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发表于 2011-9-22 11:24:43
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: R: E8 M4 T* t- o# e5 U% }! G; f7 f" H/ o1 I T' Z
2 D% r2 {7 j7 L1 u) v0 Z- l }; W- f
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiList of Contributors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii
9 w( k: z; j y" b* [' g6 w, A1 Introduction Philip Krein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
% d9 ?4 \& @" j/ m% y) N1.1 Power Electronics Defined. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 X' E$ I7 s) G4 I3 J6 y7 R D
1.2 Key Characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
* U: }' M, }% q+ k& N1.3 Trends in Power Supplies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
' n: S8 `; e3 @1.4 Conversion Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3 q- N0 U% D8 B( V: B1.5 Tools For Analysis and Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 L7 K1 v8 h3 G3 H
1.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
7 Z) B% B) D0 m7 w7 h" o( z2 The Power Diode Ali I. Maswood . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
, t' \9 p: h. i7 N; P9 c5 y+ }9 C2.1 Diode as a Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 I# G; ?* x8 a7 m4 c' e
2.2 Some Properties of PN Junction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15) e+ x& M( L3 _- t2 t
2.3 Common Diode Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17( M: J, q! B N8 ~6 ~3 i7 V4 N
2.4 Typical Diode Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17; G7 i3 W* q( u( F m9 Q2 X/ s
2.5 Snubber Circuits for Diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 ?* g% V* G9 y+ c- _! d
2.6 Series and Parallel Connection of Power Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19; Y' D h; R0 d- d, h) ]
2.7 Typical Applications of Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23/ u! a9 S+ I' _; U1 E; K, U- P
2.8 Standard Datasheet for Diode Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
+ x' j* u% z% {# Z3 S# l3 Thyristors Jerry Hudgins, Enrico Santi, Antonio Caiafa, Katherine Lengel, and Patrick R. Palmer . . . . . . . . . . . 27# x+ v' G4 y: ]- m, x
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
, {! w% R8 k/ w3.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28$ O0 C T% A: N* L6 y8 D
3.3 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 P) _: R, ?+ C) u/ ~: P
3.4 Dynamic Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 _# V3 v0 k+ H' G% H# Q
3.5 Thyristor Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37* O4 t4 [1 z, |7 N2 s" T
3.6 Types of Thyristors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38) M! o) h w' F; P* `
3.7 Gate Drive Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
: w* v/ p& f5 G; l( [9 ~- z0 J3.8 PSpice Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473 n% A5 i; a+ y. z: U
3.9 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50( Z3 I6 r+ ~3 H- l' {
4 Gate Turn-Off Thyristors Muhammad H. Rashid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55- @1 A8 z2 J+ e7 J, y
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6 B" j2 Y+ k& d3 H* ]1 g5 @4.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55$ T# n _5 S2 M8 e5 R2 ~ i
4.3 GTO Thyristor Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
- Z7 ^: X/ M; S0 f. n4.4 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
# C$ R; Z4 ^: y# _4.5 Switching Phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595 N2 Q. a1 ]) G5 \
4.6 SPICE GTO Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
9 e9 X H$ V. I: b4.7 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61$ L1 y6 A/ r P4 _7 F
v
8 J2 x) l" L# j* [3 ~5 Q' P" R5 Power Bipolar Transistors Marcelo Godoy Simo˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63$ b& c5 p' N6 f& [# E0 }, L
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63+ W* O5 ]6 H% r( W) ]* L" C$ F
5.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64' P8 t. | Q" Q+ N# ?
5.3 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65+ _0 p4 [5 @; N1 A4 H/ H
5.4 Dynamic Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
! z' Z0 @& a& U* z5.5 Transistor Base Drive Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
0 N$ V! n" I7 @: _5.6 SPICE Simulation of Bipolar Junction Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
* T" s4 z Z: p& h. T5.7 BJT Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
]9 E2 v ?6 u2 V6 The Power MOSFET Issa Batarseh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 759 D7 t0 R1 N* {# Z' T8 g1 {
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
! G: U i' {6 J2 H# t6.2 The Need for Switching in Power Electronic Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 762 ]0 f; Z5 {8 X+ V7 f
6.3 General Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 782 T: B* E8 `; j. @) E4 g3 l, L6 k/ Q
6.4 The Power MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
" K3 D% Y# X8 K8 @. R6.5 MOSFET Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81( j8 I! [. e# ^+ H5 j% Z4 l- R
6.6 MOSFET Regions of Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
+ `* M% y/ b- L* c4 V$ p6.7 MOSFET PSPICE Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93$ z8 t; W4 A6 R& S+ A
6.8 Comparison of Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 E: C$ B$ @- ^5 c( n
6.9 Future Trends in Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
; x* e3 i% k9 ^6 N4 U: c7 Insulated Gate Bipolar Transistor S. Abedinpour and K. Shenai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1011 a. C( i4 x- f) v1 M7 W
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
* O! N/ l D9 B1 H: B7.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102& J! {- k5 o) z( ? E# N) p5 j
7.3 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 L E0 S6 L0 x* _, y5 l9 A
7.4 Dynamic Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
, ?/ m7 Z3 D- C5 V5 E8 f- T7.5 IGBT Performance Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7 F3 W7 Q7 A! e: Y- j0 Y7.6 Gate-Drive Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
0 u2 C" O# S# [/ P7.7 Circuit Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111+ g n- w- J" J
7.8 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
0 R8 _& ]# @. {9 y3 O, x* h8 MOS Controlled Thyristors (MCTs) S. Yuvarajan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1172 U. I8 ^- }' J4 V) V v. ?
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
6 K( b" @( N% L2 H# k8.2 Equivalent Circuit and Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
- B/ M) D3 z' @. A/ t* A8.3 Comparison of MCT and Other Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
( K+ m- o" R8 {1 Y) P& J. a3 Y8.4 Gate Drive for MCTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
j& b" c6 J1 I, I8.5 Protection of MCTs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
6 U( ~* t$ z; Z8.6 Simulation Model of an MCT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
% p7 P/ O4 Y( Z8.7 Generation-1 and Generation-2 MCTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1218 \$ I2 D4 @0 B+ k; R
8.8 N-channel MCT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
. F$ K/ d( S1 M1 B( W, c+ I( q8.9 Base Resistance-Controlled Thyristor [14]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
6 d: u7 J" p- v; t% F+ F% R& g: c8.10 MOS Turn-Off Thyristor [15] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
* v5 d/ B/ A4 K6 N8 r [( }8.11 Applications of PMCT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5 j/ M1 X& F# m3 X* z0 P1 o( d8.12 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
% |6 p& z2 J2 y; j, [6 n8.13 Appendix. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124, T; f2 U. t% T. [% ~
9 Static Induction Devices Bogdan M. Wilamowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1279 x/ B9 a- }2 y4 y6 H$ z; a
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 t" ^# s# i3 [9 q* O- x1 ^% Q7 a
9.2 Theory of Static Induction Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
; s8 v' b: n) N9.3 Characteristics of Static Induction Transistor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128: e, ^1 f" U2 I% V9 f2 Y
9.4 Bipolar Mode Operation of SI Devices (BSIT). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
! E, H: v6 |2 N7 u1 Y7 U9.5 Emitters for Static Induction Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1308 P9 v; |! E" q! C
9.6 Static Induction Diode (SID) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
1 t. S+ |$ O* m9.7 Lateral Punch-Through Transistor (LPTT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
, C5 `! p# Q# f/ S9.8 Static Induction Transistor Logic (SITL). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1321 P: v" c! b# C( X+ C
9.9 BJT Saturation Protected by SIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1325 T: H6 {1 `# [ `/ f! b' g T
9.10 Static Induction MOS Transistor (SIMOS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
9 A- }# U2 s" u, C7 V, g# ovi Contents/ j8 k/ K# \: _1 B) ~
9.11 Space-Charge Limiting Load (SCLL). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134$ o! C0 A& u8 T
9.12 Power MOS Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
9 V4 l5 o; k9 Q9.13 Static Induction Thyristor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1351 H$ c& L, d1 J! y+ q/ s
9.14 Gate Turn-Off Thyristor (GTO). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136: ?6 D5 _6 K$ W W' P1 ]
10 Diode Rectifiers Yim-Shu Lee and Martin H. L. Chow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
7 ^( E7 D5 Z5 r, G' b( j10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139: N0 f! R- z2 [
10.2 Single-Phase Diode Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
" m4 z/ U8 k+ E; y1 ^10.3 Three-Phase Diode Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
, t; _7 H: a" w5 R- v10.4 Poly-Phase Diode Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
" O9 Z" `8 r1 e10.5 Filtering Systems in Rectifier Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150% J& l) Y& v: s P' D
10.6 High-Frequency Diode Rectifier Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5 a- |$ a" F. C1 |, m" y# E11 Single-Phase Controlled Rectifiers Jose′ Rodrı′guez and Alejandro Weinstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
& [# ?$ X Y8 S11.1 Line Commutated Single-Phase Controlled Rectifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1697 k1 Y6 C& b' p& {( c
11.2 Unity Power Factor Single-Phase Rectifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5 k' \8 J7 [( K9 q9 }/ O12 Three-Phase Controlled Rectifiers Juan W. Dixon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
2 W$ t* t/ m2 v9 o+ A6 ]12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183# ]+ V# ^, f- W3 W* h
12.2 Line-Commutated Controlled Rectifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
; [7 E, s6 m t7 c6 J. E3 y12.3 Force-Commutated Three-Phase Controlled Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
\4 ` p0 c9 r: Y$ W6 Z8 P9 v13 DC-DC Converters Dariusz Czarkowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211) I- }) \8 f) r5 R0 i
13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
6 ?, A8 a; D, e0 q! v13.2 DC Choppers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 B. e1 n& O1 {8 I8 [6 {8 E! |
13.3 Step-Down (Buck) Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
; y" ~8 G: Z. K3 E( {4 y" d13.4 Step-Up (Boost) Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
! C1 A' N! J; h0 l2 g/ L; U {! ^13.5 Buck-Boost Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2162 [( a# w6 B4 @' e
13.6 C ` uk Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
7 _! l/ W6 M) f- o s8 l13.7 Effects of Parasitics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218. K4 q1 l8 p0 Y! ?, P# I3 a! a8 ]! L
13.8 Synchronous and Bidirectional Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220: ?( I2 D% x" ?% M% R1 c
13.9 Control Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2217 P( a/ W) n* ]1 j: r
13.10 Applications of DC-DC Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223& Y; o& l* O7 I$ k2 S
14 Inverters Jose′ R. Espinoza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
9 Z9 U5 T7 m4 E# B9 y14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225' n# I% Y# ?4 G/ Y& v
14.2 Single-Phase Voltage Source Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
) m. |3 W: U- u4 l14.3 Three-Phase Voltage Source Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
0 h. Z E) O8 h1 b- P) g) j2 o14.4 Current Source Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
# n k, T1 x4 k9 n% X* a9 m; `14.5 Closed-Loop Operation of Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250' @) D2 n+ i5 x! @7 ^
14.6 Regeneration in Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
; N% p+ G. H Z7 Q X5 x14.7 Multistage Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260, c( `/ {5 m5 W# d; \# l8 i
14.8 Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
( R/ l* b5 B7 z: S& X15 Resonant and Soft-Switching Converters S. Y. (Ron) Hui and Henry S. H. Chung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2710 N" \/ U% a2 T1 g$ j5 q# G
15.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271, v) m/ S, G4 Q3 C! i
15.2 Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2729 m) |- Z N) z( Q9 O1 }/ b
15.3 Resonant Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
4 J* _5 f2 O9 G! t4 _% I# [15.4 Quasi-Resonant Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2736 Y2 a3 Z0 w1 v$ T1 F
15.5 ZVS in High-Frequency Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
$ Z+ E1 x# L8 L15.6 Multiresonant Converters (MRC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
, [4 a# o b2 S( V" `* B, y4 x. x1 Y15.7 Zero-Voltage-Transition (ZVT) Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282. v% H: W. L5 T
15.8 Nondissipative Active Clamp Network. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
' S3 U" K. {4 c1 n9 E G15.9 Load Resonant Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2841 P! d: y- E ]# R* d& f& @+ `- I
15.10 Control Circuits for Resonant Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287+ b5 A& |/ }) m, v2 R5 j6 G1 @
15.11 Extended-Period Quasi-Resonant (EP-QR) Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289! s( j0 b v0 e0 m# P
15.12 Soft-Switching and EMI Suppression. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2931 o2 G5 N T+ {' I, u' N1 M/ D
15.13 Snubbers and Soft-Switching for High Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293, F* B4 a# P, O+ T) g/ c: s& S; `# z! S
Contents vii
7 e' L! U1 |- X! }5 u15.14 Soft-Switching DC-AC Power Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
4 i$ E1 r% w, z1 C6 e( n16 AC-AC Converters Ajit K. Chattopadhyay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
( k7 L$ p+ _; b- D16.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3070 v |/ ]6 k; `- U/ [* q$ b
16.2 Single-Phase AC=AC Voltage Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3073 }% d& y% |2 J% l& |0 }; m* c( t
16.3 Three-Phase AC=AC Voltage Controllers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312- o) x) b6 H, j& o9 b) G. ~
16.4 Cycloconverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
/ m! B5 l1 e* A% h( w16.5 Matrix Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
8 Z8 X; K5 m7 a: u: G) t16.6 Applications of AC=AC Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331( y, R6 J* ~) l# G- h
17 DC=DC Conversion Technique and Nine Series LUO-Converters Fang Lin Luo, Hong Ye,
7 W# u% J7 D) A& ^8 @6 ~6 Band Muhammad H. Rashid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
6 n0 i; ~" T+ b. C! @# m B$ b$ Z17.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335# \: U( b6 r/ s" _
17.2 Positive Ouput Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
- q) `+ Z8 u u7 P% o8 R' ]17.3 Negative Ouput Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353+ Q, o! F3 ]$ v
17.4 Double Output Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
; |* C1 Z; }% W6 S/ \17.5 Multiple-Quadrant Operating Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3727 [8 z/ H0 c' c' Q7 z$ R9 n
17.6 Switched-Capacitor Multiquadrant Luo-Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
2 D; p6 w6 c) H9 b3 ?17.7 Switched-Inductor Multiquadrant Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386) q% X5 b- M7 [; H+ m
17.8 Multiquadrant ZCS Quasi-Resonant Luo-Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
3 J& V! b# }% m( U; A, ~& R: X17.9 Multiquadrant ZVS Quasi-Resonant Luo-Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
* O5 j9 z' [6 W) V& C17.10 Synchronous Rectifier DC=DC Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397- N7 K7 W f' S6 p# f& c
17.11 Gate Control, Luo-Resonator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401% Y: E0 t+ h# K L: S% i% f5 L
17.12 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
; e! @3 @# `# E( B& W$ w18 Gate Drive Circuits M. Syed J. Asghar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407& h' X5 y" V5 [7 {
18.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
1 e. \9 H& P' B. {0 r7 H18.2 Thyristor Gate Requirements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407, o& a( H: i) R4 A
18.3 Trigger Circuits for Thyristors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4096 v0 X( K/ W2 v
18.4 Simple Gate Trigger Circuits for Thyristors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
c- P0 }4 U* c) Z* W1 z5 c/ k18.5 Drivers for Gate Commutation Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4222 i5 f" c4 k, N/ c
18.6 Some Practical Driver Circuits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427; T: i4 f0 a- c1 [% e5 o9 ~
19 Control Methods for Power Converters J. Fernando Silva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431! l% i) P+ a- ^% o" ^' r& ^% m& C9 h
19.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
3 z) J& l& ~5 w8 S* ^/ p" G N19.2 Power Converter Control using State-Space Averaged Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
" t% _( d$ V- _) g: r$ [7 p19.3 Sliding-Mode Control of Power Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4504 b9 z, H p. B# p2 }: I. d2 k7 z f* p
19.4 Fuzzy Logic Control of Power Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
9 M2 X- `$ T0 {/ L2 Y+ e- Q6 F1 [5 W19.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484; ?; {$ ?9 {8 V, [: A* j
20 Power Supplies Y. M. Lai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4870 i# o$ E( d7 _5 z" ` A% d
20.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487( {; E5 |3 i* u" Q" d( c
20.2 Linear Series Voltage Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4884 S" K6 h! y5 L( U" y
20.3 Linear Shunt Voltage Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
- Z% H& V! E/ |20.4 Integrated Circuit Voltage Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
$ J& V1 j. ]- @20.5 Switching Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
; _$ t7 u( X8 R4 }) @21 Electronic Ballasts J. Marcos Alonso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5079 k* B! p, A- d, B# o8 m
21.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
5 n8 T+ w) K- ^9 j. r% f' W21.2 High-Frequency Supply of Discharge Lamps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
: s. ?6 D+ {4 M& n+ e21.3 Discharge Lamp Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
8 {( d# R0 [7 w b) H. L$ k21.4 Resonant Inverters for Electronic Ballasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519! u$ g# B4 J2 x: f) B1 K# @2 S, W
21.5 High-Power-Factor Electronic Ballasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
, C) \) ~, A( v# Q) g _+ J21.6 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529+ o' g+ Y5 w3 ~
22 Power Electronics in Capacitor Charging Applications R. Mark Nelms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
6 E" G# r- E2 \5 i: b5 \3 ~22.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5331 i+ G' ~$ V, B& ^6 \
22.2 High-Voltage dc Power Supply with Charging Resistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
: h v+ E3 a8 Y! o2 Yviii Contents; w; [1 p1 b7 U% b" |( C
22.3 Resonance Charging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
! K7 T7 N% d `; i! A22.4 Switching Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535% Y" \/ ?8 t# Q8 _% g; q* b0 u
23 Power Electronics for Renewable Energy Sources C. V. Nayar, S. M. Islam, and Hari Sharma . . . . . . . . . . . 539
( r1 v2 f/ @2 H! Z* o0 L6 Q23.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
: e; D% n% k, u. a23.2 Power Electronics for Photovoltaic Power Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540+ ~# u d# K X3 S& E
23.3 Power Electronics for Wind Power Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5624 j& L! K! @% ]" A$ K
24 HVDC Transmission Vijay K. Sood. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
% e0 t% y( ^8 }( G: l8 k24.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
" |) G: D+ t9 W: l( F; \+ {24.2 Main Components of HVDC Converter Station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5801 i' T2 v0 M. {/ F6 B! Z7 o
24.3 Analysis of Converter Bridges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583- [! Y. u1 C5 f
24.4 Controls and Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
1 z8 s6 @" k# v0 o& J1 s8 l24.5 MTDC Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589# M. }: \9 P/ w- @. e. D
24.6 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5914 c; N$ e, Z5 }" E( c# R; u
24.7 Modern Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592
+ f+ u/ Z- x7 P6 k; y: m24.8 DC System Simulation Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
3 L0 z q+ A$ P7 H3 a# t24.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596& I# L5 x# \# o3 K: K
25 Multilevel Converters and VAR Compensation Azeddine Draou, Mustapha Benghanem, and Ali Tahri . . . . . . 599! a1 \9 q" j4 H+ @6 F' u* h% o
25.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
6 r' M* G- F) Z25.2 Reactive Power Phenomena and Their Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600+ X4 e/ L6 R. ~
25.3 Modeling and Analysis of an Advanced Static VAR Compensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
& |- ~: G7 K8 h2 a* \25.4 Static VAR Compensator for the Improvement of Stability of a Turbo Alternator . . . . . . . . . . . . . . . . . 612 U+ t/ E/ C: w! d
25.5 Multilevel Inverters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615. }2 u$ b* m" {' m* c% @) [
25.6 The Harmonics Elimination Method for a Three-Level Inverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619* D% Q5 L. o: v+ d d3 I+ g2 D" P
25.7 Three-Level ASVC Structure Connected to the Network. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
' e# |$ q1 H; E- O26 Drive Types and Specifications Yahya Shakweh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
1 s8 K& l# i5 o( Z26.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6293 }+ t( B6 G; z4 r6 h9 V% a
26.2 Drive Requirements and Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633
% j+ H& c" j" R$ z& e26.3 Drive Classifications and Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636, z! K2 f: N9 N h" J S
26.4 Load Profiles and Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
3 L$ ?7 C& M5 p26.5 Variable-Speed Drive Topologies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644" ~7 q1 T: z Z: E& v
26.6 PWM VSI Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650
7 t1 G K- d) p1 `/ c8 ?7 Q26.7 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
$ u( l; X- q2 n. V! H$ u* e26.8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6601 O; L' C% m: P
27 Motor Drives M. F. Rahman, D. Patterson, A. Cheok, and R. Betts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663/ s! s! r2 f) ]# w- v; v
27.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664
' ~, J* z3 X5 j27.2 DC Motor Drives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665
3 ^( D6 a9 }' o/ k3 _27.3 Induction Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670( V! l }+ q% e; @7 N
27.4 Synchronous Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 681
6 f: j% c* b t+ K27.5 Permanent Magnet ac Synchronous Motor Drives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689
& D( Y" g+ Y0 u9 d27.6 Permanent-Magnet Brushless dc (BLDC) Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694
! C% m# j0 z. Y* q27.7 Servo Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 704+ @( ^8 }+ S2 V Q7 s
27.8 Stepper Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7108 z3 o1 R* Z3 O5 ]* ?( Y
27.9 Switched-Reluctance Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717
, d+ S. ^4 l: m! ?/ X27.10 Synchronous Reluctance Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7279 F4 V* C" } ~
28 Sensorless Vector and Direct-Torque-Controlled Drives Peter Vas and Pekka Tiitinen . . . . . . . . . . . . . . . . . ], i5 V8 r9 Z( x
28.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735
' ^& I- P# _% A, D. } \3 _28.2 Basic Types of Torque-Controlled Drive Schemes: Vector Drives, Direct-Torque-Controlled Drives . . . . . . 736) F" Z5 I5 w2 t; }+ y6 d# Q
28.3 Motion Control DSPS by Texas Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7664 w6 |/ v q5 |
29 Artificial-Intelligence-Based Drives Peter Vas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769
/ R7 o" g8 x8 p29.1 General Aspects of the Application of AI-Based Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769 I! C' g7 g7 }; R! z
29.2 AI-Based Techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7709 e& u+ k% i3 Q# \5 A
Contents ix
2 a" h8 E" S2 A8 W$ k29.3 AI Applications in Electrical Machines and Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7738 o( g/ O8 Z2 h1 W+ I3 Q
29.4 Industrial Applications of AI in Drives by Hitachi, Yaskawa, Texas Instruments and SGS Thomson . . . . . . 774
6 O8 C7 [1 X6 e29.5 Application of Neural-Network-Based Speed Estimators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774" ^: y% {& K$ q) |: c
30 Fuzzy Logic in Electric Drives Ahmed Rubaai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779% z. R; ]) d% Y0 j; a4 B" p- Y
30.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779
7 P: s% r( m# v' C30.2 The Fuzzy Logic Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779! O C K1 v9 P
30.3 Applications of Fuzzy Logic to Electric Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784 `% f6 T, K$ l: j; q- m
30.4 Hardware System Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 788
8 Y% O: Q: |: p30.5 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 789; J1 _) \$ U/ C) T( n$ K, o
31 Automotive Applications of Power Electronics David J. Perreault, Khurram K. Afridi, and Iftikhar A. Khan . . . 791
8 v/ c- x4 U# \ p b31.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 791: }+ {$ ~) v- I
31.2 The Present Automotive Electrical Power System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 792
$ P5 C3 f3 n; p& O4 t8 L/ m31.3 System Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 792: n" t* `4 X' W2 ]) s+ z
31.4 Functions Enabled by Power Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 797% W, h: D) h0 c
31.5 Multiplexed Load Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 801# T! z9 @+ u1 p' R
31.6 Electromechanical Power Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803
7 q) Z7 Y& A/ C* e) p31.7 Dual=High-Voltage Automotive Electrical System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 808
5 x3 E9 J7 w, M4 x31.8 Electric and Hybrid Electric Vehicles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812/ a+ X* ^# y: F6 s) a3 ^3 T! r
31.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813
0 w0 T) W& F5 c1 l0 l1 d32 Power Quality S. Mark Halpin and Angela Card. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 817( Y9 ]2 H5 P1 r' `$ f
32.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 817
+ G1 C6 [# \; x, j2 \, i9 A; Q' `32.2 Power Quality. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 818
9 ~+ Y6 l. A/ f2 i" Y32.3 Reactive Power and Harmonic Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823# ^: ^" N0 O$ D
32.4 IEEE Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 827
% Z$ F/ [1 v: x9 B) S/ k- c32.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8281 T) O% U) }9 _- P& i, C$ I( A
33 Active Filters Luis Mora′n and Juan Dixon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829
* y9 n8 A) p3 n! h$ Y33.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829* T' R$ }% ~: ?- k- w6 N
33.2 Types of Active Power Filters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829+ Z" s5 S( K- I/ r
33.3 Shunt Active Power Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8300 r# d5 h. ]9 }6 T
33.4 Series Active Power Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 841
4 R) A1 b3 r- r" U( l# z34 Computer Simulation of Power Electronics and Motor Drives Michael Giesselmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8533 y! R/ i3 c2 ^) x/ k
34.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853
, P5 x/ m: H2 U5 D0 ~34.2 Use of Simulation Tools for Design and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853
- z; S+ r& `/ M' q+ s2 W3 D: g34.3 Simulation of Power Electronics Circuits with PSpice1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 854
( R; Q4 W( E# Z/ f34.4 Simulations of Power Electronic Circuits and Electric Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 857- r0 K/ A# w/ x5 \ _. T6 ?$ K
34.5 Simulations of ac Induction Machines using Field Oriented (Vector) Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 860 {& ~' Z/ d2 `; f P
34.6 Simulation of Sensorless Vector Control Using PSpice1 Release 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863/ p' j% ~0 @4 \) F* d3 `6 \1 u4 h
34.7 Simulations Using Simplorer1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 868 ?+ G: }2 u0 [& y( g
34.8 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 870/ _( m5 g9 ` |4 t/ D9 H' t
35 Packaging and Smart Power Systems Douglas C. Hopkins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871
! U# o( d, G1 T7 D35.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871
. N0 G; K0 y$ W( x& G/ y35.2 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871
+ H/ D5 {( R* i w) T35.3 Functional Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 872
$ z' w1 _3 M$ j35.4 Assessing Partitioning Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874; G+ O% ]5 b" Y+ o$ [" Q- f1 I" i
35.5 Full-Cost Model [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8771 @1 \, U& v+ z- h3 I
35.6 Partitioning Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 878( K& a. D; S+ y+ g$ w& o
35.7 Example 2.2kW Motor Drive Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8794 w; k" T- d5 A+ K+ g
35.8 Acknowledgment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 881' Q( n+ k8 {8 j8 Q4 t0 {
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883 |
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