電力電子電路設計

前言

　　電力電子技術(shù)是一門涵蓋電力技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)等多學科互相滲透的邊緣性、綜合性技術(shù)學科。電力電子技術(shù)以電能變換作為研究對象，利用功率半導體器件，按照一定的工作模式，對電能進行變換和控制，包括電壓（電流）大小、頻率、波形、相位的變換和控制?！　‰娏﹄娮蛹夹g(shù)的研究內(nèi)容包括交流一直流、直流一直流、直流一交流、交流一交流的變換技術(shù)。無論對電能進行何種形式的變換，都是依據(jù)一定的電路形式進行的，這些電路包括了控制電路、驅(qū)動電路、緩沖電路，以及承受大功率的主電路等，把它們一并稱為電力電子電路。　　本書從設計的角度，介紹了電力電子技術(shù)中各部分組成電路的設計方法，力求實用。主要包括四部分內(nèi)容。第一部分為電力電子器件的特性及其驅(qū)動和緩沖電路設計（第1章），第二部分為直流一直流變換器設計（第2、3、4、5、6章），第三部分為直流一交流變換器設計（第7、8、9章），第四部分為基本的諧波抑制和無功補償電路設計（第10章）。各部分的主要內(nèi)容均包括主電路結(jié)構(gòu)的選擇、功率器件的選取、控制電路設計、驅(qū)動和保護電路設計、變壓器設計及元件參數(shù)的計算等內(nèi)容。重點在第二、第三兩部分內(nèi)容?！　”緯皇且槐鞠到y(tǒng)、全面介紹電力電子技術(shù)的基本原理、基本電路的教科書。電力電子技術(shù)包含的內(nèi)容很多，由于篇幅的限制，除本書所涉及的內(nèi)容外，對其他電力電子電路沒有進行介紹。即使在所涉及的內(nèi)容中，也沒有面面俱到，而是有選擇性地突出了重點的、相信會是讀者感興趣的內(nèi)容?！　＄娧灼酵揪帉懥说?～6章，陳耀軍同志編寫了第7～10章，賴向東同志編寫了第1章。全書由鐘炎平同志任主編，負責全書的統(tǒng)稿工作?！　∽髡邔Ρ緯玫膮⒖嘉墨I的編著者表示衷心感謝?！　≡诒緯某霭孢^程中，得到華中科技大學出版社有關(guān)編輯的大力支持，為本書的審校作了大量深入細致的工作，在此表示感謝！　　由于作者水平有限，書中難免有錯誤和疏漏之外，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　《電力電子電路設計》主要包括四部分內(nèi)容。第一部分為第1章，介紹常用的電力電子器件的特性及其驅(qū)動和緩沖電路設計；第二部分包括第2、3、4、5、6章，介紹直流一直流變換器設計，內(nèi)容包括硬開關(guān)、軟開關(guān)主電路參數(shù)設計，控制電路設計，以及直流變換器的系統(tǒng)設計。第三部分包括第7、8、9章，介紹直流一交流變換器設計，內(nèi)容包括逆變主電路參數(shù)設計、控制電路和系統(tǒng)設計。第四部分為第10章，內(nèi)容為基本的諧波抑制和無功補償電路設計?！　　峨娏﹄娮与娐吩O計》可用做電氣信息類等專業(yè)高年級學生的教材或教學參考書，亦可供參與電子設計競賽的學生及工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章　電力電子電路中的基本元器件1.1　功率二極管1.1.1　結(jié)構(gòu)與工作原理1.1.2　特性與參數(shù)1.1.3　快恢復功率二極管1.1.4　基本應用1.1.5　緩沖與保護1.2　大功率晶體管1.2.1　結(jié)構(gòu)與工作原理1.2.2　特性與參數(shù)1.2.3　驅(qū)動電路1.2.4　緩沖與保護1.3　功率場效應晶體管1.3.1　結(jié)構(gòu)與工作原理1.3.2　特性與參數(shù)1.3.3　驅(qū)動電路1.4　絕緣柵極雙極型晶體管1.4.1　結(jié)構(gòu)與工作原理1.4.2　特性與參數(shù)1.4.3　驅(qū)動電路1.4.4　緩沖與保護電路1.5　智能功率模塊1.5.1　工作原理1.5.2　基本性能設計與思考一第2章　硬開關(guān)直流變換器設計2.1　降壓型變換器設計2.1.1　主電路結(jié)構(gòu)及工作原理2.1.2　器件選擇與參數(shù)計算2.2　升壓型變換器設計2.2.1　主電路結(jié)構(gòu)及工作原理2.2.2　器件選擇與參數(shù)計算2.3　降壓－升壓型變換器設計2.3.1　主電路結(jié)構(gòu)及工作原理2.3.2　器件選擇與參數(shù)計算2.4　單端正激變換器設計2.4.1　主電路結(jié)構(gòu)及工作原理2.4.2　器件選擇與參數(shù)計算2.4.3　其他正激變換器2.5　單端反激變換器設計2.5.1　主電路結(jié)構(gòu)及工作原理2.5.2　器件選擇與參數(shù)計算2.5.3　設計中應注意的事項2.6　推挽變換器設計2.6.1　電路結(jié)構(gòu)及工作原理2.6.2　變壓器的磁芯偏磁2.6.3　器件選擇與參數(shù)計算2.7　半橋變換器設計2.7.1　主電路及工作原理2.7.2　器件選擇與參數(shù)計算2.8　全橋變換器2.8.1　主電路結(jié)構(gòu)及工作原理2.8.2　偏磁及其抑制2.8.3　器件選擇與參數(shù)計算2.9　高頻功率變壓器的設計2.9.1　正激式變換器的高頻變壓器設計2.9.2　反激式變換器的高頻變壓器設計2.9.3　推挽式、橋式電路的高頻變壓器設計2.10　直流變換器主電路的比較設計與思考二第3章　軟開關(guān)直流變換器設計3.1　軟開關(guān)技術(shù)概述3.1.1　硬開關(guān)及其局限性3.1.2　軟開關(guān)技術(shù)的實現(xiàn)策略3.1.3　軟開關(guān)技術(shù)的分類3.2　準諧振變換器3.2.1　零電流和零電壓諧振開關(guān)3.2.2　零電流開關(guān)準諧振變換器3.2.3　零電壓開關(guān)準諧振變換器3.3　零開關(guān)PWM變換器3.3.1　ZCS PWM變換器3.3.2　ZVS PWM變換器3.4　零轉(zhuǎn)換PWM變換器3.4.1　零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器3.4.2　零電流轉(zhuǎn)換PWM變換器3.5　PWM軟開關(guān)全橋變換器3.5.1　移相控制ZVS PWM全橋變換器3.5.2　移相控制ZVZCS PWM全橋變換器設計與思考三第4章　直流變換器控制電路設計4.1　電壓型PwM集成控制器4.1.1　基本組成、型號及特點4.1.2　SG3525A／3527A型PWM集成控制器4.1.3　TL494型PWM集成控制器4.2　電流型PWM集成控制器4.2.1　工作原理、型號及特點4.2.2　單端輸出電流型控制芯片UC38424.3　PFM集成控制器4.3.1　型號及其特點4.3.2　UCX860的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本特性4.3.3　UCX861～UCX868的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本特性4.4　移相式全橋PWM集成控制器4.4.1　型號及其特點4.4.2　UC23875移相式集成控制器4.4.3　UC3879移相式集成控制器4.4.4　UC3879與UC3875的比較4.5　集成控制器中的誤差放大器4.6　數(shù)字控制技術(shù)4.6.1　數(shù)字控制概述4.6.2　單片機在電源中的應用4.6.3　單片機的控制方式設計與思考四第5章　開關(guān)電源中的其他功能電路設計5.1　輸入軟啟動電路5.1.1　由晶閘管組成的輸入軟啟動電路5.1.2　由繼電器組成的輸入軟啟動電路5.2　電流信號的取樣檢測電路5.2.1　電流信號取樣的基本模式5.2.2　電流信號取樣的主要方法5.3　開關(guān)電源的保護電路5.3.1　輸入電壓的檢測與保護電路5.3.2　過流保護電路5.3.3　過熱保護電路5.4　提高開關(guān)穩(wěn)壓電源效率的途徑5.4.1　開關(guān)電源效率降低的原因5.4.2　提高開關(guān)電源效率的主要措施5.5　開關(guān)電源的噪聲及其抑制5.5.1　噪聲的產(chǎn)生5.5.2　噪聲的傳遞方式5.5.3　噪聲的抑制5.5.4　噪聲抑制實例分析設計與思考五第6章　直流開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設計6.1　直流開關(guān)穩(wěn)壓電源的組成、特點和分類6.1.1　直流開關(guān)穩(wěn)壓電源的組成和特點6.1.2　開關(guān)穩(wěn)壓電源的分類6.2　開關(guān)穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標6.3　開關(guān)穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)設計6.3.1　主電路形式的選擇6.3.2　脈寬調(diào)制器工作點的選擇6.3.3　功率開關(guān)器件的選擇6.3.4　變換器工作頻率的選擇6.3.5　其他部分電路的設計6.3.6　開關(guān)電源的調(diào)試6.4　27V硬開關(guān)直流電源設計6.4.1　技術(shù)指標6.4.2　電路設計6.5　48V／10 A軟開關(guān)直流電源設計6.5.1　電源的主要技術(shù)指標6.5.2　主電路設計6.5.3　控制電路及保護電路6.5.4　驅(qū)動電路6.5.5　電流檢測電路6.5.6　參數(shù)設計6.5.7　本電源的特色設計與思考六第7章　逆變器主電路結(jié)構(gòu)及原理分析7.1　單相方波逆變器7.1.1　單相推挽式方波逆變器7.1.2　單相橋式方波逆變器7.2　單相正弦脈寬調(diào)制技術(shù)7.2.1　幾個基本概念7.2.2　雙極性SPWM7.2.3　單極性SPWM7.2.4　單極倍頻SPWM7.3　三相逆變器7.3.1　三相橋式方波逆變器7.3.2　三相SPWM逆變器7.4　輸出濾波器的設計7.4.1　常用濾波器結(jié)構(gòu)及工作原理7.4.2　LC低通濾波器截止頻率的確定7.4.3　LC濾波器基于無功功率最小的設計7.4.4　濾波器對逆變器工作電流及輸出電壓的影響設計與思考七第8章　逆變器控制電路設計8.1　SPWM波產(chǎn)生方法8.1.1　采樣方法8.1.2　模擬SPWM波的實現(xiàn)8.1.3　基于EPROM的SPWM波產(chǎn)生方法8.1.4　全數(shù)字SPWM實現(xiàn)8.2　逆變電源控制系統(tǒng)設計8.2.1　逆變電源常用控制方法8.2.2　PID控制原理及其實現(xiàn)8.2.3　控制系統(tǒng)檢測電路、保護電路及抗干擾設計設計與思考八第9章　逆變電源系統(tǒng)設計9.1　逆變電源組成及性能指標9.1.1　逆變電源組成9.1.2　逆變電源的性能指標9.2　三相400 Hz逆變電源設計9.2.1　概述9.2.2　主電路設計9.2.3　控制、驅(qū)動電路設計9.2.4　系統(tǒng)軟件設計9.3　幾種逆變電源的設計方案9.3.1　一種簡單實用的太陽能逆變器9.3.2　一種單相正弦車載電源9.3.3　一種多功能輸出開關(guān)電源設計與思考九第10章　諧波抑制與無功補償10.1　無功補償和諧波抑制技術(shù)10.1.1　無功功率和諧波的檢測技術(shù)10.1.2　一種基于單片機的無功補償控制器的設計10.1.3　電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(UPQC)10.2　單相功率因數(shù)校正10.2.1　有源功率因數(shù)校正器的工作原理10.2.2　UC3854／UC3855原理及其應用10.2.3　功率因數(shù)校正器UCC28019及其應用設計與思考十參考文獻

章節(jié)摘錄

　?、谲浖葳寮夹g(shù)。軟件陷阱技術(shù)是用引導指令強行將捕獲到的“跑飛”程序引向某一固定的地址（如復位入口地址0000H），在此處將程序轉(zhuǎn)向?qū)ｉT的出錯處理程序，使程序納入正軌?！　≤浖葳宓陌才庞卸喾N形式：一是在未使用的中斷人口中插入長跳轉(zhuǎn)指令，當未使用的中斷由于干擾而開放時，該陷阱能及時捕捉到該異常，并做出處理；二是在沒有使用的程序空間中全部填人空操作，并插入跳轉(zhuǎn)指令，這樣安排使得程序“跑飛”到該空間時不至于產(chǎn)生誤操作，并且將程序迅速納入正常軌道；三是在中斷服務程序區(qū)中插人軟件陷阱。在中斷程序中判斷發(fā)生中斷的地址，是否是正常程序區(qū)域的地址，如果不在正常運行程序范圍之內(nèi)，則說明程序已經(jīng)“跑飛”，必須進行出錯處理?！　、邸翱撮T狗”技術(shù)。Pc受到干擾而失控，可能是程序陷入“死循環(huán)”，指令冗余技術(shù)和軟件陷阱技術(shù)均不能使程序脫離“死循環(huán)”。通常采用“看門狗”技術(shù)來解決，“看門狗”技術(shù)是一種程序監(jiān)視技術(shù)，它是一個計數(shù)器，如果計數(shù)器溢出，則會產(chǎn)生一個復位脈沖，強行使程序從頭開始運行，在每個程序循環(huán)期間，對看門狗技術(shù)器進行清零操作，俗稱“喂狗”，這樣程序在正常運行期間，“看門狗”計數(shù)器不可能溢出，也就不會引起系統(tǒng)復位。當程序“跑飛”后，得不到喂狗信號，“看門狗”計數(shù)器會計滿溢出，引起系統(tǒng)復位?！　　翱撮T狗”分為硬件“看門狗”和軟件“看門狗”。硬件“看門狗”通過硬件電路完成，有專用的芯片，許多CPU自帶有“看門狗”。硬件“看門狗”可以有效地克服程序陷入“死循環(huán)”的后果，但在嚴重干擾場合，硬件“看門狗”有可能失靈，這時可以采用軟件“看門狗”，依靠軟件進行雙重監(jiān)視。軟件“看門狗”的基本思路是：在主程序中對定時器中斷進行監(jiān)視，在定時器中斷中對主程序進行監(jiān)視。比如，在主程序中可以通過定時器判斷某一程序模塊執(zhí)行的時間，如果執(zhí)行時間在預定的范圍之內(nèi)，則定時器運行正常，如果執(zhí)行時間為零，則定時器關(guān)閉；設置一個寄存器，在定時器中斷中對該寄存器進行加1操作，而在主程序循環(huán)中對該寄存器進行清，如果在定時器中斷中發(fā)現(xiàn)該寄存器的計數(shù)值達到了設定值，則認為主程序異常，需要進行出錯處理?！　、艹绦虺鲥e處理。程序“跑飛”被納入正軌后，首先必須進行出錯處理，最簡單的方法是讓程序和上電正常運行一樣從頭開始運行，但許多控制過程，并不要求從頭開始，而要求轉(zhuǎn)入相應的控制模塊，對一些重要的信息進行恢復，比如將系統(tǒng)工作狀態(tài)恢復正常，一些重要寄存器中的數(shù)據(jù)進行刷新等。在出錯程序中，第一件事就是要確定程序是正常啟動的，還是“跑飛”后再啟動的。如果微處理器自帶“看門狗”，則可以通過判斷“看門狗”溢出標志來判斷程序是否是正常啟動。如果是用片外“看門狗”，則需設定上電標志，可以選擇一個或幾個寄存器，在程序初始化時，按一定規(guī)律為它們賦值。CPU掉電上電后，該寄存器中的值一般會和設定的值不一致，于是通過判斷這個設定的值來判斷程序是正常啟動還是“跑飛”后恢復啟動。

編輯推薦

　　本書從設計的角度，介紹了電力電子技術(shù)中各部分組成電路的設計方法，力求實用。主要包括四部分內(nèi)容。第一部分為電力電子器件的特性及其驅(qū)動和緩沖電路設計，第二部分為直流－直流變換器設計，第三部分為直流－交流變換器設計，第四部分為基本的諧波抑制和無功補償電路設計。各部分的主要內(nèi)容均包括主電路結(jié)構(gòu)的選擇、功率器件的選取、控制電路設計、驅(qū)動和保護電路設計、變壓器設計及元件參數(shù)的計算等內(nèi)容。

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