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绪论 1

第1章 电力电子器件 4

1.1 功率二极管 5

1.1.1 功率二极管的结构和工作原理 5

1.1.2 功率二极管的特性和主要参数 5

1.2 晶闸管 7

1.2.1 晶闸管的结构和工作原理 7

1.2.2 晶闸管的特性和主要参数 9

1.2.3 晶闸管的门极驱动电路和缓冲电路 12

1.2.4 晶闸管的派生器件 13

1.3 可关断晶闸管 15

1.3.1 可关断晶闸管的结构和工作原理 16

1.3.2 可关断晶闸管的特性和主要参数 17

1.3.3 可关断晶闸管的安全工作区 19

1.3.4 可关断晶闸管的门极驱动电路和缓冲电路 19

1.4 双极型功率晶体管 22

1.4.1 双极型功率晶体管的结构和工作原理 22

1.4.2 双极型功率晶体管的特性和主要参数 23

1.4.3 双极型功率晶体管的安全工作区 25

1.4.4 双极型功率晶体管的驱动电路和缓冲电路 28

1.5.1 功率场效应晶体管的结构和工作原理 35

1.5 功率场效应晶体管 35

1.5.2 功率场效应晶体管的特性和主要参数 36

1.5.3 功率场效应晶体管的门极驱动电路和缓冲电路 39

1.6 绝缘栅双极型晶体管 42

1.6.1 绝缘栅双极型晶体管的结构和工作原理 42

1.6.2 绝缘栅双极型晶体管的特性和主要参数 43

1.6.3 绝缘栅双极型晶体管的驱动电路 45

1.7 其他新型电力电子器件 47

1.7.1 静电感应晶体管 47

1.7.2 静电感应晶闸管 49

1.7.3 MOS栅控晶闸管 50

1.7.4 集成门极换向晶闸管 51

1.7.5 功率集成电路 52

1.8 电力电子器件的串联与并联技术 53

1.8.1 晶闸管的串并联 53

1.8.2 可关断晶闸管的串并联 55

1.8.3 双极型功率晶体管的串并联 56

1.8.4 功率场效应晶体管的串并联 57

1.8.5 绝缘栅双极型晶体管的串并联 58

小结 58

习题 59

第2章 可控整流器与有源逆变器 60

2.2 单相半波可控整流器 61

2.2.1 电阻性负载 61

2.1 引言 61

2.2.2 电感性负载 64

2.2.3 电感性负载加续流二极管 65

2.3 单相桥式全控整流器 67

2.3.1 电阻性负载 67

2.3.2 电感性负载 68

2.4 三相半波可控整流电路 73

2.4.1 电阻性负载 73

2.4.2 电感性负载 75

2.4.3 三相半波共阳极接法的可控整流电路 76

2.5 三相全控桥式整流电路 77

2.5.1 电阻性负载 78

2.5.2 电感性负载 80

2.5.3 其他形式的大功率可控整流电路 82

2.6 变压器漏抗对整流电路的影响 83

2.7 有源逆变电路 85

2.7.1 逆变的概念 85

2.7.2 三相桥式有源逆变电路 86

2.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制 87

2.8 晶闸管触发电路 89

2.8.1 晶闸管对触发电路的要求 89

2.8.2 同步信号为锯齿波的触发电路 89

2.8.3 集成触发电路 93

2.8.4 触发电路的定相 94

2.9 晶闸管－直流电动机系统的机械特性 96

2.9.1 工作于整流状态时 96

2.9.2 工作于有源逆变状态时 98

2.10 整流电路的谐波 99

2.10.1 谐波分析基础 99

2.10.2 带电感性负载时可控整流电路交流侧谐波分析 100

2.10.3 整流输出电压和电流的谐波分析 101

小结 103

习题 103

第3章 交流－交流变换器 105

3.1.1 相位控制的单相交流调压电路 106

3.1 交流调压电路 106

3.1.2 相位控制的三相交流调压电路 109

3.1.3 晶闸管交流调功器和交流开关 115

3.1.4 交流斩波调压电路 116

3.1.5 矩阵变换器 119

3.2 交－交变频电路 122

3.2.1 单相交－交变频电路 122

3.2.2 三相交－交变频电路 125

3.3 晶闸管交－交变换器的应用 126

3.3.1 晶闸管交流调压应用电路 126

3.3.2 晶闸管交流调功器应用电路 128

3.3.3 晶闸管交流开关应用电路 129

小结 131

习题 132

第4章 直流－直流变换器 135

4.1 引言 136

4.2 直流－直流变换器的控制 136

4.3 降压变换器 138

4.3.1 电流连续模式时的工作情况 138

4.3.2 电流连续和断续模式的边界 140

4.3.3 电流断续模式时的工作情况 141

4.3.4 输出电压纹波 143

4.4 升压变换器 144

4.4.1 电流连续模式时的工作情况 145

4.4.2 电流连续与断续模式的边界 146

4.4.3 电流断续模式时的工作情况 147

4.4.4 寄生元件的影响 148

4.4.5 输出电压纹波 149

4.5 降压－升压复合型变换器 150

4.5.1 电流连续模式时的工作情况 150

4.5.2 电流连续和电流断续模式的边界 151

4.5.3 电流断续模式时的工作情况 152

4.5.5 输出电压纹波 154

4.5.4 寄生元件的影响 154

4.6 全桥式直流－直流变换器 155

4.6.1 双极性PWM控制方式 156

4.6.2 单极性PWM控制方式 158

4.7 直流－直流变换器的比较 161

4.8 直流开关电源的应用 162

4.8.1 带有电气隔离的直流－直流变换器 162

4.8.2 开关模式直流电源的控制 165

4.8.3 直流电源的保护 165

4.8.4 直流电源设计中的一些问题 167

小结 168

习题 169

第5章 交流－直流－交流变换器 170

5.1 引言 171

5.2 电压型与电流型变换器 171

5.2.1 电压型变换器 171

5.2.2 电流型变换器 176

5.3 电压型变换器与电流型变换器的比较 177

5.4 脉宽调制逆变器 178

5.4.1 正弦脉宽调制（SPWM）原理及其优点 179

5.4.2 同步调制和异步调制 181

5.4.3 SPWM波形的生成 184

5.4.4 微机控制和专用集成电路 188

习题 189

小结 189

第6章 电力电子技术应用中的一些问题 190

6.1 变换器的保护 191

6.1.1 过压保护 191

6.1.2 过流保护 194

6.1.3 电压上升率及电流上升率的限制 196

6.2 器件的热传导和散热器的选择 197

6.2.1 电力电子器件的温度 197

6.2.2 热传导 197

6.2.3 电力电子器件的功率损耗 201

6.2.4 散热器 203

6.3 谐振开关技术 204

6.3.1 开关模式变换与谐振开关模式的比较 204

6.3.2 谐振变换器的分类 205

6.3.3 零电流准谐振开关电路 206

6.3.4 零电压准谐振开关电路 208

6.3.5 ZCS与ZVS拓扑结构的比较 209

6.3.6 谐振开关技术的发展 210

小结 211

习题 211

第7章 电力电子的MATLAB仿真 212

7.1.1 Simulink工具箱简介 213

7.1 MATLAB Simulink/Power System工具箱及应用简介 213

7.1.2 电力系统（PowerSystem）工具箱简介 216

7.1.3 Simulink和PowerSystem的模型窗口 220

7.1.4 Simulink和PowerSystem模块的基本操作 223

7.1.5 Simulink/PowerSystem系统模型的操作 226

7.1.6 Simulink/PowerSystem子系统的建立 228

7.1.7 Simulink/PowerSystem系统的仿真 228

7.2 典型电力电子器件的仿真模型及仿真实例 232

7.2.1 晶闸管的仿真模型及仿真实例 232

7.2.2 可关断晶闸管的仿真模型及仿真实例 235

7.2.3 绝缘栅双极型晶体管元件的仿真模型及应用实例 238

7.2.4 场效应晶体管的仿真模型及应用实例 241

7.3 电力电子变换器中典型环节的仿真模型 245

7.3.1 同步6脉冲触发器的仿真模型 245

7.3.2 PWM发生器的仿真模型 246

7.3.3 通用变换器桥的仿真模型 249

7.4 典型电力电子变换器的应用仿真 250

7.4.1 晶闸管三相桥式整流器及应用仿真 250

7.4.2 晶闸管交流调压器及应用仿真 253

7.4.3 晶闸管交－交变频器及应用仿真 254

7.4.4 晶闸管有源逆变器的仿真 260

7.4.5 绝缘栅双极型晶体管构成的直流变换器的应用仿真 265

小结 269

参考文献 270