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第一章 电路运行条件对功率场效应晶体管性能的影响1

第一节 功率场效应晶体管的主要特性1

一、基本结构和分类1

绪论1

二、工作原理3

三、正向输出特性3

四、饱和区的电流转移特性5

五、反向输出特性6

一、导通电阻 Ron 的构成8

第二节 电路运行条件对导通电阻 Ron 的影响8

二、导通电阻 Ron 的测量条件9

三、电路运行条件对导通电阻 Ron 的影响9

第三节 电路运行条件对安全工作区的影响11

一、安全工作区的分类11

二、正偏安全工作区(FBSOA)12

三、功率场效应晶体管和功率晶体管 DCFBSOA 的比较13

四、电路运行条件对 SOA 的影响13

一、功率场效应晶体管的等效电路15

第四节 电路运行条件对功率场效应管开关过程的影响15

二、纯阻负载下 Power MOSFET 的开关过程17

三、感性负载下 Power MOSFET 的开关过程18

四、考虑分布电感 LD 时的开关过程分析20

五、栅极电荷特性24

第五节 功率场效应晶体管的并联应用27

一、导致功率场效应晶体管并联时电流不均的原因27

二、静态电流不均分析27

三、动态电流不均分析29

四、并联运用中的寄生振荡及其抑制30

第六节 功率场效应晶体管的栅极驱动电路31

一、栅极驱动电路的基本功能31

二、栅极驱动电路的分类31

三、输入级的耦合方式33

四、输出级的耦合方式34

五、驱动电路的供电方式35

六、集成式驱动电路芯片38

七、过流保护39

参考文献43

第二章 电路运行条件对 IGBT 和 MCT 性能的影响44

第一节 IGBT 的结构和主要特性45

一、IGBT 的结构45

二、N+缓冲层的作用46

三、正向输出特性48

四、通态特性49

五、饱和区的电流转移特性49

六、IGBT 的电流容量50

二、电路运行条件对开通过程的影响53

第二节 电路运行条件对 IGBT 开关过程的影响53

一、IGBT 的开关电路53

三、电路运行条件对关断过程的影响57

第三节 IGBT 的缓冲电路59

一、IGBT 开关电路的负载动态轨迹59

二、缓冲电路59

第四节 IGBT 的驱动电路69

一、IGBT 短路状态下的载流能力69

二、IGBT 短路状态的失效机理71

三、软开关环境对 IGBT 驱动电路的影响72

四、分立式 IGBT 驱动电路73

五、集成式 IGBT 驱动电路74

第五节 IGBT 功率集成电路79

一、IGBT-IPM 的基本结构79

二、IPM 的内藏功能80

三、IPM 产品示例81

第六节 MCT 的结构和工作原理81

一、通态特性82

第七节 MCT 的主要特性82

二、阻断特性83

三、MCT 的载流能力84

四、MCT 的安全工作区87

五、MCT 的开关性能87

第八节 MCT 的驱动电路91

一、MCT 门极脉冲参数91

二、MCT 门极驱动电路示例91

三、IGBT 和 MCT 的比较92

参考文献94

第三章 直流变换电路95

第一节 概述95

一、直流变换电路的分类95

二、直流电压变换电路的基本用途和要求97

第二节 单象限降压型电路98

一、理想条件下的电路工作情况98

二、考虑电路内阻时的工作情况100

三、考虑输出滤波电容 Co 为有限值时的工作情况101

四、电路外特性分析101

五、输出滤波器参数选择102

六、PWM 控制电路103

七、附加无损有源缓冲电路时的工作情况108

第三节 单象限升压型电路111

一、理想条件下的工作情况112

二、电感电流 id 为断续时的工作情况112

三、考虑电路内阻 ro 时的工作情况114

四、考虑输出滤波电容 Co 为有限值时的工作情况115

五、附加有源无损缓冲电路时的工作情况115

一、Buck-Boost 电路119

第四节 单象限升/降压型电路119

二、Cuk 电路120

第五节 单象限隔离型电路122

一、单端反激式电路(Flyback 电路)122

二、单端正激式电路(Forward 电路)130

第六节 电流双象限电路131

一、双象限电路的分类131

二、电流双象限电路的工作原理131

二、运行于第一象限时的工作情况140

一、主电路结构140

第七节 电压双象限电路140

三、运行于第四象限时的工作情况141

四、调速过程142

第八节 单极性 PWM 四象限桥式直流变换电路143

一、四象限桥式直流变换电路的分类143

二、同频式单极性 PWM 全桥电路分析145

三、倍频式单极性 PWM 全桥电路分析147

二、工作过程分析149

第九节 双极性 PWM 四象限电路149

一、控制极脉冲时序分布149

三、直流增益 AV151

四、输出电流脉动△Io 的计算151

参考文献153

第四章 无源逆变电路154

第一节 概述154

一、工业特殊交流电源的分类154

三、逆变电路的分类155

二、逆变电路的基本用途155

第二节 单相方波逆变电路157

一、基本假定157

二、疗波逆变电路157

三、相移式方波逆变电路163

第三节 单相 SPWM 逆变电路165

一、双极性 SPWM 逆变电路165

二、单极性 SPWM 逆变电路171

三、单相 SPWM 逆变电路用例175

第四节 三相方波逆变电路178

一、纯阻负载下工作情况分析179

二、感性负载下工作情况分析182

三、有源负载下工作情况分析184

第五节 三相 SPWM 逆变电路189

一、控制极脉冲时序分布189

二、纯阻负载下的电路工作情况191

三、感性负载下的电路工作情况192

四、死区时间对三相输出电压的影响192

一、多重化结构195

第六节 逆变电路输出电压波形改善195

二、PWM 技术的优化197

三、附加输出滤波器199

四、采用新型主电路结构202

第七节 逆变电路的控制203

一、SPWM 集成芯片原理分析203

二、电压瞬时值单环反馈控制209

三、电流瞬时值单环反馈控制211

四、电压电流双环反馈控制214

五、电压空间矢量控制215

参考文献220

第五章 交流变换电路221

第一节 概述221

第二节 单相交流调压电路222

一、理想条件下斩控式交流调压电路的工作情况222

二、双向功率开关及其缓冲电路226

三、载波频率 fc 的选择227

四、交流调压电路的非互补控制方式228

第三节 三相交流调压电路229

第四节 由半控型器件组成的直接变频电路230

一、理想条件下三相电流源 SCR 直接变频电路分析231

二、同步电动机的调速方法235

三、变频电路换流过程分析236

第五节 由全控型器件组成的直接变频电路238

一、电压源双向型直接变频电路239

二、电流源双向型直接变频电路244

参考文献247

第六章 整流电路248

第一节 概述248

一、传统相控式低频整流电路的优缺点248

二、整流电路的理想状态252

三、斩控式整流电路的分类253

第二节 电压型单相全桥式整流电路255

一、理想模型255

二、模型电路分析256

三、电压型单相全桥式整流电路259

第三节 电压型单相半桥式整流电路270

一、主电路结构和工作模式270

二、电路的运行状态274

三、输出电压 uo 调节274

四、电路的控制275

第四节 电压型单相单管电路277

一、升压型电路(Boost APFC 电路)279

二、单端反激式电路(Flyback APFC 电路)287

一、理想模型290

第五节 电流型单相全桥电路290

二、模型电路分析291

三、电流型单相桥式整流电路293

四、由晶闸管组成的电流型整流电路295

第六节 三相桥式整流电路298

一、电压型三相桥式整流电路299

二、电流型三相桥式整流电路304

第七节 电压型三相单管整流电路307

二、工作模式的分析308

一、电流模式的选择308

三、维持 DCM 模式的电路条件313

参考文献314

第七章 缓冲型软 PWM 电路316

第一节 概述316

一、缓冲电路的作用316

二、缓冲电路的分类316

三、缓冲电路与晶闸管换流电路318

四、缓冲电路的理想性能319

一、关断缓冲电路321

第二节 分立式有损缓冲电路321

二、开通缓冲电路325

三、完整的分立式缓冲电路327

第三节 单相式有损缓冲电路328

一、桥式电路的换流模式328

二、带箝压式电路1的半桥式逆变电路330

三、带箝压式电路2的半桥式逆变电路332

四、电路参数选择和能耗分析333

五、带箝压式缓冲电路的全桥式逆变电路334

一、无源无损缓冲电路342

第四节 分立式无损缓冲电路342

二、具有 ZVS 功能的有源无损缓冲电路346

三、ZVS-PWM-Boost 电路的实际应用353

四、具有能量前馈的有源缓冲电路356

五、ZVS-PWM-Boost 电路在三相不控整流电路中的应用360

六、ZCS 有源无损缓冲电路363

第五节 单相式无损缓冲电路367

一、单相无源缓冲电路367

二、单相有源缓冲电路370

一、晶闸管集中式换流电路377

第六节 集中式无损缓冲电路377

二、集中式无损缓冲电路378

参考文献385

第八章 控制型软 PWM 电路387

第一节 概述387

一、双极性控制方式387

二、不齐尾双极性控制方式387

第二节 采用不齐尾双极性控制方式的软开关逆变电路389

三、不对称控制方式389

四、移相控制方式389

一、电路工作原理分析390

二、电路特点392

三、改进电路392

四、改进电路的特点393

第三节 采用不对称控制方式的软开关逆变电路393

一、电路工作原理分析394

第四节 采用相移控制方式的软开关逆变电路396

二、电路特点396

一、电路工作原理分析398

二、电路的特点及存在的问题401

三、在逆变桥实现 ZVS 的条件及存在的问题401

第五节 带有源缓冲电路的移相式软开关逆变电路402

一、电路工作原理分析402

二、uga、b 脉宽 τA 的确定404

三、电路特点404

四、保证整流管有软开关环境的逆变电路405

第六节 带饱和电感的移相式逆变电路408

一、电路工作原理分析410

二、电路特点412

第七节 高频感应加热用移相式谐振逆变电路413

一、电路工作模式的选择414

二、脉冲宽度调制(PWM)的调功原理分析414

三、电路 ZVS 环境的实现416

四、控制方式的选择419

五、负载侧功率因数分析420

参考文献421

第一节 概述422

第二节 带交流谐振环的电流型逆变电路422

第九章 交流谐振型软 PWM 逆变电路422

一、基本假定423

二、电路工作原理分析424

三、载波频率 fc 的估算426

第三节 带交流结实型谐振环的逆变电路428

一、基本假定428

四、电流型逆变电路的特点428

二、电路工作原理分析429

三、几个问题说明434

四、结实型谐振环逆变电路的特点435

五、改进型电路436

参考文献442

第十章 直流谐振型软 PWM 逆变电路443

第一节 概述443

第二节 基本直流谐振环的工作原理443

一、基本假定443

二、理想条件下的工作情况444

三、实际工作情况445

四、基本直流谐振环存在的问题445

第三节 有源箝位式直流谐振环446

一、有源箝位电路的工作原理446

二、输出电压重复周期的估算448

三、直流谐振环谐振频率的估算449

四、直流谐振环的控制450

第四节 同步式有源箝位直流谐振环451

第五节 有源直流准谐振环454

第六节 并联式有源箝位直流谐振环456

第七节 新型并联式有源箝位直流谐振环461

一、新型并联式有源箝位电路461

二、单相软 PWM 逆变电路464

三、单开关型并联式有源箝位电路467

第八节 结实型直流谐振环471

一、带结实型直流谐振环的逆变电路471

二、结实型直流谐振环作为公共直流电源472

参考文献474