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目录 1

前言 1

绪论 1

第1章　电路运行条件对电力电子器件性能的影响 8

1.1　概述 8

1.1.1　决定电力电子器件实际效能的主要因素 8

1.1.2　电力电子器件的分类 8

1.2　功率二极管 10

1.2.1　结型功率二极管的开关过程分析 10

1.2.2　开关环境对二极管开关性能的影响 12

1.2.3　二极管的功率损耗 13

1.2.4　快速功率二极管 14

1.2.5　肖特基势垒二极管 16

1.3　功率场效应晶体管（Power MOSFET） 18

1.3.1　分类和结构 18

1.3.2　静态特性 20

1.3.3　导通电阻 23

1.3.4　安全工作区 26

1.3.5　开关过程 30

1.3.6　栅极驱动电路 41

1.4　绝缘栅晶体管（IGBT） 54

1.4.1　IGBT的结构和工作原理 54

1.4.2　特性和工艺 58

1.4.3　开关过程分析 62

1.4.4　缓冲电路 68

1.4.5　驱动电路 75

1.5　集成门极换流晶闸管（IGCT） 81

1.5.1　IGCT开关电路 82

1.5.2　VC开通过程分析 83

1.5.3　VC关断过程分析 85

1.6　功率集成电路（PIC） 88

1.6.1　IGBT-IPM 88

1.6.2　IGBT-PIC 90

1.6.3　电力电子集成技术 91

参考文献 92

第2章　PWM直流变换电路 94

2.1　概述 94

2.1.1　电力电子电路的分类 94

2.1.2　直流变换电路的分类 96

2.2　单象限降压型电路 97

2.2.1　电路外特性分析 97

2.1.3　直流变换电路的基本用途 97

2.2.2　输出滤波电路的参数选择 101

2.2.3　PWM控制电路 103

2.2.4　ZVS PWM BUCK电路 108

2.3　单象限升压型电路 112

2.3.1　电路外特性分析 113

2.3.2　考虑电路内阻r0时的工作情况分析 115

2.3.3　ZCS PWM BOOST电路 116

2.4　单象限隔离型电路 120

2.4.1　反激式电路（Flyback电路） 121

2.4.2　正激式电路（Forward电路） 130

2.5　电流双象限电路 136

2.5.1　双象限电路的分类 136

2.5.2　电流双象限电路 137

2.5.3　缓冲电路 139

2.5.4　电流双象限电路的应用 143

示例 143

2.6　电压双象限电路 148

2.6.1　U0＞0时的工作情况分析 148

2.6.3　电压双象限电路在可逆直流调速系统中的应用 151

2.6.2　U0＜0时的工作情况分析 151

2.7　单极性PWM四象限直流变换电路 153

2.7.1　四象限桥式直流变换电路的分类 153

2.7.2　同频式单极性PWM全桥电路 154

2.7.3　倍频式单极性PWM全桥电路 157

2.8　双极性PWM四象限电路 158

2.8.1　电路工作原理分析 158

2.8.2　PWM四象限桥式电路在可逆直流调速系统中的应用 160

参考文献 165

3.1.1　特殊交流电源的分类 167

3.1 概述 167

第3章　PWM逆变电路 167

3.1.2　逆变电路的基本用途 168

3.1.3　逆变电路的分类 169

3.2　单相方波逆变电路 170

3.2.1　基本假定 172

3.2.2　方波逆变电路 172

3.2.3　相移式方波逆变电路 176

3.3　单相SPWM逆变电路 178

3.3.1 双极性SPWM逆变电路 178

3.3.2 单极性SPWM逆变电路 187

3.3.3　单相PWM逆变电路用例 197

3.4　三相方波逆变电路 200

3.4.1　纯阻负载的工作情况分析 201

3.4.2　无源感性负载的工作情况分析 204

3.4.3　有源负载的工作情况分析 208

3.4.4　三相方波逆变电路的特点 211

3.5　三相SPWM逆变电路 213

3.5.1　控制极信号的时序分布 213

3.5.2　纯阻负载下的电路工作情况 215

3.5.3　感性负载下的电路工作情况 217

3.6　逆变电路输出电压波形改善 217

3.6.1　附加输出滤波器 217

3.6.2　PWM技术的优化 219

3.7　逆变电路的控制 222

3.7.1　电压瞬时值单环反馈控制 223

3.7.2　电流瞬时值单环反馈控制 225

3.7.3　电压电流双环反馈控制 230

3.7.4　电压空间矢量控制 230

3.7.5　PWM逆变电路的控制手段 240

参考文献 248

第4章　PWM交流变换电路 249

4.1　概述 249

4.2　单相交流调压电路 250

4.2.1　理想条件下PWM交流调压电路的工作情况 250

4.2.2　双向功率开关的连接方式 254

4.2.4　控制栅压的非互补方式 256

4.2.3　网侧功率因数和载波频率的选择 256

4.3　三相交流调压电路 259

4.4　由半控型器件组成的直接变频电路 260

4.4.1　理想条件下三相电流源SOR直接变频电路分析 260

4.4.2　同步电动机的调速方法 265

4.4.3　变频电路的换流过程分析 266

4.5　由全控型器件组成的直接变频电路 270

4.5.1　电压源双向型直接降频电路 270

4.5.2　电压源双向型直接变频电路 278

4.5.3　电流源双向型直接降频电路 279

参考文献 283

5.1.1　整流电路的理想状态 284

第5章　PWM整流电路 284

5.1　概述 284

5.1.2　传统整流电路存在的问题 286

5.1.3　PWM整流电路的分类 288

5.2　低压大电流高频整流电路 289

5.2.1　倍流整流电路 289

5.2.2　同步整流电路 293

5.3　电压型单相单管PWM整流电路 298

5.3.1　含BoostAPFC的PWM整流电路 300

5.3.2　含Flyback APFC的PWM整流电路 307

5.4.1　理想条件下的电路分析 310

5.4　电压型单相桥式PWM整流电路 310

5.4.2　实际条件下的电路分析 313

5.4.3　输出电压U0的调节 317

5.4.4　网侧功率因数λ=-1时的电路分析 319

5.4.5　电路的控制 322

5.5　电压型三相桥式PWM整流电路 326

5.5.1　电路工作原理分析 327

5.5.2　电路的控制 333

5.5.3　输出直流电压的估算 336

参考文献 338

6.1.2　高频工况下电路开关环境的比较 340

6.1.1　高频化与PWM技术 340

6.1　概述 340

第6章 PWM软开关电路 340

6.1.3　软PWM开关电路的分类 341

6.1.4　PWM软开关电路存在的问题 341

6.2　缓冲型PWM软开关电路 342

6.2.1　缓冲型PWM软开关电路的分类 342

6.2.2　分立式缓冲型软PWM电路 346

6.2.3　单相式缓冲型软PWM电路 350

6.2.4　集中式缓冲型软PWM电路 363

6.3.1　高频感应加热用移相式谐振逆变电路 371

6.3　控制型PWM软开关电路 371

6.3.2　移相式高频链软PWM逆变电路 379

6.4　直流谐振型PWM软开关电路 397

6.4.1　SCR集中换流电路 398

6.4.2　直流谐振环的基本结构及其存在问题 399

6.4.3　有源钳位直流准谐振环 402

6.4.4　并联式有源钳位直流谐振环 406

6.4.5　谐振型单相软PWM逆变电路 411

参考文献 416

第7章 PWM多电平电路 418

7.1　概述 418

7.1.1　PWM多电平电路的工作背景 418

7.1.2　PWM多电平电路的分类 419

7.2　多重化方波电路 420

7.2.1　多重化方波整流电路 420

7.2.2　多重化电压源方波逆变电路 422

7.2.3　多重化电流源方波逆变电路 429

7.3　多重化PWM直流变换电路 431

7.3.1　多重化PWM单象限降压型电路 432

7.3.2　多重化PWM双管正激式直流变换电路 433

7.4　多重化PWM逆变电路 435

7.4.1　多重化PWM电压源逆变电路 435

7.4.2　多重化PWM电流源逆变电路 443

7.5　中点钳位式逆变电路 445

7.5.1　中点钳位式方波逆变电路 446

7.5.2　中点钳位式PWM逆变电路（NPC-PWM-INV） 451

7.5.3　直接转矩控制在NPC-PWM-INV中的应用 457

7.6　中点钳位式直流变换电路（NPC-DC/DC） 465

7.6.1　间接式NPC-DC/DC电路 465

7.6.2　直接式NPC-DC/DC电路 466

7.7　中点钳位式PWM整流电路（NPC-PWM-REC） 468

7.7.1　SVPWM的控制算法 468

7.7.2　NPC-PWM-REC的控制 470

7.7.3　直流电源中点电位的控制 473

7.7.4　间接式IGCT-NPC双向变频调速系统 474

参考文献 477