【2017年整理】现代电力电子技术学习笔记.doc

绪论 高频化（MHz水平）: 提高性能、效率、功率密度，减小储能元件体积，便于装置小型轻便化，如变压器、电感、电容体积→ Hz平方根成反比。 高频化带来主要问题: 开关元件功耗、开关应力问题；寄生分布参数影响及EMI(Electro-Magnetic Interference)等问题。 《宽禁带半导体电力电子器件及应用》，陈治明、李守智编著，机械工业出版社，2009年1月 电力电子器件 概念：工作在开关状态、用于功率转换的、电力半导体器件。 半导体：本征半导体中存在空穴和自由电子两种载流子, 并且两种载流子数量是相等的→这是半导体区别于金属导体的一个基本特点。空穴导电占优势的半导体称作P(Positive) 型半导体，自由电子导电占优势的N (Negative)型半导体。 PN结：扩散与漂移运动在一定温度下达到动态平衡时，形成一个总量不变、稳定的由空间电荷构成的“空间电荷区”。在整个空间电荷区范围，正负电荷数量相等，整体保持电中性，称PN结。常温下硅PN结的U0≈0.7V。 在PN结上外加正向电压VF，使扩散运动得到增强，在外电路作用下会形成稳定的、源源不断的扩散电流，若外加正向电压VF升高，则会进一步削弱内电场、增大扩散电流。故正向偏置的PN结呈现为一个很小的电阻，流过较大的正向电流。 PN结电容主要由势垒电容和扩散电容组成。在PN结正偏状态下，当正向电压较低时，扩散运动较弱，扩散电容相对较小，势垒电容相对占主要成份。正向电压较高时，扩散运动加剧，扩散电容近似按指数规律上升，扩散电容则成为主要成份。 PN结反偏时，扩散运动被强烈抑制，扩散电容很小，PN结电容则以势垒电容为主，如图所示。 各种电力电子器件相关内容： (1) 类型及特点； (2) 通、断过程机理； (3) 特性、主要性能参数及其意义； (4) 电路运行条件对器件性能或特性的影响； (5) 驱动及要求； (6) 使用保护(电压保护、电流保护等)。 AC/DC变换（整流变换） 主要类型：相控、斩控（PWM整流） (传统)相控整流电路（调节） 改变触发脉冲位置(触发角)，改变输出整流电压大小。 单相半波可控整流电路、单相全波可控、单相桥式全控、单相桥式半控、三相桥式全控、带平衡电抗器的双反星形可控整流电路。 相控(传统)整流的主要缺陷： 网侧功率因素低、谐波大 相控整流电路功率因素： (基波电流因子，：触发角) ↑——↓，↓（谐波增加）——降低。 闭环系统难以实现快速调节 SCR导通后失控, 相邻两个转换点之间相隔：单相桥式电路10ms, 三相桥式3.3ms, 时滞在0～10ms(3.3ms)之间随机分布; 为了抑制输出端纹波, 一般带有较大输出滤波电容电感→电路难以对扰动做出快速反应。 PWM整流（调节占空比） 电路拓扑及工作原理 注：Ls:电路工作在Boost状态所需。Lr、Cr:滤除i0中二次谐波。 工作原理：假设C0足够大，使得u0≡U0。 (1) i00,us0(电源电压正半周)，D1、D4导通，uN=＋U0； i00,us0(电源电压负半周)，D2、D3导通，uN=－U0。 此时Ls释放能量,与电源us一起向负载供电。 (2) is0,D1、T2或T3、D4导通; is0,D2、T1或T4、D3导通,电源us沿Ls短路。 此时uN=0,Ls储能,负载R则依靠C0放电维持。 (3) i00,us0,T1、T4导通,uN=＋U0; i00,us0,T2、T3导通,uN=－U0。 负载馈能,与电源us一起向Ls储能。 桥路的输入电压uN波形将如图所示。若 uN波形是采用SPWM调制而成，uN中将含有 很少的谐波成分。 同步整流 将功率MOS反接作为整流电路中的整流管，称为同步整流。主要用于低压大电流集成电路中。 同步整流原理 门极驱动信号和源极电压同步，如源极为高电平时，驱动信号也是高电平则MOS管导通；反之，源极为低电平时，驱动信号也是低电平，则MOS管关断；这样就自然实现了整流，而且电流也只能由源极s流向漏极D。由于是通过门极信号和源极电压同步来实现整流的，因此把这种整流方式称为同步整流。 功率MOS管反接，其固有的体二极管极性却是正向的。有时要利用它先导通，以便过渡到功率MOS管进入整流状态。但由于体二极管的正向压降较大，常常不希望它导通或导通时问过长。 同步整流的技术关键是掌握好反接MOS的控制时序。若MOS开通过晚、关断过早，电流将流过体二极管，使导通损耗加大。若MOS开通过早、关断过晚，在桥臂回路中就可能形成桥臂断路。 典型同步整流电路及其控制时序 SR-Buck SR-Flyback 反激 SR-Forward正