Leistungselektronik - Mohan, Ned

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Résumé :

Hardwareimplementierung xv

Vorwort des ?bersetzers xvii

Spezieller Dank xix

Vorwort xxi

Dank xxiii

?ber die begleitende Website xxv

Der ?bersetzer xxvii

1 Leistungselektronik: Eine Basistechnologie 1

1.1 Einf?hrung in die Leistungselektronik 1

1.2 Anwendungen und die Rolle der Leistungselektronik 2

1.2.1 Stromversorgungen in der Informationstechnologie 2

1.2.2 Robotik und flexible Produktion 3

1.3 Leistungselektronik und erneuerbare Energien 4

1.3.1 Energiesparma?nahmen 4

1.3.1.1 Elektromotorisch betriebene Systeme 5

1.3.1.2 Beleuchtung mit LEDs 5

1.3.1.3 Transport und Verkehr 5

1.3.2 Erneuerbare Energien 6

1.3.3 Leistungselektronik in der Energieversorgung 7

1.3.4 Raumfahrt- und milit?rische Anwendungen 8

1.4 Effizienz und Leistungsdichte 8

1.5 Struktur von Wandlersystemen 9

1.5.1 Spannungszwischenkreise 10

1.5.2 Stromzwischenkreise 10

1.5.3 Direktwandler 11

1.6 Der DC-Spannungszwischenkreis 12

1.6.1 Schaltwandler: Der Leistungsschalter als Grundbaustein 13

1.6.2 Pulsweitenmodulation (PWM) 14

1.6.3 Der Leistungsschalter im DC-DC-Abw?rtswandler: Ein Beispiel 15

1.6.3.1 Realisierung des bistabilen Schalters in einem Abw?rtswandler 16

1.7 Neueste Entwicklungen bei Wide Bandgap-Halbleiterbauelementen 17

1.8 Simulation und Hardware-Prototyping 18

literatur 19

?bungsbeispiele 19

2 Design des Leistungsschalters 25

2.1 Leistungstransistoren und Leistungsdioden? 25

2.2 Wahl der Leistungstransistoren 26

2.2.1 MOSFETs 26

2.2.2 IGBTs 28

2.2.3 Integrierte und intelligente Leistungsmodule 28

2.2.4 Kosten von MOSFETs und IGBTs 29

2.3 Wahl der Leistungsdioden 29

2.4 Schaltcharakteristika und Leistungsverluste in Leistungsschaltern 30

2.4.1 Einschaltverhalten 31

2.4.2 Ausschaltverhalten 33

2.4.3 Leistungsverluste im MOSFET 34

2.4.3.1 Leitverluste 34

2.4.3.2 Schaltverluste 34

2.4.4 Integrierte Gate-Treiber mit eingebauter Schutzschaltung 35

2.5 Rechtfertigung der Annahme von idealen Schaltern und Dioden 36

2.6 Dimensionierungskriterien 37

2.6.1 Schaltfrequenz 37

2.6.2 Auswahl von Transistoren und Dioden 38

2.6.3 Magnetische Komponenten 38

2.6.4 Kondensatoren? 38

2.6.5 Thermisches Design 39

2.6.6 Designkompromisse 40

2.7 Der PWM-IC 40

2.8 Hardware-Prototyping 41

literatur 42

?bungsbeispiele 43

3 DC-DC-Schaltwandler: Schaltanalyse, Topologieauswahl und Design 47

3.1 DC-DC-Wandler 47

3.2 Der Leistungsschalter im station?ren Gleichstrombetrieb 48

3.3 Vereinfachende Annahmen 51

3.4 Allgemeines Betriebsprinzip 52

3.5 Abw?rtswandler im station?ren DC-Betrieb 52

3.5.1 Simulation und Hardware-Prototyping 56

3.6 Aufw?rtswandler im station?ren DC-Betrieb 57

3.6.1 Simulation und Hardware-Prototyping 62

3.7 Inverswandler im station?ren DC-Betrieb 64

3.7.1 Simulation und Hardware-Prototyping 68

3.7.2 Andere Inverswandler-Topologien 70

3.7.2.1 SEPIC-Wandler (Single-Ended Primary Inductor Converters) 70

3.7.2.2 ?uk-Wandler 71

3.8 Topologieauswahl? 72

3.9 Worst-Case-Design 73

3.10 Synchron gleichrichtende Abw?rtswandler f?r sehr kleine Spannungen? 73

3.10.1 Simulation und Hardware-Prototyping 74

3.11 Verschachtelte Wandler 78

3.12 Regelung von DC-DC-Wandlern durch PWM 78

3.13 Dynamische Mittelwertdarstellung von Wandlern im CCM 79

3.14 Bidirektionale Leistungsschalter 82