWM)环节进行建模.如图7.1所示的脉冲宽度调制器可以产生一个能够控制功率晶体管开关或导通的逻辑信号\(\delta(t)\).该逻辑信号\(\delta(t)\)是周期性的,且其频率为\(f_{s}\),占空比为\(d(t)\).脉冲宽度调制器的输入是一个模拟控制信号\(v_{c}(t)\).脉冲宽度调制器的功能为产生一个正比于模拟控制电压\(v_{c}(t…

9.1 引言 在所有的开关变换器中,输出电压\(v(t)\)都是输入电压\(v_{g}(t)\),占空比\(d(t)\),负载电流\(i_{load}(t)\)和电路元件值的函数.在DC-DC变换器应用场合,尽管\(v_{g}(t)\)和\(i_{load}(t)\)可能会有扰动,并且电路元件值可能变化,但仍然希望获得一个恒定的输出电压\(v(t)=V\).这些扰动的来源可能有很多,一个典型的电路如图9.1所示.由off-line power supply(译者:离线电源供电,有说法解释为整流和…

1.2 电力电子技术的几个应用 高效开关变换器面临的功率范围从 (1)小于1瓦(电池供电的便携式设备内的DC-DC转换器)到(2)计算机及办公设备中的几十,几百,数千瓦到(3)变速电机驱动器中上千瓦及兆瓦以及(4)通过传输线接入交流电源的数千兆瓦的整流器和逆变器中.本节对几种变换器应用系统进行了介绍. 个人计算机的电源系统如图1.14所示.锂电池为系统供电,数DC-DC变换器将电池电压转换为负载所需的电压.降压转换器产生微处理器所需的低压直流电.升压转换器将电池电压增加到磁盘驱动器所需的电压水平…

4.1 开关应用 4.1.1 单象限开关 理想的SPST(Single pole single throw)开关如图4.1所示.开关包含电源端子1和0,其电流和电压极性如图所示.在接通状态下,电压\(v\)为零,而在断开状态下电流\(i\)为零.有时在第三端子\(C\)处施加控制信号. SPST开关的显着特征包括控制方法(有源与无源)以及它们可以在其工作的\(i-v\)平面区域.无源开关不包含控制端子\(C\).开关的状态由施加到端子0和1的波形\(i(t)\)和\(v(t)\)决定.最常见的例…

4.2 功率半导体器件概述 功率半导体设计中最根本的挑战是获得高击穿电压,同时保持低正向压降和导通电阻.一个密切相关的问题是高压低导通电阻器件的开关时间更长.击穿电压,导通电阻和开关时间之间的折衷是各种功率器件的关键区别特征. 反向偏置的PN结及其相关的耗尽区的击穿电压是掺杂程度的函数:在PN结的至少一侧的材料中,获得高击穿电压需要低掺杂浓度,从而导致高电阻率.该高电阻率区域通常是设备导通电阻的主要贡献者,因此高压设备必定具有比低压设备更高的导通电阻.在多数载流子元件(单极型器件)中(包括MOS…

4.3 开关损耗/4.4 小结 使用半导体器件实现开关后,我们现在可以讨论变换器中损耗和低效的另一个主要来源:开关损耗.如前所述,半导体器件的导通和关断转换需要几十纳秒到几微秒的时间.在这些开关转换期间,半导体器件中可能会出现非常大的瞬时功率损耗.尽管半导体开关时间很短,产生的平均功率损失也可能很大. 半导体器件是由电荷控制的.例如,MOSFET的导电状态由其栅极和沟道中的电荷决定,硅二极管或BJT的导电状态由器件内部半导体结附近存储的少数电荷的存在与否决定.为了在开和关状态之间切换半导体器件,…

6.4 变换器评估与设计 没有完美适用于所有可能应用场合的统一变换器.对于给定的应用和规格,应该进行折中设计来选择变换器的拓扑.应该考虑几种符合规格的拓扑,对于每种拓扑方法,对比较重要的量进行计算,比如最坏情况下的晶体管电压,电流有效值,变压器尺寸等.这种类型的定量比较可以选择最佳方法,同时避免工程师的个人偏好. 6.4.1 开关应力和利用率 通常,变换器中最大的单一成本是有源半导体器件的成本.而且,与半导体器件相关的导通和开关损耗通常占变换器损耗的主体.因此,对于候选变换器而言,比较总有源开关…

7.1 引言 变换器系统总是需要反馈的.例如,在典型的DC-DC变换器应用中,无论输入电压\(V_{g}(t)\)和输出有效负载\(R\)如何变化,都必须使输出电压\(v(t)\)保持恒定.这是通过构建一个可以改变变换器控制输入的回路来完成的[例如:占空比\(d(t)\)],来使得输出电压\(v(t)\)被调节为期望值\(V_{ref}\).在逆变器系统中,反馈回路使得输出电压遵循正弦曲线参考电压.在现代低谐波整流系统中,控制系统使得变换器的输入电流与输入电压成正比.从而使得输入端口对于交流电源…