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发表于 2011-9-22 11:24:43
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5 J2 s* ^6 X( E& u: T. }* v9 S2 C+ E- @
+ c2 G( }7 G, }8 s8 u& o# r' Z. N! v Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiList of Contributors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii6 E2 S$ T& a9 T( h8 l
1 Introduction Philip Krein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1) R& [1 E# ^2 \8 Y9 {
1.1 Power Electronics Defined. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
) z( w8 D9 ~0 A& e {' K2 U1.2 Key Characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2, f/ q: ~2 f; H0 o7 V* q
1.3 Trends in Power Supplies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
6 F5 h6 |# F- g2 q1 P+ m1.4 Conversion Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. @/ k g4 r; n3 A5 Q% }
1.5 Tools For Analysis and Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
5 L% A/ V# M; ?% [4 n# J( Y1.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12' z' o' D1 _5 k$ ?
2 The Power Diode Ali I. Maswood . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
+ k) p/ C- F! t/ X( K2.1 Diode as a Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
$ J1 C* @% U/ a2.2 Some Properties of PN Junction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 E. {' c' k# U! U0 m2 U V
2.3 Common Diode Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
; O& v7 @* g% |! I2.4 Typical Diode Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
: G9 `8 V- N( v2.5 Snubber Circuits for Diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 O. `; K* j K' v+ I8 n
2.6 Series and Parallel Connection of Power Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19* b+ [; _& o& X1 T- m
2.7 Typical Applications of Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
* ^9 j1 i3 Z8 u6 C: L2.8 Standard Datasheet for Diode Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
! q8 C! p* O* k3 Thyristors Jerry Hudgins, Enrico Santi, Antonio Caiafa, Katherine Lengel, and Patrick R. Palmer . . . . . . . . . . . 276 s- }9 h/ v" K
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27( O+ B1 W2 A; K" {4 Y# o- v* U
3.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
; L7 J2 D# _/ B8 t1 m; h7 e8 E3.3 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
, t u# ~) w7 [4 I8 v0 y3.4 Dynamic Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33, Y z# k1 b9 T: T
3.5 Thyristor Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
: ~+ E# B% F5 Z% U6 ?" M3.6 Types of Thyristors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38% Y4 x2 \2 M) e& J$ K5 \
3.7 Gate Drive Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
# H! S, B; _3 ^. \* h# f3.8 PSpice Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47+ E% f" Y7 g. W9 Y" M8 x/ ?
3.9 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
T5 z' I7 U3 L# H+ w4 Gate Turn-Off Thyristors Muhammad H. Rashid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
, k: [! w: [' Q4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
% C1 u7 O2 W$ d, t4.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
( B# _2 R* o1 l1 `4.3 GTO Thyristor Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
/ o3 N; o2 R$ V5 t) @. h& N4 i4.4 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570 Z9 M: i5 `& C5 r5 I- V
4.5 Switching Phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6 i9 f4 V* y7 K6 M2 U1 u4.6 SPICE GTO Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603 t) { I" Q' n0 [0 c
4.7 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
. n7 Y1 H9 p+ C7 O- {v4 e# k0 [ h \2 ?) f. m2 i
5 Power Bipolar Transistors Marcelo Godoy Simo˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63, l8 `1 @8 {* Z' u6 `! V
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635 p- S2 D0 A2 x
5.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
$ K. x$ }3 A6 |0 C& b3 ?7 T5.3 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4 j( H$ o$ F- T, v: @5.4 Dynamic Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689 u0 d* @( T* f! g. t( w
5.5 Transistor Base Drive Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69/ Z, j: Y! E+ u h+ H! E
5.6 SPICE Simulation of Bipolar Junction Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
; C- v' _4 [4 y- x0 T2 n5.7 BJT Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
0 p5 y2 M) c, m6 The Power MOSFET Issa Batarseh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75, c' r# [( r5 |8 z; J
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75' s8 _, a) P# g2 s; ] x
6.2 The Need for Switching in Power Electronic Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3 e$ z6 f' ^2 K5 F' f6.3 General Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 788 q. t" F ^ u4 a) u6 |
6.4 The Power MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
) C- B0 t$ p* A7 u0 e" w6.5 MOSFET Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812 n! f3 L- F- U, P9 U
6.6 MOSFET Regions of Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
8 f! u+ S6 G% Z* l# {, K6.7 MOSFET PSPICE Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
" f& p4 @: C+ t% X' g- t/ M6.8 Comparison of Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96, t. x2 f6 X3 ?! J
6.9 Future Trends in Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
& \1 F4 H% V3 O7 Insulated Gate Bipolar Transistor S. Abedinpour and K. Shenai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101; P) P3 e0 G) J' e0 n& S( R% ~* n; y
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
( \5 C, i& b" F9 R" ^' O7.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102. i5 z+ \$ ^ l, G* s- F# v; E d
7.3 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
& O% k. i6 i- }- x0 t, |7.4 Dynamic Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105& l1 C, q- q9 \% N2 O
7.5 IGBT Performance Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
( m# a. E3 H V" z4 ^2 D0 l4 E* R3 A7.6 Gate-Drive Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109$ `0 p6 E1 c- Q7 U
7.7 Circuit Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
! B; K, H, G9 b7.8 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
" W9 W$ m5 E% g# x% B6 F8 MOS Controlled Thyristors (MCTs) S. Yuvarajan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117+ l/ ]6 l# t9 W* t
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
. y$ M: G1 F% q3 M! u9 Z8.2 Equivalent Circuit and Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118; b3 |/ l1 \( H/ [/ w" C
8.3 Comparison of MCT and Other Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1195 c1 I, \! b0 K4 u. Z
8.4 Gate Drive for MCTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120+ `$ h- m, F- W( d4 H
8.5 Protection of MCTs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
, Z( x1 ^+ L; O# j8.6 Simulation Model of an MCT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
/ J8 l: G O# p# ]& e8.7 Generation-1 and Generation-2 MCTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
- c6 d# z5 Q1 o u% T+ [6 u5 R1 o/ `8.8 N-channel MCT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
: ~! O5 S/ \; f8.9 Base Resistance-Controlled Thyristor [14]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1216 w. |3 u* r& n! X2 w1 q0 W
8.10 MOS Turn-Off Thyristor [15] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
W. J n# S: F4 S6 h3 I& z8.11 Applications of PMCT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
0 m# P0 z1 H9 p1 g' h0 u8.12 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
* Z# [, d2 d% e- ~$ M$ j- L1 I8.13 Appendix. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1247 w2 d& r5 {( u2 F, H' h8 }
9 Static Induction Devices Bogdan M. Wilamowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
8 b0 A# X3 C; |# m* l6 R9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127. D' @/ a8 }" o! M8 o
9.2 Theory of Static Induction Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7 z f! P9 X& h- f" F9.3 Characteristics of Static Induction Transistor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
# l/ B8 h: s) T; F" o$ M9.4 Bipolar Mode Operation of SI Devices (BSIT). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130: m- Y; s* [7 B
9.5 Emitters for Static Induction Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
2 z- b: J/ I% q3 P! r4 R t" T9.6 Static Induction Diode (SID) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131/ N" b; L( d, Z( J3 [! @4 s
9.7 Lateral Punch-Through Transistor (LPTT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132! b) L) w- W/ ^( M1 Q
9.8 Static Induction Transistor Logic (SITL). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
6 s: n, ]0 S _% T0 a- c2 W9.9 BJT Saturation Protected by SIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1326 v- x& g7 ~' E, A; g; ?- v
9.10 Static Induction MOS Transistor (SIMOS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 ~5 q- j% A8 H( P( g- S6 n' V# K
vi Contents: v& s" Z) V. J& B, N- |
9.11 Space-Charge Limiting Load (SCLL). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134& C! w4 y) m9 r% I* M
9.12 Power MOS Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134* Z7 Z8 v$ v+ K4 }
9.13 Static Induction Thyristor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135$ g) W* _' p8 q. i. a/ O7 [. F2 [
9.14 Gate Turn-Off Thyristor (GTO). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
6 u3 R" M3 f2 H: E& r: e. }( J10 Diode Rectifiers Yim-Shu Lee and Martin H. L. Chow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1396 C7 D: t/ m J8 e! z- N
10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
0 c# P1 e% f( H# D* z5 g10.2 Single-Phase Diode Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139) f$ N8 c3 h- @$ `& m+ Q. I
10.3 Three-Phase Diode Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
2 _1 r, u2 H+ B10.4 Poly-Phase Diode Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
2 _! I( y8 G2 n# N2 K$ l5 {10.5 Filtering Systems in Rectifier Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
/ _0 U; s2 ~- N4 H: k1 ^10.6 High-Frequency Diode Rectifier Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
0 ]( z; w3 y! D0 |11 Single-Phase Controlled Rectifiers Jose′ Rodrı′guez and Alejandro Weinstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6 P) k6 S' w0 p* M% q5 o2 n11.1 Line Commutated Single-Phase Controlled Rectifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
* }& Z1 p- f1 t- K; h11.2 Unity Power Factor Single-Phase Rectifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175* q. e6 I7 ~. ^* E, o0 E
12 Three-Phase Controlled Rectifiers Juan W. Dixon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
( C6 w( o; w$ {) \2 ?$ S" b12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183* ?' ~6 ?* i5 W* C$ M2 M
12.2 Line-Commutated Controlled Rectifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183! p8 S4 }) c: @9 @' ]
12.3 Force-Commutated Three-Phase Controlled Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
6 P/ Y* K" A' n, l! t13 DC-DC Converters Dariusz Czarkowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
7 L6 f+ p6 y7 D% c13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211! k' v9 T8 f! [
13.2 DC Choppers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2121 Y# X( X/ D6 r, }. [ e
13.3 Step-Down (Buck) Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
- \# \/ Y# N6 [- p6 A* s13.4 Step-Up (Boost) Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215, ]* {: |7 q `7 G
13.5 Buck-Boost Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216' b! B, [0 k# M; V, o: F4 T
13.6 C ` uk Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
8 l8 D- I u3 e6 Z; a13.7 Effects of Parasitics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
$ B' k% c0 B5 |4 K4 \' O) i7 y2 D, x13.8 Synchronous and Bidirectional Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220; W4 Z) u7 Z7 o o
13.9 Control Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221( Z* o/ B& Z6 t2 z0 v$ r
13.10 Applications of DC-DC Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223% y: q' w. Y& I( P( @3 ^# n) |
14 Inverters Jose′ R. Espinoza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
. U6 L a l% ?; k14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
7 N6 e; S! C2 u0 H14.2 Single-Phase Voltage Source Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
( V$ }( i1 Z2 ~4 |8 F) d4 ?14.3 Three-Phase Voltage Source Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235/ N3 i$ P9 y! X V+ k
14.4 Current Source Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241" D% N/ S7 z3 a
14.5 Closed-Loop Operation of Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2507 e7 ]5 y5 k5 b0 \9 z
14.6 Regeneration in Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
2 }0 \! ?3 |! e! r# A9 X7 t14.7 Multistage Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
; b. K% l0 y$ t4 U$ g' ?! C14.8 Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2678 j8 m1 e6 ^# I5 j3 c& J
15 Resonant and Soft-Switching Converters S. Y. (Ron) Hui and Henry S. H. Chung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271% Z h1 ` a$ _' V, R' \
15.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2714 t+ B9 b% l, k5 Z6 ]
15.2 Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
4 R$ {. f+ ^6 k* M% e% v" @15.3 Resonant Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2725 P1 v. d! X$ w) k; ~1 y
15.4 Quasi-Resonant Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2735 k2 Q6 r3 N- E3 ?. ]3 ?
15.5 ZVS in High-Frequency Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
9 L0 O! m! I! O" ^7 H4 d: j1 C15.6 Multiresonant Converters (MRC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
, \! z9 R. [" d" }) m15.7 Zero-Voltage-Transition (ZVT) Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282& i Z# U. S' y! z
15.8 Nondissipative Active Clamp Network. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283* \: w: }- j$ o
15.9 Load Resonant Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
+ l2 X$ m; D( m0 G! D4 Q2 X1 Z: S ?15.10 Control Circuits for Resonant Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
+ [& L6 E/ U: b2 g! N! N4 L: J6 r15.11 Extended-Period Quasi-Resonant (EP-QR) Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
+ A2 ]- u/ h/ c. |) `& {15.12 Soft-Switching and EMI Suppression. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
2 D, p* q* W9 `0 [15.13 Snubbers and Soft-Switching for High Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293# Y* c+ z. G! ~3 c
Contents vii
5 h4 R5 l& Y- K15.14 Soft-Switching DC-AC Power Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2941 d2 ^7 g; D K$ W3 ~; o
16 AC-AC Converters Ajit K. Chattopadhyay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307" O6 k* {: f# y, F
16.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
6 j X! O9 v) t$ l# e16.2 Single-Phase AC=AC Voltage Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
) i( v& ~. s2 |) L16.3 Three-Phase AC=AC Voltage Controllers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312) }. k, A0 v9 T6 x$ ^) c
16.4 Cycloconverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
: M% q1 }. K) Q16.5 Matrix Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
0 {5 T& o6 f! S7 ?. q4 \16.6 Applications of AC=AC Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
' v( w5 m- h1 s17 DC=DC Conversion Technique and Nine Series LUO-Converters Fang Lin Luo, Hong Ye,
8 y. P! f3 T5 F( ]and Muhammad H. Rashid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3359 } Q. x+ O" [/ ^0 q! o1 z
17.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
* g% }. z% H$ T4 A' D17.2 Positive Ouput Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
6 E. L2 k8 n) r0 J4 r/ Y5 g* z, W17.3 Negative Ouput Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3530 T3 a* o) X% k1 g/ G: D0 O
17.4 Double Output Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359( w0 j( I. R: p+ i2 p5 P* B
17.5 Multiple-Quadrant Operating Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
- p1 J& d g6 I1 l: h: L17.6 Switched-Capacitor Multiquadrant Luo-Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377( R6 m% n9 T/ j: ~8 x
17.7 Switched-Inductor Multiquadrant Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
3 i4 h' q4 d' H* m O17.8 Multiquadrant ZCS Quasi-Resonant Luo-Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
: _$ \# B/ \+ w( ]3 t* f& B7 j17.9 Multiquadrant ZVS Quasi-Resonant Luo-Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
" m& Z+ k( f) w6 S17.10 Synchronous Rectifier DC=DC Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397- w+ k8 R8 e" Z2 s; n
17.11 Gate Control, Luo-Resonator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
9 P/ X/ I( l) g: x: E5 N+ }17.12 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
; K) i% l& X( H; d: C2 H: d, E18 Gate Drive Circuits M. Syed J. Asghar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407- U* A) w& P2 P, \
18.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
/ [6 C7 M& h( T' w3 w C' F18.2 Thyristor Gate Requirements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
) j# ?0 k- ?0 o7 C7 X! m18.3 Trigger Circuits for Thyristors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4092 |" Z% p/ H7 K v- b* E/ I
18.4 Simple Gate Trigger Circuits for Thyristors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4107 D1 M/ B( ?6 ^1 h$ ?8 @$ \
18.5 Drivers for Gate Commutation Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
5 f3 j) l: t: |1 e4 p: ?18.6 Some Practical Driver Circuits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4272 m, \: k& n! M6 J, W7 i+ \
19 Control Methods for Power Converters J. Fernando Silva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
: H* S. f6 M( y+ l19.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4314 q. d& N8 x6 @. D- i' _
19.2 Power Converter Control using State-Space Averaged Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432+ h3 K7 C, C- V- M7 d S+ d' m+ o" R
19.3 Sliding-Mode Control of Power Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
- S) r: s0 q1 e) u19.4 Fuzzy Logic Control of Power Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
- l! d Y9 b' F19.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484. E+ B- d" S! @3 w9 c% M6 P
20 Power Supplies Y. M. Lai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
, D, U6 T7 \/ J* W20.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487, d* P8 P$ {/ h/ x) J* c, ~
20.2 Linear Series Voltage Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
5 w6 E' | a9 k# |8 p I% H! B% W20.3 Linear Shunt Voltage Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4915 I/ Q0 V: L% H' Y
20.4 Integrated Circuit Voltage Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
4 U9 g- X7 ]$ i" O# }2 H20.5 Switching Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
+ v/ [0 t3 J0 }21 Electronic Ballasts J. Marcos Alonso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507+ ^; ~6 q6 L: @: d+ Y
21.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
! W$ J6 u9 d5 O2 \ \% y8 q21.2 High-Frequency Supply of Discharge Lamps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
) n1 { |7 Q9 d' b& S) p8 v5 d21.3 Discharge Lamp Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
7 r- i2 S9 K4 [: |21.4 Resonant Inverters for Electronic Ballasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519
# s/ S1 y: z: K' E( A21.5 High-Power-Factor Electronic Ballasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5274 c6 I B" I% `( q2 _6 B
21.6 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529& P0 K5 y n+ Q. C2 f8 l( u
22 Power Electronics in Capacitor Charging Applications R. Mark Nelms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
) `8 w$ I6 o! J6 N3 I9 D8 v- ]/ k+ c22.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5334 B% h4 g3 C" Q- j3 C
22.2 High-Voltage dc Power Supply with Charging Resistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533& Q# _4 h0 T4 y) T8 ^9 W; ?
viii Contents
/ v( G+ v! K _1 ?4 @2 i22.3 Resonance Charging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
% J$ s2 U* d+ U22.4 Switching Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535$ L* w) y# F! c0 T+ I% l
23 Power Electronics for Renewable Energy Sources C. V. Nayar, S. M. Islam, and Hari Sharma . . . . . . . . . . . 5399 P4 S6 B2 {/ ^; C& E# c
23.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539( }( s* K1 N6 F4 S' R1 B
23.2 Power Electronics for Photovoltaic Power Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
; T# s4 B. t/ i( t& m s. s23.3 Power Electronics for Wind Power Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562. C: _; m) } x' v( ?2 m
24 HVDC Transmission Vijay K. Sood. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
& E' G: f- j+ ]% y24.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
1 w0 T6 E% ^& L8 k" r9 t24.2 Main Components of HVDC Converter Station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580
% U1 l' R) F! Y4 o% t/ M+ I24.3 Analysis of Converter Bridges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583( W/ a& ~% c: m+ J3 K$ p' l
24.4 Controls and Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5830 h* B+ o3 H( R7 Q0 z
24.5 MTDC Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5894 ?% C$ w$ x+ @6 Z5 Q3 N- S# [# L; M
24.6 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5911 Z- n* R; y0 ` T
24.7 Modern Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592; ~+ J/ d; u7 D+ }; _
24.8 DC System Simulation Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
; q* Y% ~0 C5 Y( C0 A+ k24.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596! H/ p2 }/ ^- j9 O( {
25 Multilevel Converters and VAR Compensation Azeddine Draou, Mustapha Benghanem, and Ali Tahri . . . . . . 5998 T- V9 r( J6 P; x
25.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599- b) v+ u/ a: ]( N1 j- n+ ^
25.2 Reactive Power Phenomena and Their Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600* E# o6 i! k3 `9 f3 S9 u
25.3 Modeling and Analysis of an Advanced Static VAR Compensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
" {# y' ~0 h7 F+ ?, D9 D/ F25.4 Static VAR Compensator for the Improvement of Stability of a Turbo Alternator . . . . . . . . . . . . . . . . . 612
& |7 v7 B+ t3 G6 j25.5 Multilevel Inverters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615
' [0 b" V, o8 d* G25.6 The Harmonics Elimination Method for a Three-Level Inverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619
! x d ~" \( o5 I' r% O25.7 Three-Level ASVC Structure Connected to the Network. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
( j% e7 U. d' H. `: u# B- Q26 Drive Types and Specifications Yahya Shakweh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629$ z$ Y2 F. Q, x7 k
26.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629/ b' U" l8 \3 A
26.2 Drive Requirements and Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633+ v2 P3 C5 }# k; K+ m' B$ a
26.3 Drive Classifications and Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636
6 s1 W/ X; H9 x, ?( t26.4 Load Profiles and Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6411 I9 v) @- B3 o
26.5 Variable-Speed Drive Topologies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6440 ~# {1 i2 m% A+ y
26.6 PWM VSI Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6508 B9 b; @' [/ |& ^/ c: b
26.7 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
+ V. o9 z, N$ Z8 x ~& `26.8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660
/ u' n! a% [7 V; O: R, Q" ?27 Motor Drives M. F. Rahman, D. Patterson, A. Cheok, and R. Betts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6632 [1 F0 J' E7 } K
27.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664' _& A# @) a: c) j3 T
27.2 DC Motor Drives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665
' u! g8 B6 ?9 p27.3 Induction Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670
6 S" f& F3 y5 u4 x27.4 Synchronous Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 681
- y8 S3 o8 w+ L H1 F27.5 Permanent Magnet ac Synchronous Motor Drives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689# \4 i* O* I1 k# R$ P
27.6 Permanent-Magnet Brushless dc (BLDC) Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694
* Y' x* n. n& U27.7 Servo Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 704
: e5 U3 K2 b. o$ g) @, U$ w27.8 Stepper Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 710
6 T; i8 f+ J3 j$ g1 ?27.9 Switched-Reluctance Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717( ? ]. A) ~1 Y: V5 J8 a& I- D
27.10 Synchronous Reluctance Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727
$ K7 g8 r8 M( [9 o, h28 Sensorless Vector and Direct-Torque-Controlled Drives Peter Vas and Pekka Tiitinen . . . . . . . . . . . . . . . . .+ G+ g+ V% H @+ R9 K5 G5 _
28.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7352 l* ^/ G# R( O& ~! V& s
28.2 Basic Types of Torque-Controlled Drive Schemes: Vector Drives, Direct-Torque-Controlled Drives . . . . . . 7369 ~1 a7 u6 N" _5 ^) t+ S, v, ?
28.3 Motion Control DSPS by Texas Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 766
9 {" ?5 i \+ f- V. W$ Y29 Artificial-Intelligence-Based Drives Peter Vas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769
3 A5 ?, _" `0 Q6 I; [, }: ?- \29.1 General Aspects of the Application of AI-Based Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7692 o1 q" Q0 h I4 @; }+ y. q6 ?
29.2 AI-Based Techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 770
2 k; h8 y/ U' Z% m' \Contents ix1 b: e4 h7 o7 X" j
29.3 AI Applications in Electrical Machines and Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773( t; \; F% V* H+ X- T
29.4 Industrial Applications of AI in Drives by Hitachi, Yaskawa, Texas Instruments and SGS Thomson . . . . . . 774( e8 L1 G3 k; G y$ L$ z9 L9 |
29.5 Application of Neural-Network-Based Speed Estimators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774
- s( H# u7 P: a! s( k30 Fuzzy Logic in Electric Drives Ahmed Rubaai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779
# N" ?8 V3 H- P+ D30.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779
5 X* J7 T# l# N+ `, ^ Y30.2 The Fuzzy Logic Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779
3 i3 N( w* L+ R. w4 x9 l30.3 Applications of Fuzzy Logic to Electric Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784 _0 c8 [4 W% u# p
30.4 Hardware System Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 788
( |3 p+ L$ V6 @30.5 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 789
; l( c0 q( h9 t9 v% g K, g31 Automotive Applications of Power Electronics David J. Perreault, Khurram K. Afridi, and Iftikhar A. Khan . . . 791
1 b( I# [% r; G$ C* A2 f) m31.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 791
/ Z! h$ e" o* q# g% B/ e31.2 The Present Automotive Electrical Power System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 792: c1 J- ~) o% Q' M/ e' @
31.3 System Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 792
7 m4 `! M+ h+ t/ i$ q% \31.4 Functions Enabled by Power Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 797
8 D, V& l' j. h9 W- K31.5 Multiplexed Load Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 801
" X8 U1 \3 R# Q2 a( ?31.6 Electromechanical Power Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803, q/ e$ X; h/ z3 o
31.7 Dual=High-Voltage Automotive Electrical System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 808
8 Q; ^5 e n' k4 e) f) j8 X31.8 Electric and Hybrid Electric Vehicles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812
% A2 q% q5 p8 Z3 f31.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813
) l$ \* r! s1 Z4 ?( o32 Power Quality S. Mark Halpin and Angela Card. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 817
- S' B% K- H4 b0 J; Q) F32.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 817
7 ^* s2 |* P0 _+ ?1 y( k0 ]7 m! A5 H# Z32.2 Power Quality. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 818
0 u$ D3 N) @% P( M32.3 Reactive Power and Harmonic Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823
% V5 i. [# n9 ~9 f5 M$ ^# { g32.4 IEEE Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 827& C& d6 l( l/ O7 u: z% @. S
32.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828
: s3 K, H: f/ I: [) S33 Active Filters Luis Mora′n and Juan Dixon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829
9 E q" B! ~ ~33.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829: `; r7 k T( Y
33.2 Types of Active Power Filters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829
! C/ U; J4 x* |3 `# G$ q1 m33.3 Shunt Active Power Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 830
6 M: s7 s. G4 \: w33.4 Series Active Power Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 841
5 Y" J- u0 v. D+ K' I ?2 V34 Computer Simulation of Power Electronics and Motor Drives Michael Giesselmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8530 B/ K! U; c( ` C7 f# u
34.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853' E" Q% ?1 n, M) g$ ~8 `( f
34.2 Use of Simulation Tools for Design and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8537 L$ N" O; E7 |
34.3 Simulation of Power Electronics Circuits with PSpice1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 854
* t% @2 e$ n/ t c- |% m- Q& b34.4 Simulations of Power Electronic Circuits and Electric Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 857
3 f% z w" W& {7 \: V r34.5 Simulations of ac Induction Machines using Field Oriented (Vector) Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 860
5 U k" f" W+ G1 f# b% V34.6 Simulation of Sensorless Vector Control Using PSpice1 Release 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863
0 E1 B+ M1 q7 X1 {- i9 Z34.7 Simulations Using Simplorer1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 868
8 j8 B. R8 B, D5 @- t34.8 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 870
! M9 E( n& G) r; K* P. G35 Packaging and Smart Power Systems Douglas C. Hopkins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871, F7 `, i( j& |0 Q4 k3 s. q. v! N
35.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871! m I' ]" E- L' \. G( k6 m! l
35.2 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871
o2 b3 \4 t' T4 a35.3 Functional Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 872
6 Q0 I$ s6 E- Y4 D5 ~) U# l35.4 Assessing Partitioning Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874
7 B5 y! m" A% N3 R# n35.5 Full-Cost Model [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 877
( b, C1 g1 [, v/ e- E35.6 Partitioning Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 878% m1 p1 W) d/ q7 Y3 b5 |% t
35.7 Example 2.2kW Motor Drive Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 879! `+ I+ y* d' w4 C* R( s6 }7 p
35.8 Acknowledgment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 881* C/ m# X/ w& P+ E6 Q. |' \: k$ y
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883 |
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