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脈寬調製DC-DC功率變換--電路、動態特性與控制設計

為了解決buck boost原理的問題，作者（韓）崔秉周 這樣論述：

涉及脈寬調製（PWM）DC-DC功率變換技術的性參考書。 《脈寬調製DC-DC功率變換——電路、動態特性與控制設計》為功率電子學領域工程師、研究人員和學生理解PWMDC-DC變換器提供全面而完整的指南。全書分為三個部分，闡述了PWMDC-DC變換器電路和工作原理及其動態特性，同時也深度討論了PWMDC-DC變換器控制設計。主要內容包括：DC-DC變換器基礎；DC-DC變換器電路；動態建模；功率級動態特性；閉環性能；電壓模控制及回饋設計；電流模控制及補償設計；電流模控制的採樣效應。 《脈寬調製DC-DC功率變換——電路、動態特性與控制設計》提供完整的個性化測試題和模擬結果，以及可下載的PPT

檔和可直接運行的PSpice程式。本書對於專業領域的工程師、本科生和研究生來說是一本理想的參考書。 譯者序 原書前言 第一部分DC-DC功率變換電路 第1章PWM DC-DC功率變換2 1.1PWM DC-DC功率變換2 1.1.1DC-DC功率變換2 1.1.2PWM技術4 1.2DC-DC功率變換系統4 1.3PWM DC-DC變換器的特性和問題6 1.4本章重點7 參考文獻8 第2章功率級元器件9 2.1半導體開關9 2.1.1MOSFET9 2.1.2二極體10 2.1.3作為單刀雙擲開關的MOSFET-二極體對11 2.2能量存儲與傳輸器件12 2.2.1電感器1

2 2.2.2電容器18 2.2.3變壓器23 2.3實際應用中的開關電路28 2.3.1電磁閥驅動電路28 2.3.2電容器充電電路32 2.4小結37 參考文獻38 習題38 第3章Buck變換器54 3.1理想的降壓DC-DC功率變換54 3.2Buck變換器：降壓DC-DC變換器56 3.2.1Buck變換器的演變56 3.2.2頻域分析57 3.3Buck變換器的啟動瞬態59 3.3.1分段線性分析59 3.3.2啟動回應60 3.4穩態中的Buck變換器61 3.4.1電路分析技巧61 3.4.2穩態分析62 3.4.3輸出電壓紋波的估算64 3.5不連續導通模式（DCM）中的Bu

ck變換器69 3.5.1DCM工作的緣由69 3.5.2DCM工作的條件71 3.5.3DCM的穩態工作73 3.6Buck變換器的閉環控制77 3.6.1閉環回饋控制器77 3.6.2閉環控制Buck變換器的回應80 3.7小結85 參考文獻86 習題86 第4章DC-DC功率變換器電路97 4.1Boost變換器97 4.1.1Boost變換器的演變97 4.1.2CCM的穩態分析99 4.1.3DCM的穩態分析103 4.1.4寄生電阻對電壓增益的影響104 4.2Buck/Boost變換器107 4.2.1Buck/Boost變換器的演變107 4.2.2CCM的穩態分析109 4.

2.3DCM的穩態分析112 4.3三種基本變換器的結構及電壓增益113 4.4反激變換器：變壓器隔離Buck/Boost變換器115 4.4.1反激變換器的演變116 4.4.2CCM的穩態分析117 4.4.3DCM的穩態分析120 4.5橋式Buck衍生隔離DC-DC變換器122 4.5.1開關網路及多繞組變壓器123 4.5.2全橋變換器126 4.5.3半橋變換器130 4.5.4推挽變換器130 4.6正激變換器134 4.6.1基本工作原理134 4.6.2第三繞組復位的正激變換器138 4.6.3雙開關正激變換器142 4.7小結145 參考文獻145 習題146 第二部分P

WM DC-DC變換器的建模、動態特性與設計 第5章PWM DC-DC變換器建模162 5.1PWM變換器建模概述162 5.2平均功率級動態特性164 5.2.1狀態空間平均165 5.2.2電路平均170 5.2.3電路平均技術的一般化177 5.2.4電路平均和狀態空間平均178 5.3線性化平均功率級動態特性179 5.3.1非線性函數和小信號模型的線性化179 5.3.2PWM開關的小信號模型——PWM開關模型180 5.3.3變換器功率級的小信號模型182 5.4變換器功率級的頻率回應184 5.4.1功率級的正弦回應184 5.4.2功率級的頻率回應和s域小信號模型187 5.5

PWM模組的小信號增益188 5.6PWM DC-DC 變換器的小信號模型189 5.6.1電壓回饋電路190 5.6.2PWM變換器的小信號模型191 5.7小結193 參考文獻193 習題194 第6章功率級傳遞函數198 6.1傳遞函數的伯德圖198 6.1.1基本定義198 6.1.2乘數因數的伯德圖200 6.1.3傳遞函數的伯德圖構建208 6.1.4從伯德圖推導傳遞函數211 6.2Buck變換器的功率級傳遞函數213 6.2.1輸入-輸出傳遞函數213 6.2.2占空比-輸出傳遞函數216 6.2.3負載電流-輸出傳遞函數219 6.3Boost 變換器的功率級傳遞函數220

6.3.1輸入-輸出傳遞函數220 6.3.2占空比-輸出傳遞函數和右半平面零點221 6.3.3負載電流-輸出傳遞函數224 6.3.4右半平面零點的物理起源225 6.4Buck/Boost變換器的功率級傳遞函數228 6.5小信號分析的經驗方法230 6.6小結232 參考文獻234 習題234 第7章PWM DC-DC變換器的動態性能241 7.1穩定性241 7.2頻域性能準則243 7.2.1環路增益243 7.2.2音訊敏感度244 7.2.3輸出阻抗245 7.3時域性能準則246 7.3.1階躍負載回應246 7.3.2階躍輸入回應247 7.4DC-DC變換器的穩定性248

7.4.1線性時不變系統的穩定性248 7.4.2DC-DC變換器的小信號穩定性249 7.5奈奎斯特準則249 7.6相對穩定性：增益裕度和相位裕度254 7.7小結259 參考文獻260 習題260 第8章閉環性能和回饋補償267 8.1漸近分析法267 8.1.1漸近分析法的概念267 8.1.2漸近分析法的示例269 8.2頻域性能274 8.2.1音訊敏感度275 8.2.2輸出阻抗276 8.3電壓回饋補償和環路增益278 8.3.1單積分器的問題278 8.3.2電壓回饋補償280 8.4補償設計和閉環性能282 8.4.1電壓回饋補償和回路增益282 8.4.2回饋補償設計指

南284 8.4.3電壓回饋補償和閉環性能286 8.4.4相位裕度和閉環性能295 8.4.5補償零點和瞬態回應速度300 8.4.6階躍負載回應302 8.4.7非最小相位系統案例：Boost和Buck/Boost變換器306 8.5小結309 參考文獻310 習題310 第9章PWM變換器的建模、分析與設計的實際考慮329 9.1PWM變換器模型的一般化329 9.1.1帶寄生電阻的變換器建模330 9.1.2DCM工作中PWM變換器的建模和分析335 9.1.3隔離PWM變換器的建模343 9.2帶實際電壓源系統的DC-DC變換器的設計和分析348 9.2.1音訊敏感性分析349 9.

2.2穩定性分析350 9.2.3穩壓DC-DC變換器的輸入阻抗357 9.2.4源阻抗引起不穩定性的起因360 9.2.5源阻抗的控制設計361 …… 當今電力電子技術及功率變換中，迫切需要具有基於傳統電力電子變換架構去構建新的電力電子變換拓撲結構的研發能力。電力電子領域包含處理電力變換中所涉及的所有工程和科學領域。每一個電力電子領域都有各自的理論框架、基本原理、分析方法和工程學科。《脈寬調製DC-DC功率變換——電路、動態特性與控制設計》一書對脈寬調製（PWM）DC-DC變換器提出一種專門的處理方法，內容涵蓋PWMDC-DC變換器的建模、動態特性分析與控制設計，是對現有

教科書的一種補充。為了推動我國在電力電子技術研究及功率變換領域的發展，使國內更多的設計人員與高等院校學生瞭解電力電子變換領域，在機械工業出版社的大力支持下，由華中科技大學在電力電子技術領域長期從事一線研究的教師們組織並完成本書的翻譯工作，將一本電力電子技術領域的設計參考書籍奉獻給讀者。 《脈寬調製DC-DC功率變換——電路、動態特性與控制設計》內容涵蓋三個部分：第一部分介紹PWMDC-DC變換器的靜態特性，專注于穩態時域操作；第二部分涵蓋了PWMDC-DC變換器的建模、動態特性分析與控制設計；第三部分介紹了電流模控制的功能基礎、動態建模和分析、補償設計和應用，完整地探討了電流模控制的採樣效應

。書中給出了大量實例，並盡可能採用電腦模擬作為輔助工具來證明理論研究的有效性和分析預測的準確性，並提出了可以直接運用於實踐的技術內容。本書是一本自成體系、理論性及實踐性較強的專著。本書內容涵蓋基本理論和工程應用細節。本書適合電氣傳動、自動化、電機控制及電力電子技術領域的研究人員和技術人員閱讀，也可作為高等院校電子資訊類專業的教師、研究生及高年級本科生的教材和專業參考書。 《脈寬調製DC-DC功率變換——電路、動態特性與控制設計》由華中科技大學光學與電子資訊學院及武漢國際微電子學院副院長雷鑑銘博士負責組織並完成全書翻譯工作，參與本書翻譯工作的還有武漢工商學院資訊工程學院汪少卿老師，碩士生王曉龍

、李斌、徐明、譚和苗、毛奕陶和劉黛眉等。本書在翻譯過程中得到了華中科技大學光學與電子資訊學院諸多老師的説明及支持，在此表示感謝。特別感謝文華學院外國語學院英語系肖豔梅老師的審校。 電力電子變換器涉及的專業面廣，鑒於譯者水準有限，書中難免有不足及疏漏之處，敬請廣大讀者批評指正和諒解，在此表示衷心的感謝。 譯者 于華中科技大學喻園

超級電容器在功率變換系統中的應用、分析與設計：從理論到實際

為了解決buck boost原理的問題，作者（德）佩塔爾 J.格爾波維奇 這樣論述：

本書主要介紹超級電容器及其在功率變換系統中的應用，着重分析了超級電容器模塊以及接口DC-DC功率變換器的分析、建模和設計。主要包括儲能技術及直接/間接儲能系統裝置的背景、超級電容器的相關理論及模型、不同充/放電方法下的超級電容器電壓和電流特性以及電流應力和功率損耗的分析與計算。同時還包括功率變換系統及其應用基礎，集成超級電容器儲能的典型功率變換系統結構和特殊應用需求中儲能裝置的選型過程。在超級電容器模塊設計的主要參數基礎上，介紹了超級電容器模塊的選型與設計過程，超級電容器的損耗、效率與尺寸、成本的關系，超級電容器單體的串聯和電壓均衡問題，以及超級電容器模塊的散熱設計。另外，詳細分析了接口DC-

DC變流器的分類以及多相交錯式雙向DC-DC變流器。作者Petar J. Grbovi博士長期超級電容的研究，曾在施耐德電氣公司的施耐德東芝逆變器（STI）研發中心工作。具有豐富的研究經驗，發表了多篇相關學術論文。 譯者序 原書前言 第1章儲能技術及裝置1 1.1簡介1 1.1.1能量1 1.1.2電能及其在日常生活中的作用1 1.1.3儲能2 1.2直接式電能存儲裝置3 1.2.1電力電容器作為儲能裝置3 1.2.2電抗器儲能7 1.3間接儲能技術及裝置9 1.3.1機械儲能10 1.3.2化學儲能13 1.4電力儲能技術比較16 參考文獻18 第2章超級電容器儲能裝置1

9 2.1超級電容器背景知識19 2.1.1超級電容器技術概述19 2.2EDLC20 2.2.1EDLC發展簡史20 2.2.2超級電容器的結構21 2.2.3超級電容器的物理模型21 2.3超級電容器的宏觀(電路)模型23 2.3.1完整理論模型23 2.3.2簡化模型32 2.3.3仿真/控制模型34 2.3.4習題35 2.4超級電容器的能量和功率36 2.4.1超級電容器的能量和能量密度36 2.4.2超級電容器的儲能效率37 2.4.3超級電容器的功率密度38 2.4.4電極碳負荷限制38 2.4.5習題39 2.5超級電容器的充/放電方法40 2.5.1恆電阻負載41 2.5.2

恆流充電和負載41 2.5.3恆功率充電和負載44 2.5.4習題49 2.6頻率相關損耗50 2.6.1周期性電流51 2.6.2非周期性電流55 2.7超級電容器的熱特性56 2.7.1發熱56 2.7.2熱模型57 2.7.3溫升58 2.7.4習題59 2.8超級電容器大功率模塊62 2.9超級電容器的發展趨勢與未來64 2.9.1未來超級電容器的要求64 2.9.2技術發展方向64 2.10小結65 參考文獻66 第3章功率變換與儲能應用68 3.1靜態功率變流器基本原理68 3.1.1開關變流器68 3.1.2功率變流器的分類69 3.1 3電壓源型變流器示例70 3.1.4間接靜

態AC-AC變流器71 3.2具有儲能功能的變流器73 3.2.1問題提出73 3.2.2解決方案75 3.2.3儲能類型的合理選擇75 3.2.4電化學電池與超級電容器對比76 3.3受控電力驅動應用80 3.3.1受控電力驅動控制的發展81 3.3.2受控電力驅動的應用82 3.3.3應用問題的提出84 3.3.4解決方案85 3.4可再生能源發電應用91 3.4.1可再生能源91 3.4.2問題提出95 3.4.3虛擬慣量和可再生能源「發電機」97 3.4.4解決方案98 3.5自備發電機及其應用100 3.5.1應用100 3.5.2問題提出103 3.5.3解決方案105 3.6輸配

電應用107 3.6.1STATCOM應用107 3.6.2問題提出108 3.6.3解決方案111 3.7UPS應用113 3.7.1UPS系統應用113 3.7.2具有超級電容器儲能的UPS114 3.8電力牽引應用118 3.8.1軌道車輛118 3.8.2道路車輛121 3.8.3一般牽引系統125 3.9小結128 參考文獻130 第4章超級電容器模塊選擇及設計132 4.1簡介132 4.1.1分析和設計目標133 4.1.2主要設計步驟133 4.1.3超級電容器模型133 4.2模塊額定電壓和電壓等級的選擇134 4.2.1內電壓和終端電壓之間的關系135 4.2.2最大工作電

壓136 4.2.3最小工作電壓137 4.2.4超級電容器中間電壓138 4.2.5超級電容器額定電壓142 4.2.6習題143 4.3選擇電容145 4.3.1電能存儲/釋放能力145 4.3.2變換效率146 4.3.3壽命對電容選擇的影響151 4.3.4習題152 4.4超級電容器模塊設計153 4.4.1單體串/並聯設計153 4.4.2電流應力和損耗156 4.4.3串聯電壓均衡158 4.4.4習題165 4.5模塊的熱管理168 4.5.1模型定義169 4.5.2模型參數的確定171 4.5.3模型參數——實驗確定171 4.5.4設計冷卻系統173 4.5.5習題175

4.6超級電容器模塊測試185 4.6.1電容和內阻185 4.6.2漏電流和自放電189 4.7小結190 參考文獻191 第5章接口DC-DC變流器193 5.1簡介193 5.2接口DC-DC變流器及其分類194 5.2.1電壓源和電流源DC-DC變流器195 5.2.2全功率和部分功率接口DC-DC變流器197 5.2.3隔離和非隔離式DC-DC變流器197 5.2.4兩電平和多電平接口DC-DC變流器198 5.2.5單相和多相交錯式接口DC-DC變流器198 5.3常用接口DC-DC變流器200 5.3.1兩電平DC-DC變流器200 5.3.2三電平DC-DC變流器201 5.

3.3Boost-Buck和Buck-Boost DC-DC變流器201 5.3.4隔離式DC-DC變流器203 5.3.5應用總結205 5.4超級電容器的電壓和電流定義206 5.5多相交錯式DC-DC變流器207 5.5.1交錯式DC-DC變流器的背景知識207 5.5.2兩相交錯式DC-DC變流器分析209 5.5.3N相交錯式變流器一般情況分析214 5.6兩電平N相交錯式DC-DC變流器設計229 5.6.1ICT設計：兩相交錯式示例229 5.6.2濾波電抗器設計234 5.6.3直流母線電容器選擇240 5.6.4輸出濾波電容器選擇246 5.6.5功率半導體器件選擇249 5

.6.6習題256 5.7變流器功率損耗：一般性分析264 5.7.1損耗的來源264 5.7.2導通損耗266 5.7.3開通損耗和關斷損耗266 5.7.4阻斷損耗267 5.7.5滑動平均值和有效值定義267 5.8變流器熱管理：一般性分析268 5.8.1變流器熱管理的重要性268 5.8.2功率半導體器件的熱模型268 5.8.3電磁裝置的熱模型273 5.8.4電解電容器的熱模型276 5.9小結279 參考文獻280