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发表于 2011-9-22 11:24:43
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/ v* x* @' R/ O n4 l' E# m+ T2 M% K0 y
. Y' k5 B3 Y- d7 _; [
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiList of Contributors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii2 q& b) S# ?) x8 w
1 Introduction Philip Krein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
( U8 r5 v" j; J# D$ R1.1 Power Electronics Defined. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1: Z& u7 B, {9 K2 c3 Y
1.2 Key Characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
* {3 g6 T& D) M3 j9 g' h1.3 Trends in Power Supplies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
6 ^5 D6 L! a) i7 c4 y/ H; B1.4 Conversion Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4% v! Q+ D' Y3 W$ A9 x3 T
1.5 Tools For Analysis and Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
4 n+ y% Z E9 M/ i1.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12; E+ F4 l/ B) [. H- W& f
2 The Power Diode Ali I. Maswood . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 \. }. B8 I5 q
2.1 Diode as a Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15: `. O3 D% q+ H- U3 Q# M; ]& K
2.2 Some Properties of PN Junction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15! R. W4 t+ j2 D% o
2.3 Common Diode Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
) I. O* r5 p* ]% d) s/ G2.4 Typical Diode Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17& q9 B1 F% x% T+ v
2.5 Snubber Circuits for Diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19) D( H* k9 \+ ^
2.6 Series and Parallel Connection of Power Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19( p! _+ |, {) E- @
2.7 Typical Applications of Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 [# ^/ y, U6 M3 q4 \+ v5 o% J1 n) L
2.8 Standard Datasheet for Diode Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 l% N+ K/ x9 y. {
3 Thyristors Jerry Hudgins, Enrico Santi, Antonio Caiafa, Katherine Lengel, and Patrick R. Palmer . . . . . . . . . . . 27/ G4 l6 B% J/ w K5 i0 L, L
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27: h& F/ `( M# Y- A% i* X
3.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
?: w9 w2 b3 N: C6 a3 S! f3.3 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 v# U- ~ B) T( p, _ |: ]. p
3.4 Dynamic Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 }' b# H t V; I% K3 K6 n
3.5 Thyristor Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
: K: Z! q% H% E0 @! x3.6 Types of Thyristors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38; g# h4 D* H' D( Y
3.7 Gate Drive Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458 F5 o4 T F; N8 ^+ K1 U. I/ p
3.8 PSpice Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477 x& _3 @0 n7 q5 j6 l
3.9 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503 Q/ B; S6 @- m! i) y$ l' a
4 Gate Turn-Off Thyristors Muhammad H. Rashid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
) }( t v/ @9 v, _8 ^4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
( I. ^) k/ x" A0 q4.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552 p) J h2 f( p, s/ t; n& P
4.3 GTO Thyristor Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
v0 T' A+ A G. [: J& S& ~4.4 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
# e+ B5 b; G& \9 i) d4.5 Switching Phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
8 R G2 F2 b/ A9 a3 v+ [4.6 SPICE GTO Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
$ ^0 e# ?8 e; V7 j4.7 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610 B% j% T4 V% a! k: P4 b r
v& i7 Q, a3 d6 t+ N2 m c
5 Power Bipolar Transistors Marcelo Godoy Simo˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
1 ~) v5 ]. n; N' V j, c, P, N/ g5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
. B1 P4 W0 i# `- D5.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
1 @( w6 S7 G$ C: r" e- E' ^' W5.3 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
$ Q* S; Z5 z8 T5.4 Dynamic Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68( C$ m3 H2 J* Z/ L- \
5.5 Transistor Base Drive Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69# P. b' e6 P ^& b b2 o; z0 f
5.6 SPICE Simulation of Bipolar Junction Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71, s {% b& ?+ a& x
5.7 BJT Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
' Q4 ~7 R+ f, H1 Q/ I. H: ]6 The Power MOSFET Issa Batarseh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
, g/ H- ?$ W2 b* \5 W! x6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
% Y+ e d& D0 j. s: Q, v, K6.2 The Need for Switching in Power Electronic Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76& e& B7 A, L0 [0 P0 d) @( w
6.3 General Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
( e" W" n' B6 k: [6.4 The Power MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80- X: ]& O: s3 k& _3 i$ P8 Q
6.5 MOSFET Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81$ i* U! f J6 B& k+ q! G
6.6 MOSFET Regions of Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 839 g( L# L: w, l3 s. Z3 `6 w
6.7 MOSFET PSPICE Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93! S6 X$ f( M0 _" Z1 d+ v8 m
6.8 Comparison of Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96# j! h! a3 O6 l: K/ L
6.9 Future Trends in Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98: V7 P" ~3 H0 q( V$ H, L5 V# @( i7 J! U
7 Insulated Gate Bipolar Transistor S. Abedinpour and K. Shenai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3 N2 j0 e5 Y3 x! {0 N, W7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
$ L$ f u1 f+ o0 M7.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
. ]3 H t4 f5 _5 ?* Z* E& N7.3 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
& T. i9 ?; H* ]% k7 B7.4 Dynamic Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105' A/ [4 }# }3 ?, x3 p! h* Z3 h( z( t
7.5 IGBT Performance Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107& A$ Y' y, k3 C, k, w
7.6 Gate-Drive Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109$ J+ N5 r! L m/ ~
7.7 Circuit Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
1 [! A G3 a- F0 L7.8 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113+ x0 t" ]& P( r& c
8 MOS Controlled Thyristors (MCTs) S. Yuvarajan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117' w5 E6 x& H+ D+ M+ M5 o, ] [
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
+ x) t# J( \- J& G! N8.2 Equivalent Circuit and Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1185 j+ W* E! o) z" j. u
8.3 Comparison of MCT and Other Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119' d5 u2 \! T. o; f/ j
8.4 Gate Drive for MCTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
# z+ j( a% I( R9 v8.5 Protection of MCTs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
1 o; F% l* ^2 a8.6 Simulation Model of an MCT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1213 w* }) N k+ _/ |9 G+ G) O7 r
8.7 Generation-1 and Generation-2 MCTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
. ~% C. b# T& Q4 U, N: d8 C8.8 N-channel MCT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
6 ~* ]+ t! [5 L% a7 C1 |8.9 Base Resistance-Controlled Thyristor [14]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4 u' [7 \* \3 p5 C/ j8 ]8.10 MOS Turn-Off Thyristor [15] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122; Z/ R e, p% b3 ]$ H1 W$ B) o
8.11 Applications of PMCT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1220 ^- b7 j1 ~' B2 B( P0 x( Q
8.12 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1241 e4 m* h. h+ K1 x9 q/ ?# K
8.13 Appendix. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1240 Y$ n; K: v G
9 Static Induction Devices Bogdan M. Wilamowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127- O. [& ]( C" ?! x) @
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127" l" @3 T) g4 A1 K- K7 B+ }. {! M% C
9.2 Theory of Static Induction Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127+ h1 V2 b! J$ n* ~0 C8 o
9.3 Characteristics of Static Induction Transistor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128' _ l2 `; Z4 x3 ?. f3 }# f4 y
9.4 Bipolar Mode Operation of SI Devices (BSIT). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
; ^9 y k- C9 T. X( f9.5 Emitters for Static Induction Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1305 u3 L- f4 @/ ? y& \
9.6 Static Induction Diode (SID) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
* Y& Y+ {. v: z/ R/ q9.7 Lateral Punch-Through Transistor (LPTT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132. P! p) L/ w: O! l u2 C
9.8 Static Induction Transistor Logic (SITL). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1325 t( W2 T" |9 k3 b
9.9 BJT Saturation Protected by SIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
; f% j3 H3 e! S# K9 B9.10 Static Induction MOS Transistor (SIMOS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
* T! ] [3 _7 f- W9 ~, g. Wvi Contents
1 N$ y3 E* P" V6 _9.11 Space-Charge Limiting Load (SCLL). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
* t* T' [ |+ w8 q9.12 Power MOS Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
M0 d0 l2 P8 C3 Y9.13 Static Induction Thyristor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135# L& P/ o# S3 d Y/ O3 Q
9.14 Gate Turn-Off Thyristor (GTO). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
8 }* L8 q) D1 K( O: f+ B10 Diode Rectifiers Yim-Shu Lee and Martin H. L. Chow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
?$ @ {" h/ q) B {5 V10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139; z+ M' {0 A) N# a/ G. ]6 N
10.2 Single-Phase Diode Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
, i9 Y4 X. ]/ |0 `1 d10.3 Three-Phase Diode Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
1 ~9 d# P# G% o) a; ^$ v8 e10.4 Poly-Phase Diode Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 T: }+ d# _( }8 Z% x6 |, a9 _
10.5 Filtering Systems in Rectifier Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150# ?: ?! r. N0 O( }% R, C( z; y
10.6 High-Frequency Diode Rectifier Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1548 l0 X; X/ P1 k+ l! i: Q8 D6 j/ h& K
11 Single-Phase Controlled Rectifiers Jose′ Rodrı′guez and Alejandro Weinstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169* W6 ]& r% b" }+ r0 U
11.1 Line Commutated Single-Phase Controlled Rectifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
9 t6 z" D; Q, n& r4 F3 H& f# P: u11.2 Unity Power Factor Single-Phase Rectifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175& ]* ~+ b0 a3 R" b
12 Three-Phase Controlled Rectifiers Juan W. Dixon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
; U0 k7 W. }& O6 R12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
; g h0 v* e% C1 I3 {; K12.2 Line-Commutated Controlled Rectifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1835 n/ X% X& h8 d3 h( ]% b7 g4 k
12.3 Force-Commutated Three-Phase Controlled Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196( R/ J- p; ?- D0 u; N/ D2 E s
13 DC-DC Converters Dariusz Czarkowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
5 }0 p; O/ V% \5 X13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
- J& B$ u* y8 ~8 O I6 x13.2 DC Choppers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2127 q' u8 v9 h" v1 M6 m, D( P
13.3 Step-Down (Buck) Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
$ ?4 Z! [( D( x/ b3 {13.4 Step-Up (Boost) Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
$ }0 ^3 A3 w% K13.5 Buck-Boost Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2168 _2 ~( P3 I$ j8 U
13.6 C ` uk Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
0 b% ]! K; c+ q5 W7 V13.7 Effects of Parasitics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218; X2 w- `$ s4 E. m: A$ k& w% H
13.8 Synchronous and Bidirectional Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
4 o7 z# J+ K( R, e' f" @3 J13.9 Control Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
# C( q/ v! M- @: k- ]* r13.10 Applications of DC-DC Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
6 E! d% v+ q W# K14 Inverters Jose′ R. Espinoza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225* [" u6 }' ]' m8 d! e2 c
14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
+ _7 l3 e/ T- }/ U0 |14.2 Single-Phase Voltage Source Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
; D: k4 c& f% l0 z5 y: h }' v14.3 Three-Phase Voltage Source Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2359 n: h3 R" n3 P$ H# R$ x
14.4 Current Source Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241; c* M- O3 \4 W; \0 ^3 L
14.5 Closed-Loop Operation of Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2505 v/ F6 t# B t
14.6 Regeneration in Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256# b! Z; r3 }. A, Y+ ~
14.7 Multistage Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260) |( r0 N# Y4 U
14.8 Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2671 t% b$ r5 P# z1 K
15 Resonant and Soft-Switching Converters S. Y. (Ron) Hui and Henry S. H. Chung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
% N/ f. T @3 s0 F) F15.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271' e& A% R7 S8 Y1 F) @
15.2 Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272; S& V, q3 t' U
15.3 Resonant Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2724 S" h" L# I5 X
15.4 Quasi-Resonant Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
8 V3 d g) x# `) a5 N) r15.5 ZVS in High-Frequency Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275$ ~( e! d0 J/ R1 A; v0 G4 j8 g
15.6 Multiresonant Converters (MRC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2804 k" _/ w5 I+ @/ b. \) v) ]* }
15.7 Zero-Voltage-Transition (ZVT) Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
6 e$ j5 T3 f& x( Q3 w8 f- Q15.8 Nondissipative Active Clamp Network. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 b* ^) N- n0 [. S# |# Q1 d3 p
15.9 Load Resonant Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
# N5 ? u& U# V, r/ ?) d15.10 Control Circuits for Resonant Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
, z, S! ~, n# l0 ?3 s( _15.11 Extended-Period Quasi-Resonant (EP-QR) Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289$ T+ |! G( G i! Z% B6 s
15.12 Soft-Switching and EMI Suppression. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2930 P ]- c" n' t, Q' h' D% B
15.13 Snubbers and Soft-Switching for High Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293* d* a8 L$ \8 n, t/ t/ v
Contents vii7 S. ~/ t( Z* m; j* v
15.14 Soft-Switching DC-AC Power Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
; q1 Q! {6 O9 [$ ~+ T16 AC-AC Converters Ajit K. Chattopadhyay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3076 S) ]* n9 a9 W- O( u
16.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
5 j4 B5 ^; \, Y: Z2 Q16.2 Single-Phase AC=AC Voltage Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307+ W/ h* Q+ c: C* H4 o" o
16.3 Three-Phase AC=AC Voltage Controllers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
1 u4 |& {+ h6 x0 U( C16.4 Cycloconverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
8 z3 }5 z8 J5 ^9 G" E16.5 Matrix Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
3 M" t: u+ z: f2 p% w7 q+ W16.6 Applications of AC=AC Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
# ^2 W* ?$ G/ o/ v3 z17 DC=DC Conversion Technique and Nine Series LUO-Converters Fang Lin Luo, Hong Ye,0 ~8 G% E7 e o+ ]. }0 O; j/ W
and Muhammad H. Rashid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335# ~: I \7 L, D, m J
17.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3357 `# y; ?1 `' i- J
17.2 Positive Ouput Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
. d: W( `# d- @& p8 x3 v, g9 Q17.3 Negative Ouput Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
4 b7 O" \: t3 m' r5 U17.4 Double Output Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359( ?9 V. D! x* f( y" r. y) s
17.5 Multiple-Quadrant Operating Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372, R6 z) |9 K5 d% y/ t9 I( _
17.6 Switched-Capacitor Multiquadrant Luo-Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377. ^# y: ^5 M9 L" s1 F
17.7 Switched-Inductor Multiquadrant Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3860 b5 s+ _3 Q: i% |
17.8 Multiquadrant ZCS Quasi-Resonant Luo-Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
' e b4 H7 H% B0 z9 |4 {17.9 Multiquadrant ZVS Quasi-Resonant Luo-Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394* l$ `1 u" ~- w3 ?( t3 ]6 O2 x
17.10 Synchronous Rectifier DC=DC Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
0 _$ c6 w4 y, V- ^& D1 N17.11 Gate Control, Luo-Resonator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
- n O$ U; B9 `' I0 n0 l17.12 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402" r1 r! V1 F! U5 E" O: n
18 Gate Drive Circuits M. Syed J. Asghar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4072 W1 ~0 r( X1 H0 I4 n
18.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4079 P1 \: D& K* _) ^ c# v
18.2 Thyristor Gate Requirements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407+ }+ {1 N- L/ a. \+ p! Y
18.3 Trigger Circuits for Thyristors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
7 v7 q/ p& Y) o% M* o. }18.4 Simple Gate Trigger Circuits for Thyristors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410. I# ], `: Z; D; V! }$ V
18.5 Drivers for Gate Commutation Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4226 Y6 |2 F1 F3 U
18.6 Some Practical Driver Circuits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
1 }" ^( [; Y: m/ s% ^' q, d3 z& G2 z19 Control Methods for Power Converters J. Fernando Silva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431+ M/ Y7 D; {7 |! J. B) V" z
19.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
8 C7 e1 {: C, U" ~; O19.2 Power Converter Control using State-Space Averaged Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432& v5 I2 ^" b$ a. I% Q6 V8 [* `( p# H
19.3 Sliding-Mode Control of Power Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450- c5 P# D! F$ d/ i( j& Q$ x$ T
19.4 Fuzzy Logic Control of Power Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
7 V2 o: a; m0 z" Y% V! j19.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484: {. C+ B: X3 e8 Z+ [) m/ T* n7 g
20 Power Supplies Y. M. Lai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
& ?" {( y" v8 E4 G2 F20.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487! H& p& C* M2 l0 l3 Q& R* p
20.2 Linear Series Voltage Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488- Q4 r: f! S4 B# a
20.3 Linear Shunt Voltage Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4912 V% p B& }* D1 R/ t
20.4 Integrated Circuit Voltage Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4925 L8 T/ W, t1 }' {/ J5 o5 u
20.5 Switching Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
, m2 o$ S0 e4 P# R C3 V3 }21 Electronic Ballasts J. Marcos Alonso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5077 ^8 p; W- D1 U$ J6 {4 f: t
21.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5076 F7 h* F- B! M9 J8 {) V
21.2 High-Frequency Supply of Discharge Lamps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513! z6 p6 i8 @. J2 n- ^7 V
21.3 Discharge Lamp Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
: t+ n: c/ w: ~- ]; W- }21.4 Resonant Inverters for Electronic Ballasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519; K; t/ @2 _, s
21.5 High-Power-Factor Electronic Ballasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
" r A, t/ j/ Y5 X! m21.6 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
' y7 q4 ^- s5 o# _$ }3 ]9 n22 Power Electronics in Capacitor Charging Applications R. Mark Nelms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533' r! F2 |1 m3 }/ i5 O
22.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533+ w6 _; ?- J; Y
22.2 High-Voltage dc Power Supply with Charging Resistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
: `/ |6 e+ F: L& h$ B @7 F) Lviii Contents; u& w+ E, N# `2 d. U4 C# X
22.3 Resonance Charging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534$ t, G8 d# \8 B- G
22.4 Switching Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
3 h, Z( D) B+ K23 Power Electronics for Renewable Energy Sources C. V. Nayar, S. M. Islam, and Hari Sharma . . . . . . . . . . . 5393 Q0 k& [* }- d& |2 X; q" a1 K \
23.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539$ o2 y7 h M3 F7 M
23.2 Power Electronics for Photovoltaic Power Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
( h" d6 O0 M: v, \5 n" e, K$ E23.3 Power Electronics for Wind Power Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
. r" p3 x7 g% ^/ g24 HVDC Transmission Vijay K. Sood. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575; k" p) o; s& r- d& }9 w! K
24.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575' y" q* t8 [- {) z. ^% N
24.2 Main Components of HVDC Converter Station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580
3 Y$ K' H% R* Z24.3 Analysis of Converter Bridges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5831 O2 ^/ H6 V/ _- z5 M" e* d/ w
24.4 Controls and Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5835 S# v1 m9 P2 J5 o) j) X; R# F
24.5 MTDC Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
$ i1 [/ T- ]/ H* k! _6 S/ @! r24.6 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591" D% y) `* ?; L, m. `
24.7 Modern Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592% ~9 Y; Z$ z/ b; C$ P; Q2 k
24.8 DC System Simulation Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595: E0 `- {) u+ U6 s
24.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5969 y0 M) [: ^% g4 O: A, W
25 Multilevel Converters and VAR Compensation Azeddine Draou, Mustapha Benghanem, and Ali Tahri . . . . . . 599
+ S* Q* ^7 D+ ?25.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
2 w( x; n# }' M$ M k1 \25.2 Reactive Power Phenomena and Their Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600+ ]! V0 d9 l: w6 ~- E8 y1 O
25.3 Modeling and Analysis of an Advanced Static VAR Compensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
- M4 Y- S& B1 P+ ^$ j& ], o25.4 Static VAR Compensator for the Improvement of Stability of a Turbo Alternator . . . . . . . . . . . . . . . . . 612
/ @! R6 w9 o: H* e4 v25.5 Multilevel Inverters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615: o7 t. ]" |9 d# x3 q
25.6 The Harmonics Elimination Method for a Three-Level Inverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619
; b- O# ~) W( O% h; O1 n25.7 Three-Level ASVC Structure Connected to the Network. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
8 B$ v) h7 H. \26 Drive Types and Specifications Yahya Shakweh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629* d% \1 e4 [ w2 a; |5 J: f+ D
26.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629& ]- J" ^) Q, H$ y/ W
26.2 Drive Requirements and Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633
9 X C2 S) ^' N. j26.3 Drive Classifications and Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636
5 k8 A( {7 ~' F) k! R26.4 Load Profiles and Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641 G* L& u1 G' V& \
26.5 Variable-Speed Drive Topologies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644
, W O/ S* O+ g+ z2 E: x26.6 PWM VSI Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650
0 a, B, ?6 B2 U1 Q26.7 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6579 L1 I4 g/ z& ]
26.8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660
( M t& s9 L) F0 A$ ~! K2 `27 Motor Drives M. F. Rahman, D. Patterson, A. Cheok, and R. Betts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663: u" E) u2 y0 S6 c! Q4 I; n
27.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6648 V. p/ u2 y/ U& k: X) R! A
27.2 DC Motor Drives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665
5 K2 y" j$ N- o27.3 Induction Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6707 V Y% x2 B' V. T6 R/ M( O
27.4 Synchronous Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6817 Q' h) a. C1 x& W i5 E0 v
27.5 Permanent Magnet ac Synchronous Motor Drives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689 c! V% I) I: g# U$ y; j' M# ]3 |
27.6 Permanent-Magnet Brushless dc (BLDC) Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694
( S2 f( Q' X3 H5 ?9 l" w3 a3 S% `27.7 Servo Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7047 N; J- |1 Y% D& a. i" M
27.8 Stepper Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 710, L$ [* n% O. o4 Z
27.9 Switched-Reluctance Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717
5 A' {; k5 S2 H27.10 Synchronous Reluctance Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727
( A# Y- [, l+ K% }# h28 Sensorless Vector and Direct-Torque-Controlled Drives Peter Vas and Pekka Tiitinen . . . . . . . . . . . . . . . . .4 e: z1 S- S3 Y4 {
28.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735
$ j' N5 P% b5 z- E3 u28.2 Basic Types of Torque-Controlled Drive Schemes: Vector Drives, Direct-Torque-Controlled Drives . . . . . . 736
7 \3 ] c8 l; k3 `28.3 Motion Control DSPS by Texas Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 766
& a {+ M: r& a+ r& g4 Z29 Artificial-Intelligence-Based Drives Peter Vas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7699 m5 J& [3 ?9 @# a$ i) x W7 f
29.1 General Aspects of the Application of AI-Based Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769
% T* I6 e2 A R& u- o; N29.2 AI-Based Techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 770) }; o7 F+ }' b' K" P" l: f% v
Contents ix3 J1 V5 O+ x( Z) G0 S) t
29.3 AI Applications in Electrical Machines and Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773
4 f+ m% t; c4 d: I r29.4 Industrial Applications of AI in Drives by Hitachi, Yaskawa, Texas Instruments and SGS Thomson . . . . . . 774
# L" x( c9 T4 |' |7 W- c( Z29.5 Application of Neural-Network-Based Speed Estimators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774
9 x% V: z6 e# a$ H30 Fuzzy Logic in Electric Drives Ahmed Rubaai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779" K, \. I1 H8 `
30.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779) a: r! d; Y% I4 {
30.2 The Fuzzy Logic Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779
" r# r' Q/ Y* J1 I. w$ z30.3 Applications of Fuzzy Logic to Electric Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784- P. V3 M! z" A% u/ r9 H% g5 F
30.4 Hardware System Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 788
( N/ W+ y1 H# _! C+ Q; J30.5 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 789% q' L3 m. z/ m7 T/ T8 S
31 Automotive Applications of Power Electronics David J. Perreault, Khurram K. Afridi, and Iftikhar A. Khan . . . 791
5 `8 }/ g# v4 h; `8 Q3 Y31.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 791
?2 Y( i+ t$ P( H5 i8 T: s31.2 The Present Automotive Electrical Power System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 792
: W7 H, @/ a. j8 |; x31.3 System Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 792* T) S4 w0 _4 L/ O: r( W
31.4 Functions Enabled by Power Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 797
- G6 v3 K. _1 A; P* K31.5 Multiplexed Load Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 801
+ n W. ^" g" b$ \: u+ P31.6 Electromechanical Power Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803/ L0 q) ?4 C' ~8 ]- x
31.7 Dual=High-Voltage Automotive Electrical System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8084 H, n ], f' B& \
31.8 Electric and Hybrid Electric Vehicles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812! A) f6 t; ?+ q+ d' C C
31.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8134 ?3 W& H+ Q' ?: b! [" L4 P8 q
32 Power Quality S. Mark Halpin and Angela Card. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 817
2 O; }: Q( a C6 v, \3 |+ J( E32.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8170 K6 n- o) \" n; |8 Z
32.2 Power Quality. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 818, I4 t$ U4 Q6 v8 ]4 f4 ]4 n+ O
32.3 Reactive Power and Harmonic Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8231 Z6 v+ k- ~6 X+ W" g
32.4 IEEE Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8279 B4 ?+ I) H) K' n4 L: M5 d
32.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828
! j: c3 A u1 y; G8 y7 d/ f; t33 Active Filters Luis Mora′n and Juan Dixon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829* _* r+ H! X# \! a. V. c
33.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829# H8 A c- e3 t
33.2 Types of Active Power Filters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829- U' d0 M& ^! X/ G
33.3 Shunt Active Power Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 830
1 L m! G% v7 G& ?9 e# |33.4 Series Active Power Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 841
- O9 [: t; C6 @: `) f, f3 C% ?34 Computer Simulation of Power Electronics and Motor Drives Michael Giesselmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853
' y7 V" b: C8 i2 f% ^. O& ^* V& O) p! [34.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853
' U9 `1 N7 A* r( B# y+ [+ \1 F34.2 Use of Simulation Tools for Design and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853
8 n' c: n; I2 H6 T34.3 Simulation of Power Electronics Circuits with PSpice1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 854
/ O X5 e( }: s* r2 o34.4 Simulations of Power Electronic Circuits and Electric Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 857 l1 h$ l; L) v. r
34.5 Simulations of ac Induction Machines using Field Oriented (Vector) Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 860
X, [; M }. X% P1 w2 j) ^$ i34.6 Simulation of Sensorless Vector Control Using PSpice1 Release 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863: W0 ~6 k' r/ W
34.7 Simulations Using Simplorer1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 868
3 G& K! d* t1 T( Z7 l34.8 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 870
7 a2 B) ~0 c" ?- g- r0 ]35 Packaging and Smart Power Systems Douglas C. Hopkins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871
; E/ l- o2 |1 B% E1 c) d35.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871
( v8 A* `% b+ w) L- k35.2 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8715 J2 }) w1 X7 }! n4 ?, Z' D6 m8 }$ x
35.3 Functional Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 872
! N. ]" e% v3 ^35.4 Assessing Partitioning Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874 n2 n) d$ L! g* P; i9 s
35.5 Full-Cost Model [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 877
7 o/ G% u; _2 Z5 I! {35.6 Partitioning Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 878
* y. p& ?0 [: N+ Z& R35.7 Example 2.2kW Motor Drive Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8790 T* b6 ]5 P. J8 N+ e2 J
35.8 Acknowledgment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 881; I9 y2 R% v, I1 m) @* |
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883 |
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