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| 編輯推薦： |
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本书遵循教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。
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| 內容簡介： |
本书详细阐述了宽禁带功率半导体器件的发展现状、电热行为模型建模方法与模型参数提取优化算法、开通和关断过电压问题分析和抑制方法、串扰导通问题机理与抑制方法。通过LLC变换器展示了如何借助宽禁带器件电热行为模型完成功率变换器硬件优化设计和控制算法的仿真验证，并分析了平面磁集成矩阵变压器的优化设计方法，建立了LLC变换器小信号模型，提出并验证了基于LLC变换器小信号模型的输出电流纹波抑制方法。附录提供了基于Ansys Q3D的电路板寄生参数提取方法、宽禁带器件电热行为模型建模方法、遗传算法和列文伯格-麦夸尔特算法组成的复合优化算法实现、LLC变换器小信号模型建模方法，方便读者学习参考。
本书适合电力电子与电力传动专业研究生和电气工程及其自动化专业的高年级学生使用，也可供其他相关专业高校师生、工程技术人员和其他人员参考。
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| 目錄：
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前言
第1章绪论
1.1宽禁带功率半导体器件的发展现状
1.1.1宽禁带材料的优势
1.1.2宽禁带器件的发展
1.1.3宽禁带器件在电力电子变换器中的典型应用
1.2宽禁带功率半导体器件的建模研究现状
1.2.1功率半导体器件模型分类
1.2.2SiC MOSFET建模发展现状
1.2.3GaN HEMT建模发展现状
1.3宽禁带功率半导体器件在应用中面临的挑战
1.3.1开通过电压
1.3.2串扰导通
1.4本章小结
第2章宽禁带功率半导体器件电热行为模型
2.1SiC MOSFET电热行为模型
2.1.1SiC MOSFET电热模型
2.1.2SiC MOSFET模型参数提取
2.1.3SiC MOSFET电热模型仿真验证
2.1.4SiC MOSFET电热模型实验验证
2.2GaN HEMT电热行为模型
2.2.1GaN HEMT电热模型
2.2.2GaN HEMT模型参数提取
2.2.3GaN HEMT电热模型仿真验证
2.2.4GaN HEMT电热模型实验验证
2.3模型参数提取优化算法
2.4本章小结
第3章开通过电压问题分析与治理方法
3.1半桥电路开通过电压问题分析模型
3.1.1硬开通过程分析
3.1.2开通过电压解析模型
3.1.3开通过电压仿真模型
3.2开通过电压问题参数化分析及其抑制
3.3开通过电压问题分析方法的实验验证
3.4本章小结
第4章关断过程分析与关断过电压抑制
4.1半桥电路硬关断过程分析
4.1.1GaN HEMT快速关断工况
4.1.2GaN HEMT慢速关断工况
4.2关断过电压抑制方法
4.3本章小结
第5章开通串扰分析与抑制
5.1串扰问题分析解析电路模型
5.2门极串扰抑制方法的评估
5.2.1门极关断回路阻抗对串扰电压的影响
5.2.2门极关断电压对串扰电压的影响
5.2.3主功率回路电感对串扰电压的影响
5.3门极有源钳位电路
5.4本章小结
第6章基于GaN器件和平面磁集成矩阵变压器的高频LLC变换器优化设计方法
6.1LLC变换器谐振参数优化设计方法
6.1.1LLC变换器的基本工作原理
6.1.2谐振电流和整流电流有效值计算
6.1.3谐振参数的优化设计
6.2基于Spice仿真模型的LLC变换器硬件设计与验证
6.2.1基于GaN器件的LLC变换器仿真模型建立
6.2.2基于仿真模型的主功率回路设计
6.2.3仿真模型仿真结果正确性验证
6.3LLC平面磁集成矩阵变压器优化设计
6.3.1矩阵变压器绕组设计方法与实现
6.3.2变压器损耗计算及优化设计
6.3.3励磁电感和漏感设计
6.3.4矩阵变压器实验验证
6.4LLC变换器小信号模型
6.4.1带电阻负载的半桥LLC变换器小信号模型
6.4.2带LED负载的半桥LLC变换器小信号模型
6.5小信号模型准确性验证
6.6LLC变换器控制器设计及输出电流纹波抑制
6.7本章小结
附录
附录A基于Ansys Q3D实现PCB寄生参数提取
A.1将Altium Designer绘制的PCB文件导入AnsysQ3D
A.2Ansys Q3D提取PCB寄生电阻和电感
附录B宽禁带器件LTSpice仿真模型
B.1非线性电容建模与模型验证
B.2输出电热行为特性建模与模型验证
附录C基于遗传算法和列文伯格-麦夸尔特算法的复合优化算法
附录DLLC变换器小信号模型分析
D.1采用Matlab脚本建立小信号模型
D.2基于Simulink进行小信号分析
参考文献
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| 內容試閱：
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高效率、高功率密度和高可靠性是电力电子变换器设计不懈追求的目标，为了实现这一目标，高性能功率半导体器件、新型电路拓扑和先进控制算法不断发展，推动电力电子技术向前进步。然而，一代功率半导体器件决定一代变换器拓扑，一代变换器拓扑决定一代电力电子技术的发展。显然，功率半导体器件的不断发展是推动电力电子技术进步的重要引擎。传统硅(Silicon， Si)基功率半导体器件经过不断迭代和发展，其性能越来越逼近硅材料器件的性能极限。为了进一步提高功率半导体器件耐压等级的同时降低其导通电阻，禁带宽度更宽的第三代宽禁带(Wide Band-gap， WBG)半导体材料被用来替代传统硅材料，以进一步提高功率半导体器件的性能。
碳化硅(Silicon Carbide， SiC)和氮化镓(Gallium Nitride， GaN)是两种目前已经广泛使用的第三代WBG半导体材料，使用这两种材料制造的全控型功率半导体器件——SiC场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field、Effect Transistor， MOSFET)和GaN高电子迁移率晶体管(High-Electron-Mobility Transistor， HEMT)具有比同等耐压等级的Si器件更低的寄生电容和导通电阻，因此开关速度更快且导通损耗更低，更适合在较高开关频率下工作，从而显著提高功率变换器的功率密度，在新能源发电、轨道交通、工业变频驱动、电动汽车和服务器电源等领域具有广泛的应用前景。
然而，由于WBG器件开关速度比较快，所以其门极驱动和主功率回路参数对开关过程中的应力和振荡有严重影响，同时快速变化的电压和电流变化率也很难进行准确测量，也就难以准确计算开关损耗。采用宽禁带器件实现的功率变换器经常会遇到由于门极驱动或主功率回路参数控制不合理而带来的电压应力过高、门极电压过冲、串扰导通和严重的开关振荡等问题。基于WBG器件的功率变换器硬件电路也存在反复迭代设计的弊端，研究和设计人员一直希望能够借助准确的电路仿真模型更加透彻地理解宽禁带器件的动态开关过程，以及门极驱动速度和主功率回路寄生参数对开关应力、开关损耗和开关振荡的影响，从而在设计之初就能够通过驱动电路、吸收电路和主功率回路的设计，实现宽禁带器件开关损耗和开关应力的优化折中，同时抑制门极串扰的发生。能够用于电路仿真，且对宽禁带器件静态和动态特性进行准确建模的器件模型成为实现这一目标的关键。
本书围绕全控性WBG功率半导体器件的电热行为模型建模和高效应用展开了系统的分析。第1章介绍了常见WBG器件的结构、建模方法和应用领域的研究现状。第2章建立了适用于SiC MOSFET和GaN HEMT的准确电热行为模型，并提出了一种基于遗传算法和列文伯格-麦夸尔特算法的模型参数快速提取算法。第3章对全控型WBG的开通过程展开分解，并定性和定量分析了开通过电压问题产生机理与解决办法。第4章分两种工况对WBG器件硬关断过程进行分解，并定性分析了关断过电压产生机理与抑制方法。第5章分析了串扰导通产生机理，并借助精确电热仿真模型对WBG器件构成的半桥电路中的串扰导通问题展开了定量分析，提出了抑制串扰导通的方法。第6章借助基于GaN HEMT的串并联谐振LLC变换器的设计实例，展示了如何借助WBG电热行为模型完成功率变换器的硬件优化设计和控制算法的虚拟样机验证。同时提出了平面磁集成矩阵变压器优化设计方法，建立了带LED负载的LLC变换器的小信号模型，设计了LLC变换器的输出电流和输出电流纹波控制器。附录部分介绍了Ansys Q3D参数提取方法、基于LTSpice的WBG功率半导体器件非线性电容和电热行为模型建模方法、用于WBG行为模型训练和参数快速提取的遗传算法和列文伯格-麦夸尔特算法组成的复合优化算法的具体实现代码、带LED负载的全桥LLC小信号模型仿真代码和基于Simulink的小信号模型仿真方法，这些仿真方法和实现代码对于读者掌握WBG器件以及基于WBG器件的功率变换器的建模和仿真，具有一定的参考价值。
本书为多年科研成果的总结，作者在此向一直以来提供指导、关心和支持的师长、同学和同事表示衷心的感谢，同时感谢宁波本元智慧科技有限公司提供的实验平台和技术支持。本书的成稿得到了福建省自然科学基金项目(2022J01514)和泉州市科技计划项目(2023C008R)的资助，在此一并表示感谢。
因作者水平有限，书中难免有错误和不足之处，恳请广大读者批评指正。
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