D.Grahame Holmes，澳大利亚莫纳什大学电气与计算机系统工程系教授，电力电子研究室主任，IEEE高级会员，IEEE电力电子分会执行委员。Holmes教授曾受邀担任IEEE Transactions等多家国际学术期刊的审稿人，发表了100多篇国际会议和学术期刊论文。主要研究方向有调制技术、电力传动、谐振式变换器以及多电平变换器等，在脉宽调制理论方面贡献良多、造诣深厚。
　　Thomas A.Lipo，美国威斯康星大学麦迪逊分校电气与计算机系教授，现任威斯康星电力电子研究中心主任和威斯康星电机与电力电子协会联合主席，美国国家工程院院士，英国皇家工程院院士，IEEE Fellow。Lipo教授曾任IEEE工业应用分会主席、多个IEEE分会执行委员、IEEE Transactions on Power Electronics杂志创刊主编以及多个重要的国际会议大会主席等重要职务，是国际电机与电力电子界享有盛誉的学术权威。Lipo教授指导了近百名研究生毕业，发表论著500多篇（本），其中期刊论文200多篇，有几十篇获得IEEE Transactions等的最佳论文奖，获授权美国专利40余项。
　　周克亮，东南大学电气工程学院教授、博士生导师，东南大学风力发电研究中心副主任，IEEE高级会员。周克亮教授曾先后在国内外著名学府、跨国公司学习工作，主持并参加过国家及省部级科研项目以及多项尖端课题的研究与开发，如卫星电源、水下车辆电力推进装置、智能测绘仪器等，是IEEE Transactions等多家国际学术期刊以及《电机工程学报》等期刊的评审专家，近年来发表论文近60篇（其中19篇被SCI检索），发明专利4项。主要研究方向有电力电子与电力传动、新能源发电技术以及控制理论与应用等。

　　《电力电子变换器PWM技术原理与实践》主要介绍了各种不同的电力电子变换器脉宽调制(PWM)技术，并提供了详细的分析和设计手段，形成了系统、全面的PWM技术理论体系。《电力电子变换器PWM技术原理与实践》重点内容包括统一的基于加权总谐波畸变(WTHD)指标的PWM分析技术(含WTHD用于电机谐波损耗的计算)、基本的PWM技术(不同载波的PWM、异步与同步PWM、边带调制、单相及三相的连续调制和不连续调制)、空间矢量PWM技术、多电平变换器的各种PWM技术等。《电力电子变换器PWM技术原理与实践》系统性强，理论分析透彻并紧密结合实际，可为研究人员以及工程应用人员分析和优化PWM方法提供参考。
　　《电力电子变换器PWM技术原理与实践》适合电气传动、自动化、电机控制及电力电子技术领域的研究人员和技术人员阅读，也可作为高等院校相关专业的教师、研究生及高年级本科生的专业参考书。

　　1．1变换器的基本拓扑结构
　　1．1．1开关的约束条件
　　用于固态能量转换的半导体开关可以近似视为一电阻，当开关闭合时其电阻值接近于零，当开关断开时其电阻值近似无穷大。但是无论开关器件放在电路的哪个位置，变换电路仍始终遵守基尔霍夫电压和电流定律。通俗来说，正是这些定律引出了开关行为的两条基本原则：
　　(1)开关器件不能放置在有电流源(比如电感)的支路上，否则当开关器件关断时，电感两端的电压(相应地就是开关器件两端的电压)将会趋于无穷大。由该原则可以推知，类似地，在那些经过一个节点与包含有开关器件的支路相连的电路支路中，至少应有一个元件为非感性元件
　　(2)开关器件不能与电压源(例如真正的电源或者电容)并联，否则当开关闭合时，开关器件中的电流将会是无穷大。由该原则可以推知，如果回路由不只一条支路所组成，并且组成该回路的支路中含有开关器件，那么这些支路里应至少有一个元件不是电压源。
　　若设置开关的用意是帮助能量从电源传递到负载，为了从两个输入电源或者泄荷元件(包括一个可能的零能量电源)进行挑选，开关必须按照一定方式连接。这一要求导致了两条支路通过第三条支路向一个输出端传送能量。在电路中存在第三条支路，也意味着这三支路有一个共同的连接节点，这三条支路中的一条支路可以包含一个感性元件(通常是由感性负载或者电源所引发而来的等效电流源)，但是连接到同一节点其他支路一定不能是感性的，否则就违背了上述第一条基本原则。其他两条支路包含的元件要么是电容要么是电阻。然而，由于输出或输入电压源与负载用电容连接违背第二条原则，因此其他两条支路只能选电阻元件。
　　因为变换电路要求尽可能的高效率，因此其他两条支路所用的电阻将不是电阻值一定的常规电阻，而是要么为零要么无穷大的电阻，即第二个开关器件。为了遵守基尔霍夫电流定律，当第一个开关器件关闭时，该第二个开关器件导通；反之亦然。对于大多数单向电流流动的例子而言，由于在其他支路上放置电感这一需求将保证电路所要求的工作条件，可以使用一个单向开关来阻止电流从一个方向上流动，而且只需要用一个二极管就可以方便地实现这种必要的互补开关动作。当然，另一种实现这种必要的互补开关动作的方法是利用第二个单向开关。这些电路的具体形式如图1-2所示，图中所示电路可以当作电力电子的基本开关单元来看待。在图1-2(b)和图1-2(c)中的含有箭头的开关表示单向电流
　　流动的器件。
　　如把电流源(电感)连接到负载，将二极管连接到电源，这样连接的电路就是降压斩波电路。如果将输入和输出端对调，就是升压斩波电路。在降压斩波电路中，能量从电压源传送到电流源(即负载)，在升压斩波电路中，能量从电流源传送到电压源(负载)。

第1章 电力电子变换器导论 1
1.1  变换器的基本拓扑结构 2
1.1.1 开关的约束条件 2
1.1.2 双向斩波器 3
1.1.3 单相全桥(H桥)逆变器 4
1.2 电压源型/电压刚性型逆变器 5
1.2.1 两相逆变器结构 5
1.2.2 三相逆变器结构 5
1.2.3 方波模式下的电压和电流波形 6
1.3 三相变换器开关函数表达法 9
1.4 输出电压控制 11
1.4.1 伏特/赫兹准则 11
1.4.2 单相逆变器的移相调制 11
1.4.3 二重桥逆变器的电压控制 13
1.5 电流源型/电流刚性型逆变器 14
1.6 空间矢量的概念 17
1.6.1 三相正弦波电源和负载的d-q-0分量 18
1.6.2 工作在方波模式下电压源型逆变器的d-q-0分量 20
1.6.3 同步旋转参考坐标系 24
1.7 三电平逆变器 26
1.8 多电平逆变器拓扑结构 29
1.8.1 二极管钳位式多电平逆变器 29
1.8.2 电容钳位式多电平逆变器 34
1.8.3 级联式电压源型多电平逆变器 36
1.8.4 混合式电压源型逆变器 38
1.9 小结 39
参考文献 39

第2章 谐波畸变 40
2.1 谐波电压畸变因数 40
2.2 谐波电流畸变因数 43
2.3 三相逆变器谐波畸变因数 45
2.4 性能指标的选择 47
2.5 三电平逆变器的加权总谐波畸变 49
2.6 感应电动机负载 51
2.6.1 矩形鼠笼条 51
2.6.2 非矩形转子条 54
2.6.3 每相等效电路 55
2.7 感应电动机负载的谐波畸变加权因数 57
2.7.1 转子电阻(随频率变化)的加权总谐波畸变 57
2.7.2 考虑转子漏感(随频率变化)影响的加权总谐波畸变 59
2.7.3 考虑定子铜耗的加权总谐波畸变 62
2.8 谐波损耗的计算实例 63
2.9 PWM逆变电源的加权总谐波畸变标幺化处理 65
2.10 小结 66
参考文献 66

第3章 逆变器单相桥臂的调制 67
3.1 脉宽调制的基本概念 67
3.2 脉宽调制方案的评价 68
3.3 两电平脉宽调制波形的二重傅里叶积分分析 69
3.4 自然采样脉宽调制 73
3.4.1 正弦波-锯齿波调制 73
3.4.2 正弦波-三角波调制 78
3.5 从占空比变化角度进行脉宽调制分析 82
3.5.1 正弦波-锯齿波调制 82
3.5.2 正弦波-三角波调制 84
3.6 规则采样脉宽调制 86
3.6.1 锯齿形载波规则采样脉宽调制 89
3.6.2 对称规则采样脉宽调制 92
3.6.3 不对称规则采样脉宽调制 95
3.7 “直接”调制 100
3.8 整数与非整数频率比 102
3.9 各种脉宽调制方法的回顾 102
3.10 小结 104
参考文献 104

第4章 单相电压源型逆变器的调制 105
4.1 单相逆变器拓扑结构 105
4.2 单相逆变器的三电平调制 106
4.3 谐波损耗的解析计算 113
4.4 边带调制 119
4.5 开关脉冲位置 122
4.5.1 连续调制 123
4.5.2 不连续调制 124
4.6 开关脉冲序列 132
4.6.1 不连续PWM-单相桥臂开关动作 132
4.6.2 两电平单相PWM 137
4.7 小结 140
参考文献 140

第5章 三相电压源型逆变器的调制 141
5.1 三相电压源型逆变器(VSI)拓扑结构 141
5.2 采用正弦参考信号的三相调制 142
5.3 三次谐波参考信号注入法 148
5.3.1 注入信号幅值的优化 148
5.3.2 三次谐波注入法的解析表达式 151
5.4 谐波损耗的解析计算 158
5.5 不连续调制策略 164
5.6 三倍频载波比和次谐波 165
5.6.1 三倍频载波比 165
5.6.2 次谐波 166
5.7 小结 168
参考文献 169

第6章 零空间矢量放置调制策略 170
6.1 空间矢量调制 170
6.1.1 空间矢量调制原理 170
6.1.2 空间矢量调制和规则采样脉宽调制的比较 174
6.2 空间矢量调制的各相桥臂参考信号 175
6.3 自然采样空间矢量调制 178
6.4 空间矢量调制的解析式 180
6.5 空间矢量调制的谐波损耗 190
6.6 零空间矢量的放置 192
6.7 不连续调制 195
6.7.1 120°不连续调制 196
6.7.2 60°和30°不连续调制 197
6.8 不连续PWM的各相桥臂参考信号 201
6.9 不连续PWM的解析式 208
6.10 谐波性能比较 212
6.11 不连续PWM的谐波损耗 214
6.12 单边沿空间矢量调制 218
6.13 开关脉冲序列 218
6.14 小结 220
参考文献 220

第7章 电流源型逆变器的调制 221
7.1 作为状态机的三相调制器 221
7.2 用于自然采样电流源型逆变器的空间矢量调制器 225
7.3 实验验证 225
7.4 小结 228
参考文献 228

第8章 逆变器的过调制 229
8.1 过调制区域 229
8.2 逆变器单相桥臂的自然采样过调制 230
8.3 逆变器单相桥臂的规则采样过调制 234
8.4 单相/三相逆变器的自然采样过调制 236
8.5 过调制时的PWM控制器增益 238
8.5.1 正弦调制参考信号时的增益 238
8.5.2 空间矢量调制参考信号时的增益 241
8.5.3 60°不连续调制参考信号时的增益 243
8.5.4 补偿调制 244
8.6 采用空间矢量法的过调制 246
8.7 小结 250
参考文献 251

第9章 程控调制策略 252
9.1 优化的空间矢量调制 252
9.2 谐波消除PWM 261
9.3 优化的性能指标 274
9.4 优化的PWM 275
9.5 最小损耗PWM 281
9.6 小结 285
参考文献 285

第10章 多电平变换器的程控调制 286
10.1 几种多电平变换器 286
10.2 方块开关策略实现电压控制 289
10.3 用于多电平逆变器的谐波消除法 290
10.3.1 等电平情况下用于谐波消除的开关角 290
10.3.2 电压应力和电流应力的均衡 293
10.3.3 电平不等情况下用于谐波消除的开关角 294
10.4 最小谐波畸变 295
10.5 小结 297
参考文献 297

第11章 基于载波的多电平逆变器脉宽调制 298
11.1 级联式单相H桥的脉宽调制 298
11.2 级联式H桥的过调制 305
11.3 二极管钳位式逆变器的几种脉宽调制方法 308
11.4 三电平自然采样PD脉宽调制 309
11.4.1 三电平PD脉宽调制的等高线图 309
11.4.2 二重傅里叶级数谐波系数 311
11.4.3 谐波系数的计算 312
11.4.4 三电平PD脉宽调制的频谱性能 315
11.5 三电平自然采样APOD或POD脉宽调制 316
11.6 三电平逆变器的过调制 318
11.7 二极管钳位式逆变器的五电平PWM 321
11.7.1 五电平自然采样PD PWM 321
11.7.2 五电平自然采样APOD PWM 323
11.7.3 五电平POD PWM 326
11.8 更多电平的逆变器的PWM 327
11.9 级联式逆变器的等效PD PWM 330
11.10 混合式多电平逆变器 333
11.11 混合式逆变器的等效PD PWM 338
11.12 多电平逆变器的3次谐波注入法 342
11.13 可变调制比多电平逆变器的运行 344
11.14 小结 345
参考文献 346

第12章 多电平变换器的空间矢量脉宽调制 347
12.1 优化的空间矢量序列 347
12.2 选择开关状态的调制器 349
12.3 分解法 349
12.4 六边形坐标系统 351
12.5 一个开关周期内的最优空间矢量位置 355
12.6 空间矢量脉宽调制和基于载波脉宽调制的比较 356
12.7 多电平逆变器的不连续调制 358
12.8 小结 362
参考文献 362

第13章 调制控制器的实现 363
13.1 电力电子变换系统概述 363
13.2 PWM变换器系统的要素 364
13.2.1 电压源型逆变器的功率变换级 368
13.2.2 门极驱动接口电路 370
13.2.3 控制器电源 371
13.2.4 I/O调理电路 371
13.2.5 PWM控制器 371
13.3 PWM过程的硬件实现 374
13.3.1 模拟与数字实现 374
13.3.2 数字定时器的逻辑结构 375
13.4 PWM的软件实现 378
13.4.1 后台软件 378
13.4.2 PWM定时间隔的计算 379
13.5 小结 381
参考文献 381

第14章 调制技术的发展 382
14.1 随机脉宽调制 382
14.2 电压不平衡情况下的PWM整流器 385
14.3 共模信号消除 390
14.4 四相桥臂逆变器调制 394
14.5 最小脉冲宽度的影响 396
14.6 脉宽调制死区补偿 399
14.7 小结 404
参考文献 404

附录1 双变量控制波形的傅里叶级数表达式 405
参考文献 408

附录2 雅可比-安格尔和贝塞尔函数关系式 409
A2.1 雅可比-安格尔展开 409
A2.2 贝塞尔函数的积分关系式 410
参考文献 411

附录3 三相及半周期对称关系式 412
参考文献 413

附录4 单相桥臂的过调制 414
A4.1 自然采样双边沿脉宽调制 414
A4.1.1 自然采样PWM下过调制的二重傅里叶积分的计算 414
A4.1.2 自然采样PWM过调制下的单相桥臂的谐波表达式 420
A4.1.3 由过调制表达式所得到的线性调制表达式 421
A4.1.4 由过调制表达式所得到的方波调制表达式 421
A4.2 对称规则采样双边沿PWM 422
A4.2.1 对称规则采样PWM下过调制的二重傅里叶积分的计算 423
A4.2.2 对称规则采样PWM下单相桥臂过调制的谐波表达式 424
A4.2.3 由过调制表达式所得到的线性调制表达式 425
A4.3 不对称规则采样双边沿PWM 425
A4.3.1 不对称规则采样PWM下过调制的二重傅里叶积分的计算 426
A4.3.2 不对称规则采样PWM下过调制的单相桥臂的谐波表达式 428
A4.3.3 由过调制表达式所得到的线性调制表达式 429

附录5 开关波形的二重傅里叶级数表达式的数值积分 431
A5.1 二重傅里叶积分的表达 431
A5.2 内积分的解析解 433
A5.3 外积分的数值积分 434

总参考文献 436