电力电子控制电路中的数字信号处理技术(原书第2版)

随着微电子技术的快速发展，电力电子技术已成为科技进步和社会发展的支柱，广泛应用于电力系统、交通运输、航空航天、消费电子等领域。特别是近年来微控制器和数字信号处理器性价比不断提高，数字控制方式逐渐替代传统模拟控制方式，基于高性能数字控制方式的有源电力滤波器、新能源并网逆变器、不间断电源等电力电子装置成为市场主流。数字信号处理技术是实现电力电子装置高性能数字化控制的关键技术之一。本书内容涵盖模拟信号采集、数字信号滤波与分离算法，以及数字信号处理算法在有源电力滤波器和数字D类功率放大器中的应用等内容，并给出了相关算法C语言例程、MATLAB和PSIM仿真例程，对于从事电力电子技术的科研人员和工程技术人员颇具参考价值和指导意义。

本书介绍了基于数字信号处理器的电力电子装置数字控制算法设计与实现过程中需解决的技术问题，涵盖模拟信号采集、模/数转换、数字滤波与分离，以及输出功率晶体管的脉冲控制等内容，着重探讨了三相并联有源电力滤波器和D类数字音频功率放大器中的数字信号处理算法解决方案，将电力电子技术和数字信号处理技术紧密联系起来。目前，许多文献在介绍电力电子控制算法和控制电路时，通常以模拟信号的形式进行分析，存在一定局限，特别是当采样频率和功率晶体管的开关频率与所需频带的两倍相近时并不适用。为避免导致类似问题，本书将数字控制电路视为具有独特特性的数字电路进行分析。另外，本书还介绍了电力电子系统与数字控制电路仿真软件，并给出了大量MATLAB和PSIM仿真例程供读者参考。本书可作为从事电力电子技术的科研人员和工程技术人员的参考书，也可作为电气工程、电力电子与电力传动、控制理论与控制工程等相关专业的本科生、研究生的参考书。

Krzysztof Sozański博士现为波兰吉洛纳格拉大学副教授，长期从事有源电力滤波器和D类数字功率放大器的研究，工程经验丰富。

译者序
原书第2版前言
原书第1版前言
第1章概述
1.1电力电子系统
1.2电力电子系统数字控制电路
1.2.1模拟与数字控制电路
1.2.2因果和非因果数字电路
1.2.3LTI离散时间电路
1.2.4数字滤波器
1.2.5硬实时控制系统
1.2.6采样率
1.2.7同步采样
1.2.8位数
1.3多速率控制电路
1.4有源电力滤波器
1.5D类数字功率放大器
1.6变量的符号
1.7本书内容
参考文献
第2章模拟信号调节与离散化
2.1介绍
2.2模拟输入
2.2.1电气隔离
2.2.2共模电压
2.2.3隔离放大器
2.3电流测量
2.3.1电阻分流器
2.3.2电流互感器
2.3.3带霍尔传感器的传感器
2.3.4具有磁调制的电流互感器
2.3.5带空气线圈的电流传感器
2.3.6电流传感技术的比较
2.4数字控制电路的参数选择
2.5总谐波畸变
2.6模拟信号采样
2.6.1采样过程同步
2.6.2优选信号频率与信号采集时间
2.6.3多通道系统的误差
2.6.4顺序采样中A/D转换的振幅和相位误差
2.6.5采样时钟抖动
2.7信号量化
2.7.1信号的动态范围
2.7.2信号余量
2.7.3噪声整形技术
2.7.4抖动信号
2.7.5量化噪声的传播
2.7.6有效位数
2.8适用于电力电子控制电路的A/D转换器
2.8.1逐次逼近的A/D转换器
2.8.2带有Δ-Σ调制器的转换器
2.8.3选择同步采样A/D转换器
2.8.4ADS8364
2.8.5AD7608
2.8.6ADS1278
2.8.7ADS8568
2.8.8TMS320F28335 A/D转换器
2.8.9TMS320F2837xD A/D转换器
2.9结论
参考文献
第3章信号滤波与分离的选用方法及其实现
3.1概述
3.2数字滤波器
3.2.1数字滤波器指标
3.2.2有限冲激响应数字滤波器
3.2.3无限脉冲响应数字滤波器
3.2.4数字IIR滤波器的设计
3.3晶格型波数字滤波器
3.3.1经典IIR滤波器与晶格型波数字滤波器的比较
3.3.2LWDF的实现
3.4改进型晶格型波数字滤波器
3.4.1一阶部分
3.4.2二阶部分
3.5线性相位IIR滤波器
3.5.1线性相位IIR滤波器的案例
3.5.2FIR和LFIIR的比较
3.6多速率电路
3.6.1信号插值
3.6.2信号抽取
3.6.3具有波数字滤波器的多速率电路
3.6.4具有线性相位IIR滤波器的插值器
3.7数字滤波器组
3.7.1严格互补滤波器组
3.7.2DFT滤波器组
3.7.3滑动DFT算法
3.7.4滑动Goertzel算法
3.7.5移动DFT算法
3.7.6晶格型波数字滤波器组
3.8数字信号处理算法的实现
3.8.1DSP的基本功能
3.9适用于电力电子控制电路的微控制器
3.9.1TMS320F28335
3.9.2TMS320F2837xD
3.9.3数字信号处理器——TMS320C6×××系列
3.9.4数字信号处理器——SHARC系列
3.10总结
参考文献
第4章电力电子电路仿真与控制算法程序实现
4.1简介
4.2基于MATLAB的仿真
4.2.1模拟电路的直流和交流仿真分析
4.2.2电路的直流和交流节点及回路分析
4.2.3模拟电路的瞬态分析
4.2.4集成数字控制电路的电力电子系统仿真
4.2.5基于Simulink的电力电子系统仿真
4.3基于PSIM的仿真
4.3.1基于PSIM元件的仿真
4.3.2基于C语言程序代码的仿真
4.3.3交流分析仿真
4.3.4硬件控制器运行仿真
4.4本章小结
参考文献
第5章有源电力滤波器控制算法的选择
5.1引言
5.2并联有源电力滤波器控制电路
5.2.1同步
5.3APF仿真
5.3.1使用MATLAB模拟APF
5.3.2使用PSIM模拟APF
5.4带基波检测器的APF控制
5.4.1带低通四阶巴特沃兹滤波器的控制电路
5.4.2低通五阶巴特沃兹LWDF控制电路
5.4.3滑动DFT控制电路
5.4.4带滑动Goertzel的控制电路
5.4.5移动DFT控制电路
5.5基于pq算法的分流APF控制电路
5.6分流APF经典控制电路
5.6.1高通IIR滤波器
5.6.2改进的高通滤波器
5.6.3直流电压控制器
5.6.4pq算法的其余部分
5.6.5输出电流控制器
5.6.6用于APF的现代化数字控制器
5.7分流APF的动力学
5.7.1降低APF动态失真的方法
5.7.2控制电路
5.7.3APF输出电流纹波计算
5.7.4APF控制电路仿真
5.8APF的预测控制算法
5.8.1提前时间TA
5.8.2稳态实验结果
5.8.3APF的阶跃响应
5.9选择适合APF的谐波分离方法
5.9.1MDFT控制电路
5.9.2采用p-q算法的控制电路
5.10多重速率的并联APF
5.10.1模拟输入电路
5.10.2输出电感器
5.10.3APF仿真结果
5.11多速率并联预测APF
5.12总结
参考文献
第6章D类数字功率放大器中的数字信号处理电路
6.1引言
6.2D类数字功率放大器电路
6.3D类数字功率放大器调制器
6.3.1过采样脉冲宽度调制器
6.4D类数字功率放大器控制电路拓扑架构
6.4.1开环功率放大器
6.4.2基于电源电压数字反馈的功率放大器
6.4.3基于输出脉冲模拟反馈的功率放大器
6.4.4基于数字反馈的功率放大器
6.5D类数字功率放大器供电电源
6.6点击调制
6.7高品质音频信号的插值器
6.7.1单级插值器设计
6.7.2多级插值器设计
6.8D类数字音频功率放大器
6.8.1数字分频器
6.9扬声器的测量
6.10带有数字点击调制器的D类功率放大器
6.10.1数字分频器
6.10.2数字点击调制器的实现
6.10.3实验结果
6.11带TAS5508DSP的D类数字音频功率放大器
6.11.1TAS5508-5121K8EVM
6.11.2三路数字分频器
6.11.3实验结果
6.12结论
参考文献
第7章总结
7.1本书总结
7.2未来展望
参考文献