Leistungselektronik

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

Buch, Deutsch, 352 Seiten, Format (B × H): 170 mm x 244 mm

Einstieg in die Leistungselektronik leicht gemacht: 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 Maschinenbau | Werkstoffkunde Technische Mechanik | Werkstoffkunde
• Technische Wissenschaften Elektronik | Nachrichtentechnik Elektronik Leistungselektronik
• Technische Wissenschaften Energietechnik | Elektrotechnik Elektrotechnik

Inhaltsverzeichnis

1 Leistungselektronik: Eine Grundlagentechnologie
1.1 Einführung in die Leistungselektronik
1.2 Anwendungen und die Rolle der Leistungselektronik
1.3 Energie und Umwelt: Die Rolle der Leistungselektronik bei der Bereitstellung von nachhaltiger elektrischer Energie
1.4 Bedarf an hohem Wirkungsgrad und hoher Leistungsdichte
1.5 Struktur der Leistungselektronik-Schnittstelle
1.6 Spannungs-Link-Struktur
1.7 Jüngste Fortschritte bei Festkörperbauelementen auf Basis von Materialien mit breiter Bandlücke (WBG)
1.8 Einsatz von Simulation und Hardware-Prototyping
Literatur
Aufgaben

2 Entwurf von Schaltleistungspolen
2.1 Leistungstransistoren und Leistungsdioden
2.2 Auswahl von Leistungstransistoren
2.3 Auswahl von Leistungsdioden
2.4 Schaltverhalten und Leistungsverluste in Leistungspolen
2.5 Rechtfertigung von Schaltern und Dioden als ideal
2.6 Konstruktive Überlegungen
2.7 Der PWM-IC
2.8 Hardware-Prototyping
Literatur
Aufgaben

3 Getaktete Gleichstromwandler: Analyse der Schaltvorgänge, Auswahl der Topologie und Entwurf
3.1 DC-DC-Wandler
3.2 Schaltende Leistungspole im stationären DC-Zustand
3.3 Vereinfachende Annahmen
3.4 Allgemeine Funktionsprinzipien
3.5 Analyse des Schaltverhaltens von Abwärtswandlern im stationären DC-Zustand
3.6 Analyse des Schaltverhaltens von Boost-Wandlern im stationären DC-Zustand
3.7 Analyse des Abwärts/Aufwärtswandlers im stationären DC-Zustand
3.8 Auswahl der Topologie
3.9 Worst-Case-Entwurf
3.10 Synchron-rektifizierter Abwärtswandler für sehr niedrige Ausgangsspannungen
3.11 Verschachtelung von Stromrichtern
3.12 Regelung von DC-DC-Wandlern durch PWM
3.13 Dynamische Mittelwertdarstellung von Umrichtern in CCM
3.14 Bidirektional schaltende Leistungspole
3.15 Diskontinuierlich-leitender Modus (DCM)
Literatur
Aufgaben

4 Entwurf von Rückkopplungsreglern in Gleichstrom-Schaltnetzteilen
4.1 Einführung und Zielsetzung der Regelungstechnik
4.2 Überblick über die lineare Regelungstheorie
4.3 Linearisierung von verschiedenen Übertragungsfunktionsblöcken
4.4 Entwurf eines rückgekoppelten Reglers bei Spannungsregelung
4.5 Stromspitzenwertregelung
4.6 Entwurf eines rückgekoppelten Reglers bei DCM
Literatur
Aufgaben

5 Gleichrichtung des Versorgungsstroms mit Diodengleichrichtern
5.1 Einführung
5.2 Verzerrung und Leistungsfaktor
5.3 Klassifizierung des ?Front-Ends? von leistungselektronischen Systemen
5.4 Dioden-Gleichrichter-Brücken-?Front-End?
5.5 Mittel zur Vermeidung transienter Einschaltströme beim Anfahren
5.6 Frontends mit bidirektionalem Leistungsfluss
Literatur
Aufgaben

6 Leistungsfaktorkorrekturschaltungen und Entwurf des Rückkopplungsreglers und Entwurf des Rückkopplungsreglers
6.1 Einführung
6.2 Funktionsprinzip der einphasigen Blindleistungskompensation
6.3 Regelung von PFCS
6.4 Entwurf des inneren Mittelwert-Strom-Regelkreises
6.5 Entwurf des äußeren Spannungsregelkreises
6.6 Beispiel für einphasige BLK-Systeme
6.7 Simulationsergebnisse
6.8 Vorsteuerung der Eingangsspannung
6.9 Weitere Regelverfahren für BLK-Anlagen
Literatur
Aufgaben

7 Magnetische Stromkreiskonzepte
7.1 Ampereturns und Fluss
7.2 Induktivität l
7.3 Das Faradaysche Gesetz: Induzierte Spannung in einer Spule aufgrund der
Zeit-Rate der Änderung des Flusses
7.4 Streu- und Magnetisierungsinduktivität
7.5 Transformatoren
Literatur
Aufgaben

8 Gleichstrom-Schaltnetzteile
8.1 Anwendungen von Gleichstrom-Schaltnetzteilen
8.2 Notwendigkeit der galvanischen Trennung
8.3 Klassifizierung von transformatorisolierten Gleichspannungswandlern
8.4 Flyback-Wandler
8.5 Vorwärtswandler
8.6 Vollbrücken-Wandler
8.7 Halbbrücken- und Push-Pull-Wandler
8.8 Praktische Überlegungen
Literatur
Aufgaben

9 Entwurf von Hochfrequenz-Induktivitäten und Transformatoren
9.1 Einführung
9.2 Grundlagen des magnetischen Entwurfs
9.3 Induktor- und Transformatorenkonstruktion
9.4 Flächen-Produkt-Methode
9.5 Entwurfsbeispiel für eine Induktivität
9.6 Entwurfsbeispiel für einen Transformator für einen Vorwärtswandler
9.7 Thermische Überlegungen
Literatur
Aufgaben

10 Soft-Switching in Gleichspannungswandlern und Halbbrücken-Resonanzwandlern
10.1 Einführung
10.2 Hard-Switching in Schaltleistungspolen
10.3 Soft-Switching in schaltenden Leistungspolen
10.4 Halbbrücken-Resonanzwandler
Literatur
Aufgaben

11 Anwendungen der getakteten Leistungselektronik in Motorantrieben, unterbrechungsfreien Stromversorgungen und Energiesystemen
11.1 Einführung
11.2 Elektrische Motorantriebe
11.3 Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV)
11.4 Versorgungsanwendungen von Schaltnetztei
Literatur
Aufgaben

12 Synthese von Gleichspannungen und niederfrequenten sinusförmigen Wechselspannungen für Motorantriebe, UPS und Stromversorgungssysteme
12.1 Einführung
12.2 Bidirektional schaltende Leistungspole als Baustein
12.3 Umrichter für DC-Motorantriebe (-Vd

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.