电力电子装置中的典型信号处理与通信网络技术

目前市面上还没有见到类似“电力电子装置中的信号处理与通信网络技术”教材或者专著。关于电力电子技术、电力电子技术与应用、电力电子装置及系统方面的教材还是很好多的。当然， 专门讲解信号处理技术、 通信网络技术和电磁兼容性设计技术方面的教材也很好多。但是针对电力电子装置的设计、建造与调试等具体应用需求， 专门讲解应用于电力电子装置中的信号处理技术、通信网络技术和电磁兼容性设计技术的书很少且不全面。根据作者多年从事电力电子装置的研发经历与教学经验来看，这种书又的确是设计者尤其是刚刚进入电力电子技术领域的初学者，*渴望获得的参考书和工具书。

本书系统地讲述了从事电力电子装置研发过程中涉及的传感器技术、信号处理技术、通信网络技术以及电磁兼容性设计技术，并将它们整合起来，按照刚刚从事这方面研发工作的硬件工程师视角，进行素材遴选、内容编排。本书将涉及强电知识[如主拓扑中的电力电子器部件（整流桥、逆变桥）、DC-Link器部件、熔断器等]、弱电理论（如主回路中的获取关键性参变量的传感器的信号处理与变换、电力电子器部件状态反馈单元、主控单元等）、接口部分（如强电与弱电之间的触发及其控制单元），以及完成信息交互的通信网络（如RS232、RS422、RS485、CAN和以太网等），综合起来，根据入门基础、经验技巧、设计案例和心得体会等不同层面，进行归类、凝练和拓展。本书理论与实践相结合，既有理论设计、分析与计算（含仿真验证），又有实践与实战的拔高。

李维波，2005年毕业于华中科技大学电气工程专业，获工学博士学位；2008年在海军工程大学电气学院博士后流动站从事某重大型号工程的科研样机的研制工作。2005年6月至2015年11月在海军工程大学舰船综合电力国防科技重点实验室核心研究成员。2015年12月至今，在武汉理工大学自动化学院从事本科教学、科研与研究生培养工作。先后在靠前外重要刊物上已发表论文60多篇，出版专著7部，其中《MATLAB在电气工程中的应用》（版）获得“十二五”规划教材，《MATLAB在电气工程中的应用》（版）和《MATLAB在电气工程中的应用实例》（版）获得“电力行业”精品教材。《MATLAB在电气工程中的应用》（第2版）、《MATLAB在电气工程中的应用实例》（第2版）、《电力电子装置中的典型传感器技术》均获得“十三五”普通高等教育本科规划教材。《嵌入式系统中的典型模拟信号处理技术》、《电力电子装置中的典型信号处理与通信网络技术》近期出版。已授权的发明/国防20多项，新近申请发明10项。作为军内科研创新团队核心成员，先后获得军内科技进步一等奖、荣立集体一等功、个人三等功。

电力电子新技术系列图书序言前言篇 电力电子技术篇章 典型电力电子器件与应用1.1 电力电子器件概述1.1.1 发展历程1.1.2 典型特点1.1.3 新型半导体材料1.2 功率二极管1.2.1 概述1.2.2 动态特性1.2.3 典型参数1.2.4 典型应用示例1.3 晶闸管1.3.1 工作原理1.3.2 工作过程1.3.3 典型参数1.3.4 选型示例1.4 功率MOSFET1.4.1 工作原理1.4.2 典型参数1.4.3 选型示例1.5 IGBT1.5.1 工作原理1.5.2 典型参数1.5.3 选型示例1.5.4 损耗计算第2章 典型电力电子拓扑与设计应用2.1 ACDC变换器2.1.1 单相桥式不控变换器2.1.2 三相桥式不控变换器2.1.3 单相桥式可控变换器2.1.4 三相桥式可控变换器2.2 DC/DC变换器2.2.1 背景知识2.2.2 Buck变换器2.2.3 Boost变换器2.2.4 正激变换器2.2.5 反激变换器2.2.6 桥式变换器2.3 DC/AC变换器2.3.1 背景知识2.3.2 单相工作原理2.3.3 三相工作原理2.3.4 三电平逆变器2.4 AC/AC变换器2.4.1 交流调功变换器2.4.2 相控调压变换器2.4.3 斩控调压变换器第3章 驱动保护与控制技术3.1 晶闸管的驱动与保护技术3.1.1 驱动要求3.1.2 驱动电路3.1.3 保护电路3.2 功率MOSFET的驱动与保护技术3.2.1 驱动要求3.2.2 驱动电路3.2.3 保护电路3.3 IGBT的驱动与保护技术3.3.1 驱动要求3.3.2 驱动电路3.3.3 保护电路第2篇 典型传感及其信号处理技术篇第4章 电流传感器与信号处理技术4.1 应用概述4.1.1 应用示例分析4.1.2 电流传感器简介4.2 霍尔电流传感器原理4.2.1 霍尔效应4.2.2 开环霍尔电流传感器4.2.3 闭环霍尔电流传感器4.2.4 霍尔电流传感器的特点4.3 霍尔电流传感器信号处理技术4.3.1 典型参数4.3.2 选型方法4.3.3 直流电流测试示例4.3.4 交流电流测试示例4.4 电流互感器原理及其信号处理技术4.4.1 基本原理4.4.2 应用示例分析第5章 电压传感器与信号处理技术5.1 霍尔电压传感器原理5.1.1 工作原理5.1.2 选型方法5.1.3 注意事项5.2 霍尔电压传感器信号处理技术5.2.1 测试直流电压的示例分析5.2.2 测试交流电压的示例分析5.3 电压互感器原理及其信号处理技术5.3.1 工作原理5.3.2 应用示例分析第6章 其他传感器与信号处理技术6.1 温度传感器原理及其信号处理技术6.1.1 测温重要性6.1.2 温度传感器Pt100及其应用6.1.3 集成传感器AD590及其应用6.2 湿度传感器原理及其信号处理技术6.2.1 测湿重要性6.2.2 湿度传感器HM1500LF及其应用6.3 光电编码器原理及其信号处理技术6.3.1 编码器原理6.3.2 光电编码器应用第3篇典型通信及其信号处理技术篇第7章 CAN通信与信号处理技术7.1 基本原理7.1.1 背景概述7.1.2 CAN总线概述7.1.3 CAN总线的电气特点7.1.4 CAN总线的通信原理7.2 CAN通信的协议7.2.1 CAN总线的报文帧结构7.2.2 CAN总线的错误检测方法7.2.3 CAN总线的分层结构7.3 CAN通信的信号处理技术7.3.1 CAN收发器介绍7.3.2 CAN控制器介绍7.3.3 CAN网络的组成方法7.3.4 CAN网络的电磁兼容性设计第8章 串口通信与信号处理技术8.1 串口通信概述8.1.1 基本概念8.1.2 串行通信接口标准8.2 RS-232通信与信号处理技术8.2.1 概述8.2.2 引脚定义8.2.3 过程特性8.2.4 单工、半双工和全双工的定义8.2.5 RS-232收发器8.2.6 电磁兼容性设计8.3 RS-422/485通信与信号处理技术8.3.1 概述8.3.2 性能指标及其接口标准8.3.3 RS-422/485收发器介绍8.3.4 电磁兼容性设计第9章 以太网通信与信号处理技术9.1 基本原理9.1.1 概述9.1.2 快速以太网9.1.3 千兆以太网9.1.4 以太网的工作过程9.1.5 以太网技术的优势9.1.6 以太网通信基本原理9.1.7 主要协议介绍9.2 RJ45以太网通信与信号处理技术9.2.1 概述9.2.2 RJ45型网卡接口9.2.3 以太网接口与信号处理技术9.3 以太网的电磁兼容性设计9.3.1 网口变压器介绍9.3.2 SPI隔离技术9.3.3 浪涌防护技术参考文献

电力电子技术，是建立在电子学、电工原理、电路理论和自动控制多学科之上的新兴交叉学科。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅，它的理论基础为半导体物理学，它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息交互、继电操控等二次回路及其外围电路。利用这些电路，根据应用对象的不同，组成了各种用途的整机，称为电力电子装置。这些装置常与负载、控制设备（主控制器）、通信设备（如上位监控设备）等组成一个系统。电子学、电工学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用。由此可见，由于电力电子装置涉及的学科门类太多，对设计工程师的要求势必增加，必须具备广泛的知识架构，特别是与电力电子装置密切相关的信号处理技术、通信网络技术以及电磁兼容设计技术等，既要开展理论研究与设计计算，还要结合工程背景与应用实践的历练，这对于刚刚从事这方面研发工作的硬件工程师来讲，难度还是非常大的。虽然市面上也有单独介绍这些知识的书籍，不过与电力电子装置的设计紧密结合起来的还鲜有出版。因此，迫切希望有这样一本书：它将电力电子装置中的信号处理与通信网络技术以及电磁兼容性设计技术综合起来，有针对性地对刚刚从事电力电子装置研发工作的读者，进行专门的培训与指导，避免因读不懂而影响他们的学习兴趣，因此本书不进行过多的理论分析，而是尽量“弱化理论论述，强调分析设计”，采用设计实例电路，引导和启发读者朋友，学到专业知识和科研方法，提高工作能力。作者正是出于这方面的考虑，特编写《电力电子装置中的典型信号处理与通信网络技术（Typical Signal Processing and Communication Network Technology in Power Electronic Equipment）》，旨在帮助我们的工程师，学习常规电力电子装置的强电知识\[如主拓扑中的电力电子器部件（整流桥、逆变桥）、DC-Link器部件、熔断器等\]，掌握弱电理论（如主回路中的获取关键性参变量的传感器的信号处理与变换、电力电子器部件状态反馈单元、主控单元等），当然还需了解弱电的接口部分（如触发及其控制单元）。引导读者朋友在熟悉电力电子器部件及其变换与控制技术的同时，理解传感器技术（如电压传感器、电流传感器和温度传感器等）、通信技术（如RS232、RS422、RS485、CAN和以太网等），掌握处理这些传感器输出信号的典型电路设计、分析与计算方法，以便借助主控单元经由通信网络，传送到上位机或者集控中心。本书作为一个大胆尝试地产物，由于水平有限，未必达到预期效果，敬请读者朋友不吝赐教！恳请同行批评指正！本书能够较顺利地成稿，得到康兴、徐聪、李巍、余万祥、何凯彦、詹平、方钊焕、吴墨非、李齐、孙万峰和卢月等许多同志的帮助，也得到了审稿专家的指导与帮助，还得到了机械工业出版社的鼎力帮助，在此，一并对大家的辛勤付出，表示最诚挚的谢意！1974年美国学者WNewell提出了电力电子技术学科的定义，电力电子技术是由电气工程、电子科学与技术和控制理论三个学科交叉而形成的。电力电子技术是依靠电力半导体器件实现电能的高效率利用，以及对电机运动进行控制的一门学科。电力电子技术是现代社会的支撑科学技术，几乎应用于科技、生产、生活各个领域：电气化、汽车、飞机、自来水供水系统、电子技术、无线电与电视、农业机械化、计算机、电话、空调与制冷、高速公路、航天、互联网、成像技术、家电、保健科技、石化、激光与光纤、核能利用、新材料制造等。电力电子技术在推动科学技术和经济的发展中发挥着越来越重要的作用。进入21世纪，电力电子技术在节能减排方面发挥着重要的作用，它在新能源和智能电网、直流输电、电动汽车、高速铁路中发挥核心的作用。电力电子技术的应用从用电，已扩展至发电、输电、配电等领域。电力电子技术诞生近半个世纪以来，也给人们的生活带来了巨大的影响。目前，电力电子技术仍以迅猛的速度发展着，电力半导体器件性能不断提高，并出现了碳化硅、氮化镓等宽禁带电力半导体器件，新的技术和应用不断涌现，其应用范围也在不断扩展。不论在全世界还是在我国，电力电子技术都已造就了一个很大的产业群。与之相应，从事电力电子技术领域的工程技术和科研人员的数量与日倶增。因此，组织出版有关电力电子新技术及其应用的系列图书，以供广大从事电力电子技术的工程师和高等学校教师和研究生在工程实践中使用和参考，促进电力电子技术及应用知识的普及。在20世纪80年代，电力电子学会曾和机械工业出版社合作，出版过一套“电力电子技术丛书”，那套丛书对推动电力电子技术的发展起过积极的作用。最近，电力电子学会经过认真考虑，认为有必要以“电力电子新技术系列图书”的名义出版一系列著作。为此，成立了专门的编辑委员会，负责确定书目、组稿和审稿，向机械工业出版社推荐，仍由机械工业出版社出版。本系列图书有如下特色：本系列图书属专题论著性质，选题新颖，力求反映电力电子技术的新成就和新经验，以适应我国经济迅速发展的需要。理论联系实际，以应用技术为主。本系列图书组稿和评审过程严格，作者都是在电力电子技术线工作的专家，且有丰富的写作经验。内容力求深入浅出，条理清晰，语言通俗，文笔流畅，便于阅读学习。本系列图书编委会中，既有一大批国内资深的电力电子专家，也有不少已崭露头角的青年学者，其组成人员在国内具有较强的代表性。希望广大读者对本系列图书的编辑、出版和发行给予支持和帮助，并欢迎对其中的问题和错误给予批评指正。电力电子新技术系列图书编辑委员会