Power Electronics Handbook, Second Edition

Power Electronics Handbook, Second Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Academic Press
作者:Muhammad H. Rashid
出品人:
页数:1172
译者:
出版时间:2006-11-22
价格:USD 180.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780120884797
丛书系列:
图书标签:
  • 口粮(Academic)
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具体描述

电源电子学手册,第二版 内容简介 《电源电子学手册,第二版》是一部全面而深入的参考著作,旨在为电力电子领域的工程师、研究人员和学生提供最新的理论基础、先进的设计技术以及实际应用案例。本书汇集了来自全球顶尖专家学者的智慧,覆盖了从基础概念到尖端技术应用的广阔范围,是理解和掌握现代电力电子系统的必备工具书。 第一部分:电力电子基础与器件 本部分系统地回顾了电力电子学的基本原理,并详细介绍了构成现代电力转换系统的关键半导体器件。 1. 功率半导体器件 深入探讨了功率器件的物理原理、特性曲线、开关行为以及热管理。重点分析了以下器件: 功率 MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors): 详细阐述了其在低压、高频应用中的优势,包括导通电阻($R_{DS(on)}$)的优化、栅极电荷特性以及米勒效应(Miller Effect)对开关速度的影响。 IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors): 讨论了其在高电压、大电流应用中的应用,对比了其与MOSFET在饱和压降和开关损耗之间的权衡。分析了新型Trench Field Stop 技术的应用。 GTOs (Gate Turn-Off Thyristors) 和 晶闸管(SCRs): 阐述了传统高功率器件的最新发展,特别是在大电网级应用中的地位。 新型宽禁带(WBG)器件: 专门开辟章节讨论了碳化硅(SiC)MOSFET和氮化镓(GaN) HEMT 的革命性影响。详细分析了它们在提高工作频率、降低开关损耗和提高功率密度方面的潜力,以及在驱动、保护和可靠性方面的特定挑战。 2. 功率电子器件的驱动与保护 讨论了如何有效地驱动和保护这些功率开关。内容包括: 栅极驱动电路设计: 针对不同器件(特别是高边驱动和隔离需求)设计隔离驱动电路,包括磁耦合、光耦和电容耦合技术。重点分析了驱动电阻的选择对开关损耗和过冲(Overshoot)的影响。 热管理与散热技术: 详细介绍了各种散热方案,包括自然对流、强制风冷、热管技术以及液冷系统在紧凑型系统中的应用。讨论了器件结温($T_j$)的精确建模与监测。 器件的失效机制与保护: 分析了短路、过流、过压(如dV/dt 和 dI/dt 引起的瞬态应力)等非正常工作模式下的保护策略,如去饱和检测(Desaturation Detection)和快速熔断器的选择。 第二部分:基本电路拓扑结构与分析 本部分专注于电力电子系统的核心——转换器拓扑。 3. 直流-直流(DC-DC)转换器 系统地介绍了从低功率到高功率的各种DC-DC拓扑: 非隔离型: 深入分析了降压(Buck)、升压(Boost)、巴克-升压(Buck-Boost)拓扑的连续导通模式(CCM)和非连续导通模式(DCM)下的传递函数、电流纹波和电压纹波分析。探讨了四象限工作的SEPIC和Ćuk拓扑。 隔离型: 详细解析了标准隔离拓扑如反激(Flyback)、正激(Forward)、推挽(Push-Pull)、半桥(Half-Bridge)和全桥(Full-Bridge)转换器的原理、绕组设计、变压器设计与漏感处理。着重探讨了谐振腔技术在提高效率上的应用。 4. 直流-交流(DC-AC)逆变器 聚焦于如何将直流电转换为高质量的交流电,这是电动汽车、UPS和可再生能源并网系统的核心。 调制技术: 深入讲解了脉冲宽度调制(PWM)技术,包括正弦波PWM、矢量控制(Space Vector Modulation, SVM)在三相逆变器中的应用,以及不同调制策略对谐波含量、开关损耗和直流母线电压利用率的影响。 多电平逆变器: 详细介绍了中点钳位(NPC)、飞跨电容(Flying Capacitor)和级联H桥(CHB)等拓扑。分析了其在降低输出电压谐波、减轻输出滤波器负担和提高电压等级方面的优势。 5. 交流-直流(AC-DC)整流器 讨论了电源输入端的功率因数校正(PFC)技术和高功率因数整流器的设计。 有源功率因数校正(APFC): 阐述了升压型PFC电路的工作原理,重点分析了输入电流整形技术,确保输入电流波形与市电电压同相,功率因数接近1。 多相和矩阵变换器: 介绍了多相整流器在减小输入电流脉动方面的应用,以及矩阵变换器(Matrix Converter)作为直接AC-AC变换器的独特优势和控制挑战。 第三部分:控制、建模与系统集成 本部分将理论与实际工程紧密结合,讨论了系统性能优化的关键技术。 6. 线性化建模与状态空间分析 提供了精确的数学工具来分析复杂的开关模式电源。 平均状态模型(Average Model): 使用平均状态空间模型对各种拓扑进行建模,推导其在不同工作模式下的动态特性。 开关导通/关断模型: 探讨了开关小信号模型(Small-Signal Model)的建立,用于频率响应分析和环路补偿设计。 7. 反馈控制系统设计 这是实现稳定、快速动态响应的核心。 环路设计: 详细介绍了PID控制器的设计、Type II和Type III补偿器的应用,以及如何使用波特图、根轨迹图来确保稳定性和瞬态性能。 先进控制策略: 引入了如平均电流模式控制(Average Current Mode Control)、峰值电流模式控制(Peak Current Mode Control),以及针对无源器件(如电感和电容)寄生参数影响的补偿技术。 8. 滤波器设计与电磁兼容性(EMC) 系统地讲解了输入、输出滤波器的设计规范和实现方法。 LCL/LCL-T 滤波器: 在并网逆变器中,详细分析了三阶滤波器(LCL)的设计,特别关注其对系统谐振频率的影响以及如何通过控制环路进行阻尼抑制。 EMI/EMC 考量: 阐述了电磁干扰(EMI)的产生机理(传导和辐射),并提供了降低EMI的布局技巧、屏蔽技术以及共模/差模噪声的抑制方法。 第四部分:特定应用领域 本部分关注电力电子技术在当前主流工业和新兴领域中的具体实现。 9. 电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)动力总成 电机驱动系统: 深入分析了用于驱动牵引电机的三相逆变器设计,特别是永磁同步电机(PMSM)和感应电机(IM)的矢量控制(Field-Oriented Control, FOC)和直接转矩控制(DTC)。 车载充电器(OBC): 讨论了双向车载充电机(Bi-Directional OBC)的拓扑选择(如LLC谐振或T型拓扑),及其在电网充电和V2G(Vehicle-to-Grid)应用中的要求。 10. 可再生能源并网 光伏(PV)和风能变流器: 分析了最大功率点跟踪(MPPT)算法,特别是扰动观察法(P&O)和增量电导法(IncCond)的优缺点。详细讨论了逆变器并网时所需的电流控制策略以满足电网代码要求(如低电压穿越LVRT)。 11. 数据中心与高可靠性电源 模块化冗余电源(MRPS): 介绍了在数据中心中实现高可靠性和可维护性的热插拔电源设计、功率均流技术(Current Sharing)和N+1/N+M冗余配置。 本书内容详实,图表丰富,案例分析贴近实际工程问题,是电力电子领域技术人员提升专业技能、应对复杂挑战的权威指南。

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用户评价

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从一个初学者的角度来看,《电力电子手册,第二版》是一本非常友好的入门读物,但同时它也拥有足够的技术深度,能够满足资深工程师的需求。它不像其他一些书籍那样,在开头就堆砌大量的数学公式,而是从更直观的物理现象入手,通过生动的类比和图示,帮助读者建立起对电力电子基本原理的直观认识。我记得在学习DC-DC变换器部分时,书中用非常形象的方式解释了电感和电容在储能和滤波方面的作用,以及它们如何在不同的工作模式下协同工作,这让我一下子就明白了Buck和Boost变换器的工作原理。而且,书中对于各种功率器件的选择和应用提供了非常实用的指导。比如,它会详细比较不同封装形式的功率器件在导通损耗、开关损耗、热阻等方面的差异,并且根据不同的应用场景(如高压、大电流、高频等)给出选型建议,这对于我避免在实际设计中做出错误的器件选择非常有价值。我也非常喜欢书中关于“功率变换器的效率优化”的章节,它列举了多种提高效率的方法,包括降低导通损耗、降低开关损耗、减少磁性元件损耗等,并且提供了具体的计算公式和设计技巧,这对于我设计低功耗、高效率的电力电子产品起到了很大的指导作用。总的来说,这本书的编排逻辑非常清晰,内容由浅入深,非常适合不同层次的学习者。

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《电力电子手册,第二版》的强大之处在于其内容的系统性和全面性。它不仅详细讲解了各种功率变换器的基本原理和设计方法,还深入探讨了影响系统性能的诸多因素,为工程师提供了全面的解决方案。我特别喜欢书中关于“过载保护和故障分析”的章节。它详细分析了各种可能的过载情况(如短路、过压、过流等)以及相应的保护策略,并且提供了故障诊断和排除的方法。这对于提高电力电子设备的安全性和可靠性至关重要。我还注意到书中对“杂散参数对电路性能的影响”的分析。它强调了电感、电容等寄生参数在高速开关电路中的重要性,并且提供了如何通过优化PCB布局和元器件选择来减小这些影响的建议。这本书的内容深度和广度都达到了一个非常高的水平,让我能够从更宏观和更微观的层面来理解电力电子系统。它不仅是一本学习的工具书,更是一本激发思考和创新的源泉。

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作为一名长期从事电力电子工作的工程师,我越来越体会到《电力电子手册,第二版》的价值。它就像一本“活的”参考书,无论我遇到什么问题,都能从中找到相关的知识和解决方案。我尤其欣赏书中对于“通信和数字控制”在现代电力电子系统中的作用的阐述。它详细介绍了如何利用微控制器、DSP和FPGA来实现复杂的控制算法,以及如何通过CAN、Ethernet等通信协议实现系统集成和远程监控。这对于设计智能化、网络化的电力电子设备至关重要。我还发现书中关于“电力电子在新能源领域的应用”的部分非常具有前瞻性。它详细介绍了光伏发电、风力发电、储能系统等领域中电力电子变换器的关键技术和发展趋势,这让我能够更好地了解行业动态,并为我未来的职业发展提供方向。书中对“电动汽车的电力电子技术”的讲解也让我印象深刻,包括车载充电机、DC-DC变换器、电机控制器等关键部件的设计和挑战。这本书的内容非常丰富,涵盖了传统电力电子技术和新兴应用领域的知识,是一本值得反复研读的经典著作。

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这本书的权威性毋庸置疑,它就像是电力电子领域的“圣经”。我特别看重它在理论推导方面的严谨性,每一个公式、每一个结论都有扎实的理论基础和详细的推导过程,这让我能够深入理解每一个概念的本质。在学习有关“功率器件的动态特性”这一部分时,我深感这本书的价值。它不仅仅停留在静态参数的介绍,而是详细分析了功率器件在开关过程中的瞬态行为,比如结电容的影响、体二极管的反向恢复特性、栅极电荷效应等等,这些因素在高速开关应用中对电路性能有着至关重要的影响。书中对于这些问题的分析非常透彻,并且给出了如何通过合理的电路设计和门极驱动电路来减小这些不良影响的建议。我印象特别深刻的是,书中关于“EMI滤波器设计”的章节,它系统地介绍了EMI的产生机理、不同类型的EMI以及相应的抑制和滤波方法,并且提供了详细的设计流程和计算公式。这对于我处理电力电子产品中的电磁兼容性问题提供了极大的帮助,让我在设计产品时能够更早地考虑到EMI的因素,避免后期大量的调试工作。这本书的内容充实,论证严谨,绝对是电力电子领域专业人士的必备参考书。

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《电力电子手册,第二版》的实用性是我选择它的主要原因之一。书中充满了大量的实际应用案例和工程经验,这对于我这样的实践者来说是无价的。它不仅仅是理论的堆砌,而是将理论与实践紧密结合,提供了许多在实际电路设计和调试过程中会遇到的问题及其解决方案。例如,书中关于“热管理”的章节,详细讲解了如何计算功率器件的温升,如何选择合适的散热器,以及如何进行PCB布局以优化散热效果。这对于设计可靠性要求高的电力电子产品至关重要。我还发现书中对于“PCB布局和布线”的建议也非常有价值。它强调了良好的PCB布局对于减小寄生参数、提高EMI性能和确保电路稳定性的重要性,并且提供了一些具体的布局原则和技巧,这让我避免了一些常见的布局错误。此外,书中关于“测试和测量”的部分也提供了很多实用的指导,比如如何正确使用示波器、电流探头等测量工具,以及如何进行功率效率、EMI等关键参数的测试,这对于我进行产品验证和性能评估非常有帮助。总而言之,这本书非常接地气,充满了工程智慧,能够帮助我解决实际工作中遇到的各种挑战。

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我必须说,《电力电子手册,第二版》的深度和广度都让我感到惊叹。它不仅仅是一本“手册”,更像是一本百科全书,涵盖了电力电子的方方面面。我特别欣赏书中对控制策略的详尽讨论,从最基本的PID控制,到更高级的电流模式控制、电压模式控制,再到面向特定应用的先进控制算法,书中都进行了深入浅出的讲解。它不仅给出了数学模型和推导过程,还结合了实际电路的实现方式,这对于我理解如何将理论转化为实际控制非常有帮助。我记得书中关于“矢量控制”和“直接转矩控制”的章节,对于电机驱动的设计来说是不可或缺的知识。它详细阐述了这些控制方法的原理,以及如何通过DSP或FPGA来实现,这大大拓宽了我对电机驱动控制的理解。此外,书中对功率变换器中的电磁兼容性(EMC)问题也给予了足够的重视,详细分析了EMI(电磁干扰)的产生机理、传播途径以及抑制方法,并且提供了具体的电路设计和滤波器设计指南,这在实际产品开发中是至关重要的,能够帮助我们避免很多潜在的合规性问题。我还注意到书中对电力电子系统的可靠性和安全性进行了详细的讨论,包括故障诊断、保护机制以及热管理等方面,这些都是确保电力电子设备稳定运行和长寿命的关键。这本书的内容非常丰富,即使是经验丰富的工程师,也能从中找到许多宝贵的知识和启发。

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《电力电子手册,第二版》的出版,对于电力电子领域的研究者和实践者来说,无疑是一个巨大的福音。它不仅汇集了最新的研究成果和技术进展,而且以一种非常易于理解和应用的方式呈现出来。我特别欣赏书中对“功率变换器拓扑的演进和未来发展趋势”的探讨。它分析了各种新型拓扑的优势和潜在应用,比如高频化、高效率化、集成化等,这为我理解电力电子领域的未来发展方向提供了重要的启示。我还注意到书中对“宽禁带半导体器件(如SiC和GaN)在电力电子中的应用”进行了详细的介绍。它分析了这些新材料器件的优越性能,以及它们在提高效率、减小尺寸、提升工作温度等方面的潜力,并探讨了它们在电动汽车、高压直流输电等领域的广泛应用前景。这本书的视野非常开阔,内容也非常前沿,它不仅仅是一本技术手册,更是一本引领行业发展的指南。对于任何想要在这个领域保持领先地位的人来说,这本书都是不可或缺的。

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这本《电力电子手册,第二版》简直就是我学习和工作道路上的“指路明灯”!刚开始接触电力电子这个领域时,我感到非常迷茫,各种理论、拓扑结构、控制方法让我眼花缭乱。但自从翻开了这本书,我仿佛打开了一个全新的世界。它不像一些枯燥的教科书,上来就给一大堆复杂的公式和定义,而是非常有条理地从基础概念讲起,循序渐进,让你能够理解每一个概念背后的物理原理。我特别喜欢它对各种功率器件特性的详细阐述,比如MOSFET、IGBT、二极管等等,不仅讲解了它们的结构和工作原理,还深入分析了它们的损耗、开关速度、热特性等关键参数,这对于我进行实际电路设计时选择合适的器件至关重要。而且,书中对于不同拓扑结构的对比分析也做得非常到位,比如Buck、Boost、Buck-Boost、SEPIC、Cuk等,它会详细介绍每种拓扑的优缺点、适用范围以及典型的应用场景,并且配有大量的原理图和波形图,这让我能够直观地理解它们是如何工作的,以及在什么情况下选择哪种拓扑会更有效率。我印象深刻的是,书中关于“软开关”技术的部分,它清晰地解释了硬开关带来的损耗问题,以及如何通过ZVS(零电压开关)和ZCS(零电流开关)等技术来降低开关损耗,提高效率,这一点对于设计高频、高效率的电力电子设备非常有启发。总而言之,这本书的知识密度很高,但讲解方式却非常易于理解,是我认为值得反复阅读和参考的宝贵资料。

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对于想要深入理解电力电子系统性能优化的人来说,《电力电子手册,第二版》无疑是一本不可多得的宝藏。它不仅仅停留在讲解基本原理,而是将大量的篇幅用于探讨如何提升效率、降低损耗、减小尺寸以及提高可靠性。我特别喜欢书中关于“功率因数校正(PFC)”的章节,它详细介绍了不同PFC拓扑的原理、优缺点以及实际应用,并给出了如何设计高功率因数、低谐波的PFC电路的详细指导。这对于设计满足各项能效标准的电源产品至关重要。另外,书中对“无损耗开关技术”的深入分析也让我受益匪浅。它不仅解释了ZVS和ZCS等技术的原理,还探讨了如何通过软开关实现高频化设计,从而减小磁性元件和电容的体积,提高功率密度。我印象深刻的是,书中对于“多电平变换器”的介绍,它详细阐述了不同类型的多电平拓扑(如NPC、FC、H桥级联等)的原理、优势以及在可再生能源发电、大功率传动等领域的应用,这为我理解和设计高压、大功率的电力电子系统提供了重要的理论基础。这本书的内容非常前沿,对于想要在电力电子领域有所建树的人来说,绝对是必读之作。

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这本书的结构安排非常合理,从基础到进阶,层层递进,让我能够循序渐进地掌握电力电子的知识。我尤其喜欢书中对于“功率变换器的设计流程”的详细介绍。它提供了一个清晰的设计框架,从需求分析、拓扑选择、器件选型、电路设计,到仿真验证、PCB布局、原型制作和测试调试,每一个环节都进行了详细的阐述和指导。这对于我这样的初学者来说,能够极大地减少摸索的时间和精力。我还发现书中对于“磁性元件设计”的章节非常有价值。它详细讲解了电感器和变压器的设计原理,包括磁芯材料的选择、线圈的绕制、参数计算等,并且提供了实用的设计工具和方法,这对于我设计高效、可靠的磁性元件起到了关键作用。这本书的易读性也很高,尽管内容非常专业,但作者善于用清晰的语言和生动的图示来解释复杂的概念,这使得学习过程更加轻松愉快。总而言之,这是一本集理论、实践、工具于一体的优秀电力电子手册。

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