Preface
Fundamentals of power electronics是学习电力电子最好的教材之一, 它从最基础开始建模, 恨不得把分析思路喂到你嘴边, 生怕你看不懂公式和原理. 我推荐给所有想从事电力电子的同学. 也希望解释和分析事物能像这本书一样清晰. 当你深刻理解一个东西后, 一定能把这个东西解释的易于理解. You never learn something until you teach someone else.
第三版和第二版的主要区别:
Fundamentals of power electronics 3rd edition主体为University of Colorado的课程服务. Introduction to Power Electronics 为 Chapter 1-12. Modeling and Control of Power Electronics Systems为Chapter 13-21. Resonant and Soft Switching Phenomena in Power Electronics为Chapters 22 and 23
Chapter 4 关于power semiconductor devices更新了.
Chapter 7 基于trapezoidal 平均state-space也更新了.
Chapter 18 关于current mode也大幅更新了, peak current mode基于trapezoidal moving average, 同时也增加了average current-mode的内容.
关于稳定性Nyquist stability进行了介绍, 大家可以酌情参考.
全新的Advanced Modeling, Analysis, and Control Techniques 引入了null double injection techniques (Middlebrook’s feedback theorem and extra element theorem) 和 digital control. 这个关于建模的也可以酌情参考.
Chapter 19 介绍digital control of switching converters
Chapter 1 Introduction
电力电子就是通过控制器把输入功率转为为输出功率.
对于converter我们关心效率, 因为损耗loss和效率efficiency成反比. 对于较大功率较小体积的converter, 由于loss散热花费的成本比系统本身还高!
对于电力电子可用的device就是电阻, 电容, switch, 电感(或者变压器). 电感可能没办法集成到芯片.
一个典型的buck converter架构如下
电力电子的类型主要分为DC-DC (buck, boost等), DC-AC (inverter), AC-DC (rectifier), AC-AC. 其中DC-DC应用最广, 后面的篇幅也主要讲DC-DC.
Chapter 2 Principles of Steady-State Converter Analysis
对于一个稳定的converter, 我们假设输出电压是稳定的. 即ripple 忽略不计, 这为small-ripple approximation.
接下来我们利用电感伏秒平衡: 当稳定时电感电压在一个switching周期内的积分为0. 即电感电流在t(0)和t(Ts)的值相同.
电容安秒平衡: 当稳定时电容电流在一个switching周期内的积分为0. 即电容电压在t(0)和t(Ts)的值相同.
以Boost converter为例
输出电压:
inductor current ripple, 一般设计为iL DC值的10%-20%, 可用来选择L
输出电容ripple: 可用来选择Cout
2.4 C´uk Converter Example
cuk的topology如下, 可以升压或者降压, 输入和输出都有电感, 这样EMI好.
列出电感L1和L2在D和1-D期间的电压V1,V2, 列出电容C1在D和1-D期间的电流Ic1
利用电感伏秒平衡和电容安培-秒平衡, 可得电流和电压转换比:
Estimating the Output Voltage Ripple in Converters Containing Two-Pole Low-Pass Filters:
考虑buck的Vout ripple:
