Leistungselektronik

Eine Einführung
1. Auflage 2025
ISBN: 978-3-527-35493-1
Verlag: Wiley-VCH GmbH

Buch, Deutsch, 384 Seiten, Format (B × H): 170 mm x 244 mm

Niederschwelliger Einstieg: Das Lehrbuch verzahnt Theorie und Praxis, um Studierenden das Lernen und Anwenden der Konzepte der Leistungselektronik zu erleichtern.

Autoren/Hrsg.

Mohan, Ned

Raju, Siddharth

Weitere Mitwirkende

Smoliner, Jürgen

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Energietechnik | Elektrotechnik Elektrotechnik
• Technische Wissenschaften Elektronik | Nachrichtentechnik Elektronik Leistungselektronik
• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Technische Mechanik | Werkstoffkunde

Inhaltsverzeichnis

Liste der Beispiele und Abbildungen
Vorwort des Übersetzers
Vorwort
Dank
Über die begleitende Website
 
Kapitel 1 Leistungselektronik: Eine Basistechnologie
1.1 Einführung in die Leistungselektronik
1.2 Anwendungen und die Rolle der Leistungselektronik
1.3 Leistungselektronik und erneuerbare Energien
1.4 Effizienz und Leistungsdichte
1.5 Struktur von Wandlersystemen
1.6 Der Spannungszwischenkreis
1.7 Neueste Entwicklungen bei Wide Bandgap- Halbleiterbauelementen
Literatur
Übungsbeispiele
 
Kapitel 2 Design des Leistungsschalters
2.1 Leistungstransistoren und Leistungsdioden
2.2 Wahl der Leistungstransistoren
2.3 Wahl der Leistungsdioden
2.4 Schaltcharakteristika und Leistungsverluste in Leistungsschaltern
2.5 Rechtfertigung der Annahme von idealen Schaltern und Dioden
2.6 Dimensionierungskriterien
2.7 Der PWM-IC
2.8 Hardware-Prototyping
Literatur
Übungsbeispiele
Anhang 2A: Rückwärtserholung und Leistungsverluste in Dioden
 
Kapitel 3 DC-DC-Schaltwandler: Schaltanalyse, Topologieauswahl und Design
3.1 DC-DC-Wandler
3.2 Der Leistungsschalter im stationären Gleichstrombetrieb
3.3 Vereinfachende Annahmen
3.4 Allgemeines Betriebsprinzip
3.5 Abwärtswandler im stationären DC-Betrieb
3.6 Aufwärtswandler im stationären DC-Betrieb
3.7 Inverswandler im stationären DC-Betrieb
3.8 Topologieauswahl
3.9 Worst-Case-Design
3.10 Synchron gleichrichtende Abwärtswandler für sehr kleine Spannungen
3.11 Verschachtelte Wandler
3.13 Dynamische Mittelwertdarstellung von Wandlern im CCM
3.14 Bidirektionale Leistungsschalter
3.15 Diskontinuierlicher Strommodus (DCM)
Literatur
Übungsbeispiele
 
Kapitel 4 Entwurf von Rückkopplungsreglern in Schaltnetzteilen
4.1 Einführung und Ziele der Rückkopplungsregelung
4.2 Regelungstheorie - Ein Überblick
4.3 Linearisierung der verschiedenen Blöcke in der Übertragungsfunktion
4.4 Entwurf eines Rückkopplungsreglers mit Spannungsregelung
4.5 Spitzenstromregelung
4.6 Entwurf von Rückkopplungsreglern im DCM
Literatur
Übungsbeispiele
Anhang 4A: Bodediagramme von Übertragungsfunktionen mit Polen und Nullstellen
Anhang 4B: Übertragungsfunktionen im kontinuierlichen Strommodus (CCM)
Anhang 4C: Herleitung der Parameter für die Übertragungsfunktionen der Regler
 
Kapitel 5 Netzgleichrichter mit Dioden
5.1 Einführung
5.2 Verzerrung und Leistungsfaktor
5.3 Klassifizierung der Schnittstellen zum Stromnetz
5.4 Dioden-Brückengleichrichter
5.5 Maßnahmen zur Vermeidung von Einschaltströmen
5.6 Benutzeranwendungen mit bidirektionalem Leistungsfluss
Literatur
Übungsbeispiele
Simulationsbeispiele

Kapitel 6 Leistungsfaktorkorrektur und Entwurf des Rückkopplungsreglers
6.1 Einführung
5.2 Betriebsprinzip von einphasigen PFC-Schaltungen
6.3 Steuerung von PFCs
6.4 Entwurf der inneren Stromregelschleife im Mittelwertmodell
6.5 Entwurf der äußeren Spannungsregelschleife
6.6 Beispiel eines Einphasen-PFC-Systems
6.8 Durchleitung der Eingangsspannung
6.9 Andere Regelungsmethoden für PFCs
Literatur
Übungsbeispiele
Anhang 6A
Anhang 6B
 
Kapitel 7 Magnetische Kreise
7.1 Amperewindungszahl und magnetischer Fluss
7.2 Induktivität
7.3 Faradays Gesetz
7.4 Streu- und Magnetisierungsinduktivitäten
7.5 Transformatoren
Literatur
Übungsbeispiele
 
Kapitel 8 DC-Schaltnetzteile
8.1 Anwendungen von DC-Schaltnetzteilen
8.2 Bedarf an elektrischer Isolation
8.3 Klassifizierung von transformatorisolierten DC-DC-Wandlern
8.4 Sperrwandler
8.5 Vorwärtswandler
8.6 Vollbrückenwandler
8.7 Halbbrücken- und Gegentaktwandler
8.8 Praktische Überlegungen
Literatur
Übungsbeispiele
 
Kapitel 9 Design von Hochfrequenzinduktivitäten und Transformatoren
9.1 Einführung
9.2 Grundlagen des magnetischen Designs
9.3 Aufbau von Induktivitäten und Transformatoren
9.4 Flächenprodukt-Methode
9.5 Entwurfsbeispiel für eine Spule
9.6 Entwurfsbeispiel eines Transformators für einen Vorwärtswandler
9.7 Thermische Überlegungen
Literatur
Übungsbeispiele
 
Kapitel 10 Soft switching in DC-DC-Wandlern und Halbbrücken-Resonanzwandlern
10.1 Einführung
10.2 Harte Schaltvorgänge in Leistungsschaltern
10.3 Weiche Schaltvorgänge in Leistungsschaltern
10.4 Halbbrücken-Resonanzwandler
Literatur
Übungsbeispiele
Simulationsbeispiele
 
Kapitel 11 Schaltnetzteile in Motorantrieben, unterbrechungsfreien Stromversorgungen und Energiesystemen
11.1 Einführung
11.2 Elektrische Antriebe
11.3 Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV)
11.4 Schaltwandler in Versorgungsnetzen
Literatur
Übungsbeispiele
 
Kapitel 12 Synthese von Gleichspannungen und niederfrequenten Wechselspannungen für Motoren, USV- und Energiesysteme
12.1 Einführung
12.2 Bidirektionale Leistungsschalter
12.3 Wandler für Gleichstrommotoren
12.4 Synthese von Niederfrequenz-Wechselstrom
12.5 Einphasige Wechselrichter
12.6 Dreiphasige Wechselrichter
12.7 Mehrstufige Schaltwandler
12.8 Wandler für bidirektionalen Leistungsfluss
12.9 Direktwandler
Literatur
Übungsbeispiele
 
Kapitel 13 Thyristorwandler
13.1 Einführung
13.2 Thyristoren
13.3 Einphasige Thyristorwandler
13.4 Dreiphasige Vollbrücken-Thyristorwandler
13.5 Stromübertragungssysteme
Literatur
Übungsbeispiele
 
Kapitel 14 Anwendungen der Leistungselektronik in der Netzversorgung
14.1 Einführung
14.2 Leistungsbauelemente und ihre Fähigkeiten
14.3 Kategorisierung von leistungselektronischen Systemen
14.4 Dezentrale Energieerzeugung
14.5 Elektronische Lasten
14.6 Lösungen für die Netzqualität
14.7 Anwendungen in Übertragungs- und Verteilungsnetzen
Literatur
Übungsbeispiele
 
Liste der Beispiele und Abbildungen zur Simulation und Hardwareimplementierung
 

Über Autor(innen)

Dr. Ned Mohan kam 1975 an die University of Minnesota, USA, an der er bis zu seinem Tod Professor für Leistungselektronik war. Er war ein Fellow des IEEE und Mitglied der National Academy of Engineering. Er hat sechs Lehrbücher bei Wiley veröffentlicht.
 
Dr. Siddharth Raju ist Juniorprofessor an der University of Minnesota, USA. Er ist außerdem Gründer von Sciamble Corp, einem Startup-Unternehmen, das sich auf schnelle Echtzeit-Prototyping-Lösungen spezialisiert hat.

Dr. Ned Mohan lehrte seit 1975 an die University of Minnesota, wo er Oscar A. Schott Professor für Leistungselektroniksysteme und Morse-Alumni Distinguished Professor war. Er war ein Fellow des IEEE und Mitglied der National Academy of Engineering. Er war außerdem Regents Professor an der Universität von Minnesota und hat sechs Lehrbücher bei Wiley veröffentlicht.

Dr. Siddharth Raju ist Assistant Professor an der University of Minnesota, USA. Er ist der Gründer von Sciamble Corp, einem Startup-Unternehmen, das sich auf schnelle Echtzeit-Prototyping-Lösungen spezialisiert hat.