現(xiàn)代電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)筆記..

1、一、緒論1、高頻化(MHz水平)：提高性能、效率、功率密度，減小儲(chǔ)能元件體積，便于裝置小型輕便化，如變壓器、電感、電容體積fHz平方根成反比。高頻化帶來(lái)主要問(wèn)題：開關(guān)元件功耗、開關(guān)應(yīng)力問(wèn)題；寄生分布參數(shù)影響及EMI(ElectroMagneticInterference)等問(wèn)題。2、寬禁帶半導(dǎo)體電力電子器件及應(yīng)用，陳治明、李守智編著，機(jī)械工業(yè)出版社，2009年1月二、電力電子器件1、概念：工作在開關(guān)狀態(tài)、用于功率轉(zhuǎn)換的、電力半導(dǎo)體器件。2、半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體中存在空穴和自由電子兩種載流子，并且兩種載流子數(shù)量是相等的f這是半導(dǎo)體區(qū)別于金屬導(dǎo)體的一個(gè)基本特點(diǎn)。空穴導(dǎo)電占優(yōu)勢(shì)的半導(dǎo)體稱作P(Posi

2、tive)型半導(dǎo)體，自由電子導(dǎo)電占優(yōu)勢(shì)的N(Negative)型半導(dǎo)體。3、PN結(jié)：擴(kuò)散與漂移運(yùn)動(dòng)在一定溫度下達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，形成一個(gè)總量不變、穩(wěn)定的由空間電荷構(gòu)成的“空間電荷區(qū)”在整個(gè)空間電荷區(qū)范圍，正負(fù)電荷數(shù)量相等，整體保持電中性，稱PN結(jié)。常溫下硅PN結(jié)的U00.7V。在PN結(jié)上外加正向電壓VF,使擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)得到增強(qiáng)，在外電路作用下會(huì)形成穩(wěn)定的、源源不斷的擴(kuò)散電流，若外加正向電壓VF升高，則會(huì)進(jìn)一步削弱內(nèi)電場(chǎng)、增大擴(kuò)散電流。故正向偏置的PN結(jié)呈現(xiàn)為一個(gè)很小的電阻，流過(guò)較大的正向電流。©眾go©軌O0QPN結(jié)電容主要由勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容組成。在PN結(jié)正偏狀態(tài)下，當(dāng)正向電壓

3、較低時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)較弱，擴(kuò)散電容相對(duì)較小，勢(shì)壘電容相對(duì)占主要成份。正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加劇，擴(kuò)散電容近似按指數(shù)規(guī)律上升，擴(kuò)散電容則成為主要成份。PN結(jié)反偏時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)被強(qiáng)烈抑制，擴(kuò)散電容很小，PN結(jié)電容則以勢(shì)壘電容為主，如圖所示。Qg000:00oooF型區(qū)空間電荷區(qū)N型區(qū)4、各種電力電子器件相關(guān)內(nèi)容：(1) 類型及特點(diǎn)；(2) 通、斷過(guò)程機(jī)理；(3) 特性、主要性能參數(shù)及其意義；(4) 電路運(yùn)行條件對(duì)器件性能或特性的影響;(5) 驅(qū)動(dòng)及要求；(6) 使用保護(hù)(電壓保護(hù)、電流保護(hù)等)。第2章AC/DC變換（整流變換）主要類型：相控、斬控（PWM整流）一、（傳統(tǒng)）相控整流電路（調(diào)節(jié)a）改變觸發(fā)

4、脈沖位置（觸發(fā)角），改變輸出整流電壓大小。單相半波可控整流電路、單相全波可控、單相橋式全控、單相橋式半控、三相橋式全控、帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路。相控（傳統(tǒng)）整流的主要缺陷：1、網(wǎng)側(cè)功率因素低、諧波大相控整流電路功率因素：九二卩cosa（基波電流因子卩二+，a:觸發(fā)角）afcosaI,卩1（諧波增加）九降低。2、閉環(huán)系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)SCR導(dǎo)通后失控，相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)之間相隔：?jiǎn)蜗鄻蚴诫娐?0ms,三相橋式3.3ms,時(shí)滯在010ms（3.3ms）之間隨機(jī)分布；為了抑制輸出端紋波，一般帶有較大輸出濾波電容電感f電路難以對(duì)擾動(dòng)做出快速反應(yīng)。二、PWM整流（調(diào)節(jié)占空比）1、電路拓?fù)浼肮ぷ?/p>

5、原理usT1uNisLs玄D1T2iOD2u0LrCOD3D4-I-Cr注：Ls:電路工作在Boost狀態(tài)所需。Lr、Cr:濾除i0中二次諧波。工作原理：假設(shè)C0足夠大，使得u0三U0。（1）i0>0,us>0（電源電壓正半周），D1、D4導(dǎo)通，uN二+U0；i0>0,us<0（電源電壓負(fù)半周），D2、D3導(dǎo)通，uN=-U0o此時(shí)Ls釋放能量,與電源us一起向負(fù)載供電。（2）is>0,D1、T2或T3、D4導(dǎo)通；is<0,D2、T1或T4、D3導(dǎo)通，電源us沿Ls短路。此時(shí)uN=0,Ls儲(chǔ)能，負(fù)載R則依靠C0放電維持。（3）i0<0,us<0,T

6、1、T4導(dǎo)通,uN=+U0;i0<0,us>0,T2、T3導(dǎo)通,uN二一U0。負(fù)載饋能,與電源us一起向Ls儲(chǔ)能。橋路的輸入電壓uN波形將如圖所示。若uN波形是采用SPWM調(diào)制而成，uN中將含有很少的諧波成分。同步整流1、將功率MOS反接作為整流電路中的整流管，稱為同步整流。主要用于低壓大電流集成電路中。2、同步整流原理¥濂極25陽(yáng)極0A5電路哥形符號(hào)RrO772T:,驅(qū)動(dòng)信號(hào)也是高電平詆電平，則MOS管關(guān)斷;門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)和源極電壓同步，如源極為高電平時(shí)則MOS管導(dǎo)通；反之，源極為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)也是這樣就自然實(shí)現(xiàn)了整流，而且電流也只能由源極s流向漏極D。由于是通過(guò)門極

7、信號(hào)和源極電壓同步來(lái)實(shí)現(xiàn)整流的，因此把這種整流方式稱為同步整流。功率MOS管反接，其固有的體二極管極性卻是正向的。有時(shí)要利用它先導(dǎo)通，以便過(guò)渡到功率MOS管進(jìn)入整流狀態(tài)。但由于體二極管的正向壓降較大，常常不希望它導(dǎo)通或?qū)〞r(shí)問(wèn)過(guò)長(zhǎng)。同步整流的技術(shù)關(guān)鍵是掌握好反接MOS的控制時(shí)序。若MOS開通過(guò)晚、關(guān)斷過(guò)早，電流將流過(guò)體二極管，使導(dǎo)通損耗加大。若MOS開通過(guò)早、關(guān)斷過(guò)晚，在橋臂回路中就可能形成橋臂斷路。3、典型同步整流電路及其控制時(shí)序(2)SR-Flyback反激VT1VF1(1)SR-Buck(3)SR-Forward正激VT1VF1VF24、同步整流驅(qū)動(dòng)方式主要有：自驅(qū)動(dòng)（Self-driv

8、en:驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)自電路自身中某一元件的電壓或電流）、外（控制）驅(qū)動(dòng)（External-drivenorcontrol-driven外驅(qū)動(dòng)有專門的驅(qū)動(dòng)芯片）；電壓型、電流型驅(qū)動(dòng)等。幾種典型SR電路的電壓型自驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)都直接取自變壓器二次繞阻。*SR倍流電壓型自驅(qū)動(dòng)尚有通過(guò)變壓器耦合（驅(qū)動(dòng)取自變壓器副邊另加的附加繞組）以及驅(qū)動(dòng)取自濾波電感的電路等。自驅(qū)動(dòng)尤其是電壓型自驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單易行，但自驅(qū)動(dòng)方式的驅(qū)動(dòng)信號(hào)存在：易受變壓器原邊輸入電壓以及負(fù)載影響、開關(guān)管通斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)有較大信號(hào)尖峰、變換器死區(qū)時(shí)段無(wú)法提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)等問(wèn)題，故建議盡量選用外驅(qū)動(dòng)方式。5、倍流整流is*iD1usL1iLliLi0CRi

9、LiD2立VD2L2iL2圖中,L1=L2。當(dāng)us>0:is-Ll-負(fù)載一VD2構(gòu)成回路（電源供能,LI儲(chǔ)能）。同時(shí),L2經(jīng)負(fù)載一VD2構(gòu)成回路釋能，有is=iL1,iL=iL1+iL2o當(dāng)usvO:is-L2-負(fù)載一VD1構(gòu)成回路（電源供能,L2儲(chǔ)能）。同時(shí)丄1經(jīng)負(fù)載一VD1構(gòu)成回路釋能，有is=iL2,iL=iL1+iL2。因L1=L2,iL1、iL2在一個(gè)電源周期中的平均值相同第3章DC/DC變換（直流變換）目的：將DC-可調(diào)DC。主要類型：直接、間接；硬開關(guān)、軟開關(guān)。3.1基本電路拓?fù)浞歉綦x型電路（直流斬波電路）/直接變換電路1、降壓（Buck）型電路電感電流連續(xù)工作模式（CCM

10、）2rU.VDzLK匚二1LVDzC二二Sr'2、升壓（Boost）型電路電感電流連續(xù)工作模式（CCM）'LLVDSs0u0<D<1升壓壓不可能低于其輸入電壓且070u0LtUoUi相同。應(yīng)避免D接近于1,以免造成電路損壞C二R、匕:I1-Di波動(dòng)越L小。Ct,XVVVLTTVTVD/szrr+lL零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路(Boost-ZVTPWM)升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的原理圖S1升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的理想化波1通、VD通，uLr二Uo,iLr線性增長(zhǎng),，iVD下降到零，二極管自然關(guān)斷；QS讓r=IL，iVSt0-11降，直到tt1-12時(shí)段0-S1Q通、V

11、D斷，此時(shí)Lr與Cr構(gòu)成諧振回路，由于L很大，諧振過(guò)程中其電流基本不變廠對(duì)諧振影響很小，可以忽略。諧振過(guò)程中fiLr增加而uCr下降，t2時(shí)刻uCr降至到零,VDS導(dǎo)通，uCr被箝位于零，而iLr保持不變；t2-13時(shí)段：uCr被箝位于零，而iLr保持不變，這種狀態(tài)一直保持到t3時(shí)刻S開通、S1關(guān)斷；t3-14時(shí)段：t3時(shí)刻S開通時(shí)，uS為零，零壓開通因此沒(méi)有開關(guān)損耗。S開通的同時(shí)S1關(guān)斷，Lr中的能量通過(guò)VD1向負(fù)載側(cè)輸送，uLr下降，而iS線性上升,到t4時(shí)刻iLr=0，VD1關(guān)斷，iS=IL，電路進(jìn)入正常導(dǎo)通狀態(tài)；t4-15時(shí)段：t5時(shí)刻S關(guān)斷，由于Cr的存在，S關(guān)斷時(shí)的電壓上升率受到限

12、制,降低了S的關(guān)斷損耗。3、各種不同的非隔離型電路比較電路特點(diǎn)電壓比開關(guān)和二a管承受最高電壓應(yīng)用降樂(lè)型只能降壓不能升壓，輸出與輸入同極性，輸入電流脈動(dòng)大，輸出電流脈動(dòng)小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單uMS=uiUMD=Ui各種降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電路升樂(lè)型只能升壓不能降壓，輸出與輸入同極性，輸入電流脈動(dòng)小，輸出電流脈動(dòng)大，不_1U.1-DUms=UoUnid=Uo升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器、升壓舉功率因數(shù)校正電路升降樂(lè)舉能降壓能升壓，輸出與擁入極性相反，輸入輸出電流脈動(dòng)大，不能空載工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單匕一DS1-DuMS=ui+u0反相型開關(guān)穩(wěn)壓器Cuk型Buck電路：負(fù)載Boost電路：負(fù)亍能降壓能升壓，輸出與輸入極性相反，輸入輸出遏埶小,載側(cè)電壓波動(dòng)大6D電源側(cè)電流斷纟，電源側(cè)電流連Ums=UciUMD=UC1g。續(xù)。對(duì)輸入輸出紋波要求較高的反相型開關(guān)穩(wěn)壓器3uck-Boost電路：負(fù)載側(cè)電壓波動(dòng)大，電源側(cè)電流不連續(xù)。U二ECuk電路：負(fù)載側(cè)電壓波動(dòng)小，電源側(cè)電流連續(xù)。01-D與Cuk相比，Sepic、Zeta電路：電路元