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发表于 2011-9-22 11:24:43
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回复 2# goodriver 7 P8 p- m0 T5 k
$ k; z3 k0 ]1 }& M y
: B* H. A0 Y) L2 Y H% A' t# L5 [5 `& [6 Z Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiList of Contributors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii
8 E) o0 @$ ?5 m/ T1 Introduction Philip Krein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
$ U" k. f! v$ v. l$ D% m3 X1.1 Power Electronics Defined. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 j5 t4 M5 l" k: n6 B
1.2 Key Characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ~+ y9 _" \- j% s
1.3 Trends in Power Supplies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3& |- t; n* x8 s3 Q2 I: }
1.4 Conversion Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4! e, |8 T% C! N/ L) T) v/ W
1.5 Tools For Analysis and Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
" f( @) O% O, _ e0 p1.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 \( h$ ]7 z4 R2 \! V0 q
2 The Power Diode Ali I. Maswood . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4 U& q* ^" m8 v2 N2 g0 Q4 e, s2.1 Diode as a Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15. v3 G c. d& O; \- X+ ^
2.2 Some Properties of PN Junction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
6 D1 T6 x. x* k( M& S2.3 Common Diode Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
* z+ ^+ r8 {! u. B/ R2.4 Typical Diode Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
6 p2 \2 F8 j0 q. _4 Q& I) x2.5 Snubber Circuits for Diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19/ W+ g4 f; |+ q0 l7 U
2.6 Series and Parallel Connection of Power Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19+ P1 V: J8 V7 l- f" w7 Y
2.7 Typical Applications of Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23! A2 q( P7 C" [* @# x
2.8 Standard Datasheet for Diode Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
9 W; X- ^- H! W( E- m8 \/ z3 Thyristors Jerry Hudgins, Enrico Santi, Antonio Caiafa, Katherine Lengel, and Patrick R. Palmer . . . . . . . . . . . 27
+ [5 u# e ^( O; d- i3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 W* Q: z2 k2 q3 { ^
3.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
' E% V: U+ t) J' M* h+ l3.3 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30: P3 x& _ q& q3 e
3.4 Dynamic Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
. W0 H% ]. {* h" \- \3 u' W) d& M3.5 Thyristor Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37# o$ i4 k* J0 f/ c8 {& T: ^- ]
3.6 Types of Thyristors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
, O8 F: T1 e0 B e( J9 Y: p3.7 Gate Drive Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453 u2 e1 v, h+ H- I2 Y- k+ n2 c$ c
3.8 PSpice Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
, |! \# \! H" P3.9 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506 T0 z! I2 r7 b6 D
4 Gate Turn-Off Thyristors Muhammad H. Rashid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
9 X$ ^# L5 I; X5 ?" G; `2 g4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55" q$ h$ c" a5 |. Y1 C6 k2 x3 t3 l
4.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
8 h- _. K/ L) m0 S4.3 GTO Thyristor Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 _1 V; E, k4 ]5 f7 R6 N
4.4 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57! w d9 d5 ^5 y4 i: {0 A* d" N
4.5 Switching Phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594 E. A/ _8 E1 r9 Y
4.6 SPICE GTO Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60# z9 c# t8 `2 O1 W- m! ?
4.7 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61" ^# p; Y5 ], C4 H
v7 F M: N2 r! V: w. z. \% i* S
5 Power Bipolar Transistors Marcelo Godoy Simo˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63$ |$ p" e' l7 @4 Q& G' _
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4 @) P d- C( W E5.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64) @% D$ _ F3 n9 r+ Z: |
5.3 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
. |9 }: F6 z ~/ l: ^' q; I0 x5.4 Dynamic Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68+ q1 Q/ f/ f' \! O P- @$ Q
5.5 Transistor Base Drive Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 697 t# \# B, r/ a& J' [" F+ T
5.6 SPICE Simulation of Bipolar Junction Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71. ^/ p' [* |" x9 K# F
5.7 BJT Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3 b) V- T& l+ e* H6 The Power MOSFET Issa Batarseh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 755 I7 d; M: ?4 u+ X( V
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75/ G+ O# q/ ]. w8 L* n
6.2 The Need for Switching in Power Electronic Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 762 y) Q; P* `* C5 X
6.3 General Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78* t; [ O! }; H& `; |( _
6.4 The Power MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80% D' d' V2 K N' l
6.5 MOSFET Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2 \+ w; d1 s+ e6.6 MOSFET Regions of Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 839 [0 N5 z& j4 _' t; K N# Z! h* q& h& w
6.7 MOSFET PSPICE Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
: @ N5 _7 e+ V8 F( n6.8 Comparison of Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5 D2 ~' m. u. m, h3 {; l1 U; D6.9 Future Trends in Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 983 ^; X7 U0 a9 j" Z1 I
7 Insulated Gate Bipolar Transistor S. Abedinpour and K. Shenai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
2 V( t! \7 I2 D7 |4 f7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
+ Q% w7 H2 H5 N+ R. u% j* u0 B7.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1029 M9 t& C% h0 z" r! o$ t
7.3 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6 j+ @9 G4 e; H( l$ \& L' M# x7 ]7.4 Dynamic Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1056 ~8 j8 x& Z4 z
7.5 IGBT Performance Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107$ L2 K2 G0 W! l! b+ X
7.6 Gate-Drive Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1094 C2 T& r2 K2 f% C6 T0 @7 u$ S% \! i
7.7 Circuit Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
% q+ r0 K' j- E6 M! G7.8 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
! g( Y- ^( I9 c" @/ {8 MOS Controlled Thyristors (MCTs) S. Yuvarajan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
) l' l) f! T# U$ X9 E, ~8 {8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
1 ?# I% w) n h5 ]" u5 h8.2 Equivalent Circuit and Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118& _& s$ d& O* g M
8.3 Comparison of MCT and Other Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119" F3 |4 R& o9 W4 @, w' N3 K
8.4 Gate Drive for MCTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
$ n/ u' R! u7 g2 ~( ^4 D8.5 Protection of MCTs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
* P$ v! E, N8 q2 Z9 ^8.6 Simulation Model of an MCT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1212 ~) Z$ G S1 v4 U8 S. j" ~
8.7 Generation-1 and Generation-2 MCTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
$ I# S. N. |+ e2 p, |4 a8.8 N-channel MCT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121+ _4 } B/ S% @4 a( l7 R; P6 ]2 f
8.9 Base Resistance-Controlled Thyristor [14]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121- P& S0 H5 }" m9 G+ d) Q
8.10 MOS Turn-Off Thyristor [15] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122: o3 p- v- B# c# z( e0 O$ \3 L4 S
8.11 Applications of PMCT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122- H3 T0 j/ _, v) K& V
8.12 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
/ w6 L) F) Y; h) B" P* B' Y8.13 Appendix. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124; D( q/ J, B, `0 f
9 Static Induction Devices Bogdan M. Wilamowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127/ m9 z1 x$ m v4 `* z5 j; c2 N' Z
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
( y) h: M$ C r8 R% \) ~& W9.2 Theory of Static Induction Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
2 o" Q6 \2 g. w# _% f9.3 Characteristics of Static Induction Transistor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1283 y8 M( V. F" p+ a* [ U
9.4 Bipolar Mode Operation of SI Devices (BSIT). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1301 J. i$ ]3 g! E" g: Z" r
9.5 Emitters for Static Induction Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1302 e" `3 k' T/ B: h
9.6 Static Induction Diode (SID) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
3 E, W" @+ c: z4 X/ M9.7 Lateral Punch-Through Transistor (LPTT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132, i1 ]& u R7 o* S$ c
9.8 Static Induction Transistor Logic (SITL). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
1 Y- t7 N, X* p; F. H5 h# O9.9 BJT Saturation Protected by SIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
6 W+ u* w& T3 O! B/ x" | o9.10 Static Induction MOS Transistor (SIMOS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
: B, g1 H1 H) j. E( Cvi Contents
9 N4 @! r9 S% m, q+ {+ t. |9.11 Space-Charge Limiting Load (SCLL). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134. E# G! W) m9 ^+ d; R
9.12 Power MOS Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1346 e% f! A- Q' D& Q* O
9.13 Static Induction Thyristor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
2 D! Y- v5 l* K9.14 Gate Turn-Off Thyristor (GTO). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
) H8 r! g$ X: _4 N, ^- ^( v10 Diode Rectifiers Yim-Shu Lee and Martin H. L. Chow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
/ Q- Z+ h# I( o4 v% j0 z* p8 f: Y10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
: M2 W5 y; u$ X( M10.2 Single-Phase Diode Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
3 o+ `+ C' @# n/ X10.3 Three-Phase Diode Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6 X: N# q/ o. P& N- q: [10.4 Poly-Phase Diode Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1481 n( I/ _9 A* A
10.5 Filtering Systems in Rectifier Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1502 a* f+ b% a6 K
10.6 High-Frequency Diode Rectifier Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154/ V4 u6 o& k5 i# z/ z4 T E; g
11 Single-Phase Controlled Rectifiers Jose′ Rodrı′guez and Alejandro Weinstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
! `! Q& [0 n# e0 a3 \11.1 Line Commutated Single-Phase Controlled Rectifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
3 \; J! Z* j D0 T C8 Y4 B+ _8 N3 ~11.2 Unity Power Factor Single-Phase Rectifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
& l i# j( d! f4 o+ V3 Y12 Three-Phase Controlled Rectifiers Juan W. Dixon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
+ y/ r% c& W# V' @12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183% C8 A7 B Z r2 n$ U% g
12.2 Line-Commutated Controlled Rectifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183# l: @- E. A/ ~% F/ t
12.3 Force-Commutated Three-Phase Controlled Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
1 g' L9 Q: S; d8 A1 G4 X13 DC-DC Converters Dariusz Czarkowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
$ Z, e# O! q7 o13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
, f0 l+ a% \+ {3 v) D3 S13.2 DC Choppers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212% K, c( y$ }" Z; N6 n9 d
13.3 Step-Down (Buck) Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213* I0 b1 J g* A* V( {3 m5 L# ~3 a
13.4 Step-Up (Boost) Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
/ C: o$ H9 O7 @3 K; \13.5 Buck-Boost Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
T/ ~; u% g5 Y0 q) l0 L# b13.6 C ` uk Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2189 c8 g7 y! i, H6 u
13.7 Effects of Parasitics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218) `" H9 { u+ ]$ O2 v/ F
13.8 Synchronous and Bidirectional Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
( T$ d! n9 B% d' _- O* \, P: j13.9 Control Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221* R4 H, I$ M& C- K0 j
13.10 Applications of DC-DC Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
% d# j7 p8 \) @5 _' ?2 Z& t14 Inverters Jose′ R. Espinoza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
9 p |' E3 v" B3 E' v' Q" _14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
* q( I5 J, U% w$ z, P14.2 Single-Phase Voltage Source Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
. i7 Q' `& Z. J: s14.3 Three-Phase Voltage Source Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
& c# V0 {: G% e14.4 Current Source Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
, ]$ S/ r8 ?) C, ?' O5 i14.5 Closed-Loop Operation of Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2508 ^( T. W2 L. ^* q# \2 j: _( ?
14.6 Regeneration in Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
+ D/ s. E3 A7 ?2 G! _! ?* }( e6 b14.7 Multistage Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260( `# y5 d' J4 [' K+ a0 X) @& G
14.8 Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267- c7 }1 e3 O. [- ], l. F
15 Resonant and Soft-Switching Converters S. Y. (Ron) Hui and Henry S. H. Chung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
0 C: [" f V) W1 Y15.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271# `6 n, o5 |7 B: Z( X
15.2 Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2721 j$ w% g# @4 g% `
15.3 Resonant Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272. _" x& }4 a1 }
15.4 Quasi-Resonant Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2739 q: _2 c6 d1 X# ^" n6 W) v' }# o
15.5 ZVS in High-Frequency Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2759 X! z* E5 t( }# V) }) V5 n4 A n6 o
15.6 Multiresonant Converters (MRC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2805 g3 d6 X) p1 G6 e1 n6 O3 a# G# {, _2 f {
15.7 Zero-Voltage-Transition (ZVT) Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2827 x. b* H. S* [, |/ T8 K8 G6 h( w
15.8 Nondissipative Active Clamp Network. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2836 }# c$ w& ^( M+ Z* Y
15.9 Load Resonant Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284+ b) N' ?( S5 x3 M/ @
15.10 Control Circuits for Resonant Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
' ^) b0 w4 ^# ^) k15.11 Extended-Period Quasi-Resonant (EP-QR) Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
~% [6 a, p4 q0 X# K8 ?15.12 Soft-Switching and EMI Suppression. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
9 F' C3 S; f% J! y+ [2 j15.13 Snubbers and Soft-Switching for High Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2937 R7 K+ H! F" u) ~
Contents vii& W" ^( }+ c2 M
15.14 Soft-Switching DC-AC Power Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294# Q% t. @& x7 K6 n/ S5 y3 J3 h
16 AC-AC Converters Ajit K. Chattopadhyay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
R$ a2 A0 ~1 o+ f R) \16.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
! p3 {+ P7 [' o2 `* Q' [5 n16.2 Single-Phase AC=AC Voltage Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307- I K# H5 e o
16.3 Three-Phase AC=AC Voltage Controllers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
+ F, z5 T2 M# B3 Q$ [1 @- G7 J16.4 Cycloconverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
" @+ l- r4 Z( g+ @5 Q, M1 w16.5 Matrix Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
. ?) Z* | l( ]6 ^8 s1 x0 t16.6 Applications of AC=AC Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3315 f, A2 P [2 v: ^: c. @* q
17 DC=DC Conversion Technique and Nine Series LUO-Converters Fang Lin Luo, Hong Ye,
2 i+ n. j4 i. X& i% oand Muhammad H. Rashid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
' \ E8 Z. i0 T8 u4 P3 o17.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
- D4 O/ d# E% k5 u+ e+ M2 P17.2 Positive Ouput Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
( r4 b) G2 e J# O17.3 Negative Ouput Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
0 U% p2 o2 G h: U% _8 x17.4 Double Output Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359, c: A! \5 o, F# X; x/ |
17.5 Multiple-Quadrant Operating Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3729 S6 ^+ N7 W# R
17.6 Switched-Capacitor Multiquadrant Luo-Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
0 h( d7 c& i/ [4 |1 D17.7 Switched-Inductor Multiquadrant Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3864 J7 O$ L7 ? g+ U. k; ]2 }
17.8 Multiquadrant ZCS Quasi-Resonant Luo-Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
* s1 u5 K3 X* W; c: U17.9 Multiquadrant ZVS Quasi-Resonant Luo-Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
" b. M$ K; n. r8 z, ]+ S9 [17.10 Synchronous Rectifier DC=DC Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
! B; w4 ^. ~% |# T/ c17.11 Gate Control, Luo-Resonator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4010 O9 k! r$ q$ ^4 ]
17.12 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4020 {0 \5 `/ q8 E& ~
18 Gate Drive Circuits M. Syed J. Asghar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
! o& M) n0 ?/ _5 e. s18.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
+ ^% N" r: b0 l" O# v* u( ^18.2 Thyristor Gate Requirements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407* W$ o c% X' m6 r
18.3 Trigger Circuits for Thyristors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
& |. l2 q+ G4 H% ?) I18.4 Simple Gate Trigger Circuits for Thyristors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410( \) j6 t' A4 S9 @, H
18.5 Drivers for Gate Commutation Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
/ d4 W8 b J7 b$ h7 F( e& G3 j18.6 Some Practical Driver Circuits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
! U2 _: s: t. S0 w3 a( O. x19 Control Methods for Power Converters J. Fernando Silva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
! ?& u8 E/ ^/ ^, P* \19.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
% |. l w/ A: ?% x19.2 Power Converter Control using State-Space Averaged Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432' }+ s: D4 g7 c) W+ X1 D
19.3 Sliding-Mode Control of Power Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
) u# s* T% b# T. M+ S6 o19.4 Fuzzy Logic Control of Power Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
+ O4 e5 @$ k: [- J. f3 h19.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484
) h6 n7 R: ~% }20 Power Supplies Y. M. Lai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
) x/ I7 n s5 b20.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
5 `0 D7 G4 k& \5 i) f20.2 Linear Series Voltage Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
& X( `; L. x3 F6 ~( i20.3 Linear Shunt Voltage Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
9 h) d T1 }+ S4 |/ O20.4 Integrated Circuit Voltage Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
' `9 h7 N$ G. o+ w, a1 ~: @ d20.5 Switching Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
+ W! ]+ d, g( _. T4 g7 S% M0 v3 B" J21 Electronic Ballasts J. Marcos Alonso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5071 Y6 _' j# f4 d
21.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
0 { r+ z: S: K- e5 {21.2 High-Frequency Supply of Discharge Lamps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
5 i" l# E3 h t6 n21.3 Discharge Lamp Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516( o5 D; O- Q0 H
21.4 Resonant Inverters for Electronic Ballasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5191 q/ ^! ]7 o& q0 s: R. E
21.5 High-Power-Factor Electronic Ballasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
( y& [/ I! Y0 P9 X2 J E; R9 w4 j21.6 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
2 u' w5 f' q) l7 s22 Power Electronics in Capacitor Charging Applications R. Mark Nelms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
9 g+ t$ p4 s) X l. [1 F8 E5 u22.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533% E& @. h3 [2 [! @- x( f
22.2 High-Voltage dc Power Supply with Charging Resistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
0 O8 ^8 C Q2 \/ E0 a* m5 m+ Pviii Contents: l! G! C0 x2 G5 }9 k
22.3 Resonance Charging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
0 f; S( g. J* \; a) d22.4 Switching Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
+ \! c4 O2 i# {5 y8 m* k8 K23 Power Electronics for Renewable Energy Sources C. V. Nayar, S. M. Islam, and Hari Sharma . . . . . . . . . . . 539
- W- ]; T; r5 z. Q- K: A# c6 l, f9 ^23.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539. Z' C9 t3 d2 m$ `6 T
23.2 Power Electronics for Photovoltaic Power Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540% w+ w% I! p( K8 A+ y% i& U0 E
23.3 Power Electronics for Wind Power Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
7 l+ k. K$ ^: N) |5 ]* Z0 N24 HVDC Transmission Vijay K. Sood. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
' g. I9 N2 v+ P- s- ]+ ^1 _24.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
" ^4 [( h: H0 E24.2 Main Components of HVDC Converter Station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580! ~) ], t- t8 u- c
24.3 Analysis of Converter Bridges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583. y2 w" X- W O$ d. T
24.4 Controls and Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583: Q' V% N8 ?! U+ V; K& P
24.5 MTDC Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
, Z% y# t, S, Q8 m" J1 {24.6 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
* }9 Y. ^" p1 N6 y4 g24.7 Modern Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5926 l6 G" C3 _9 X6 c5 B
24.8 DC System Simulation Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
& |+ @* k4 K- N+ u8 F m& k( [ r24.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596+ _3 o9 g/ \% J; N
25 Multilevel Converters and VAR Compensation Azeddine Draou, Mustapha Benghanem, and Ali Tahri . . . . . . 599
" F6 u2 I6 F6 x! q4 D25.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
: U* G" C( \' @+ [2 [25.2 Reactive Power Phenomena and Their Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600! W$ c" b8 W6 B* k# @
25.3 Modeling and Analysis of an Advanced Static VAR Compensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603+ U5 ~' G Y& P5 T. S4 n
25.4 Static VAR Compensator for the Improvement of Stability of a Turbo Alternator . . . . . . . . . . . . . . . . . 612
% B6 F% c' @& @ l25.5 Multilevel Inverters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6158 Q! m L5 C6 j' v* |
25.6 The Harmonics Elimination Method for a Three-Level Inverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619! W& C! C" C1 n3 _* T T8 [# l
25.7 Three-Level ASVC Structure Connected to the Network. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622) M8 }7 s/ k9 u2 S: o
26 Drive Types and Specifications Yahya Shakweh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
' H: e' _& L" ]' u26.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
1 ~9 I% d K5 e. M, l9 l6 F26.2 Drive Requirements and Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6334 A3 N& U3 |7 W, Q* }$ B
26.3 Drive Classifications and Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636
6 Q9 d" t. @. P P; p/ o9 N26.4 Load Profiles and Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
8 K# B! K0 t( ] c- z8 V1 t26.5 Variable-Speed Drive Topologies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644$ g1 |9 _" i5 C. N: ^( K$ A- ?
26.6 PWM VSI Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6503 X# ]5 h( D3 J8 U
26.7 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
* H- i: J: Z. a6 B# q1 T26.8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660% [4 W9 I6 I" C) E! @1 o* P
27 Motor Drives M. F. Rahman, D. Patterson, A. Cheok, and R. Betts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6635 V0 I7 g; j+ a* E
27.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664
* q8 a/ j- F) s! _7 z) v; e6 p27.2 DC Motor Drives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665
; B5 U8 d2 ^6 c' a27.3 Induction Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670
T8 z1 q+ Y( \0 V27.4 Synchronous Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 681
+ D9 G4 c2 g; T v, X# L27.5 Permanent Magnet ac Synchronous Motor Drives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689
# k) E# U0 W g9 \27.6 Permanent-Magnet Brushless dc (BLDC) Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694! R' N0 E0 S: o" U$ {
27.7 Servo Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 704
6 N6 [4 p) @. B' J |0 g; N6 F# q27.8 Stepper Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 710- {" w0 m; ]% o2 `% i( q3 n
27.9 Switched-Reluctance Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717
3 \; L8 Q( J0 s9 w8 A0 _27.10 Synchronous Reluctance Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727
) U( z1 e7 M9 I1 v1 C( @3 H1 ?28 Sensorless Vector and Direct-Torque-Controlled Drives Peter Vas and Pekka Tiitinen . . . . . . . . . . . . . . . . .$ {* j5 w' g9 v/ Q5 V7 h7 H
28.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735; a6 E7 t4 X4 W9 E
28.2 Basic Types of Torque-Controlled Drive Schemes: Vector Drives, Direct-Torque-Controlled Drives . . . . . . 7364 L0 Z1 a+ n: W, w
28.3 Motion Control DSPS by Texas Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 766
1 X' C- ~, ]; O7 S6 X+ {29 Artificial-Intelligence-Based Drives Peter Vas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769
! D' m+ H" r/ z- S& [29.1 General Aspects of the Application of AI-Based Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7699 E S% K) u2 H P+ T1 `5 b: Y
29.2 AI-Based Techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 770
7 {+ C0 f) e" ^ C: e; pContents ix
( O- F1 p5 _" x: Y9 f29.3 AI Applications in Electrical Machines and Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773
. m6 q3 q( X) h6 S29.4 Industrial Applications of AI in Drives by Hitachi, Yaskawa, Texas Instruments and SGS Thomson . . . . . . 774$ O6 k( Y8 o/ ^! Z- T
29.5 Application of Neural-Network-Based Speed Estimators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774
; R s7 i9 W! p9 J" G30 Fuzzy Logic in Electric Drives Ahmed Rubaai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7791 q; F% L/ V" _- n- i+ o8 c
30.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779/ A; s1 k' B4 ~/ G0 X
30.2 The Fuzzy Logic Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7799 u- F1 ]3 b$ F* Z8 ~
30.3 Applications of Fuzzy Logic to Electric Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784
* Z% W9 L3 c; z6 n6 B5 R$ H0 q30.4 Hardware System Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 788
& a; M& h3 H8 w30.5 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 789
' [) D, a& H6 ]31 Automotive Applications of Power Electronics David J. Perreault, Khurram K. Afridi, and Iftikhar A. Khan . . . 791
- _$ ^) F9 j( d$ u [31.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 791) y4 L4 ^# A. j# [, m; J# @
31.2 The Present Automotive Electrical Power System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7922 @ e' w5 ^) x( X/ P
31.3 System Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7921 v# u' a( Y1 ?! A4 E
31.4 Functions Enabled by Power Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 797
7 n0 `( r# {' `4 e* [31.5 Multiplexed Load Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 801; o; L/ ?7 j: U* F
31.6 Electromechanical Power Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803
& D7 C7 x; A- M7 s Z) x! ?/ h31.7 Dual=High-Voltage Automotive Electrical System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 808/ k! ]# Y7 K& J x8 d" K* N$ \
31.8 Electric and Hybrid Electric Vehicles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812
& \( r. A7 @1 n; }) I31.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813/ `# R9 J' H* s+ [) x5 w
32 Power Quality S. Mark Halpin and Angela Card. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 817
# K; ]9 V c, g0 I. y5 E, u32.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 817
/ e4 ^9 R# C' ~3 W6 ?$ T32.2 Power Quality. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8181 ^ u' \$ b) k% n n( r
32.3 Reactive Power and Harmonic Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823+ t8 n( Q! E# R) Z C
32.4 IEEE Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 827 [1 S0 M: G! @6 p7 ^7 i- L, z
32.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828
, e! K) {0 B/ E4 L$ x' m33 Active Filters Luis Mora′n and Juan Dixon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829
7 B: _$ ~ y. d) r0 P0 s9 k33.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829+ Z9 {! c/ E3 D) K
33.2 Types of Active Power Filters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8296 L* i& r; P' X9 l1 o. L# ~( c3 ^' x
33.3 Shunt Active Power Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 830
( O/ A. s' |2 M$ z) t, U; V33.4 Series Active Power Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 841
# B; b! t# N# Q0 g: ~# b- ?$ x34 Computer Simulation of Power Electronics and Motor Drives Michael Giesselmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853
' N1 ^1 ? X) @" T1 J9 r2 |: A34.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8538 q. L7 b3 J! Y3 g! X/ l0 `
34.2 Use of Simulation Tools for Design and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853. o ^1 n* j9 c- X6 T
34.3 Simulation of Power Electronics Circuits with PSpice1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8547 s }* g( \! a) E
34.4 Simulations of Power Electronic Circuits and Electric Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8570 H- O; I1 y7 g5 }7 @, q
34.5 Simulations of ac Induction Machines using Field Oriented (Vector) Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 860
. d0 b& y6 `3 I# K% d; m+ B34.6 Simulation of Sensorless Vector Control Using PSpice1 Release 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863& \9 y6 v. _6 b0 U4 v" E+ n
34.7 Simulations Using Simplorer1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8680 [2 v% ]! d \3 ~
34.8 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 870
% P! a* b- Y* h# y# a9 B35 Packaging and Smart Power Systems Douglas C. Hopkins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871
5 c7 `* K) f) g35.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871
5 F5 r# _! y* h1 [) @. `# C T35.2 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871, D! Z0 S$ H5 H2 D& d9 }0 ~
35.3 Functional Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 872
0 J" h$ W# b# M$ G2 }' G* X( _' Z* Y7 x35.4 Assessing Partitioning Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874' e* P/ g) u S4 H) A2 B, q: Q7 [9 n
35.5 Full-Cost Model [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8775 E, P1 W& Y5 R* A, _& K
35.6 Partitioning Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8786 M6 J3 |) h% e8 H5 i- {
35.7 Example 2.2kW Motor Drive Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 879
& {) ^ F3 J( J- j L: u7 T35.8 Acknowledgment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 881/ h+ V8 C1 d8 a4 Z
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883 |
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