电力电子装置及系统知识点总结

第一章

电力电子装置及系统的概念

电力电子控制系统

---电力电子装置和负载组成的闭环系统。在设计电路参数时，必须考虑负载因素(功率、特性等)。

定义：以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制的装置 电力电子装置的主要类型： AC/DC 变换器（整流器）

DC/DC 变换器（采用PWM 控制的变换器也叫直流斩波器）

AC/AC 变换器（输入输出频率相同叫做交流调压器，频率变化叫变频器） DC/AC 变换器（逆变器）

静态开关（静态开关通、断时没有触点动作，从而消除了电弧的危害。且静态开关由电子电路控制，自动化程度高。） 散热： 散热措施：

减少器件损耗：采用软开关电路，增加缓冲电路等措施。

散热措施：提高接触面光洁度，涂导热硅脂，施加合适安装压力。 选择有效散热面积大的散热器。

结构设计注意风道的形成，可以用水、油等介质管道帮助冷却。 缓冲电路

关断缓冲电路 开通缓冲电路

复合缓冲电路

过电流保护： 防止过电流：

互锁：桥臂中一开关器件有驱动信号时，绝对不允许另一开关器件有驱动信号，可以利用门电路将桥臂中两个驱动信号进行互锁。

死区：桥臂中两个开关器件都不允许开通的时间。时间为器件关断时间的1.5-2倍 电流信号检测

过电流保护方法：

①利用参数状态识别对单个器件进行自适应保护。当饱和压降超过限定值的时候，器件驱动电路自动封锁脉冲。②利用常规办法进行最终保护。晶闸管用快速熔断器，高频开关器件用电流检测，过流时限制电流，必要时封锁驱动脉冲。

第二章

1高频开关电源的基本组成：

（1）输入环节：输入浪涌电流抑制、瞬态电压抑制、线路滤波器、输入整流滤波

浪涌电流：在合闸的瞬间，由于输入滤波电容的充电，交流电源端阻抗低，产生浪涌电流。抑制方法：限流电阻加开关（将限流电阻串接于交流线路或整流桥后的直流母线上，开关与电阻并联）、采用负温度系数热敏电阻NTC、功率很小的开关电源直接在线路中串接电阻限制浪涌电流。

瞬态电压：在交流线路间并联压敏电阻或者瞬态电压抑制二极管（TVS）抑制输入瞬态电压

（2）功率变换电路（Buck变换、Boost变换、Buck/Boost变换、正激、反激、推挽、半桥、全桥）

（3）控制驱动保护电路：PWM电压控制模式、PWM峰值电流控制模式

3高频开关电源的控制模式：

PWM电压控制模式：容易但响应慢（最基本的一种控制方式：单一的电压闭环）

电压控制的原理如下图所示，它只有一个电压反馈环，误差放大器的输出与恒定频率的三角波相比较，通过脉冲宽度调制，得到要求的输出电压。单一回馈的电压环使设计和调试都比较容易；但是当输入电压或负载发生突变时，要经过主电路的输出电容和电感L延时，以及电压放大器时的延时，再传至PWM比较调制脉宽，使输出电压变化，这几个延时是电压控制模式瞬时响应慢的主要因素。

改善电压模式瞬态响应慢：采用电压前馈模式控制PWM（斜坡可变化，响应快）

输入电压对电阻、电容（R ff、C ff）充电产生可变化的锯齿波，当输入电压增高，充电电流

PWM 电流控制模式：

主要用于能周期出现峰值的电路。电流控制模式是一种固定时钟开启、峰值电流关断的控制方法。PWM 脉冲的开通时刻由振荡器脉冲决定，关断时刻由误差放大器输出U E 与代表电流峰值的信号U S 比较决定。峰值电流控制模式是双环控制系统，电压外环的输出控制电流内环，电流内环检测瞬时快速，它是采用逐个脉冲检测工作的。因此峰值电流控制模式比电压控制模式响应速度快，而且可以限制电路的峰值电流。

电流控制模式：引入电流内环→系统的稳定性增强；系统的动态特性得到改善；具有快速的限流能力；分为平均电流模式和峰值电流模式。

4单端反激式开关电源工作原理

工作原理：变压器PT 既是变压器也是一个线性电感，T 饱和导通时其等效阻抗近似为零，如果外加电压U i 恒定，流过绕组N 1的电流i 1线性增长，由于绕组N 1、N 2是反极性的，二极管D 截止，副边没有电流，导通期间的能量储存在初级电感里;当开关截止时，副边绕组感应电势使二极管导通，通过输出电容和负载释放磁场能量。根据副边绕组放电时间的不同，单端反激电源分为3种工作模式：不连续工作模式（DCM ）、临界工作模式和连续工作模式（CCM ）。

单端反激电源

5功率因数校正

分类：无源功率因数校正与有源功率因数校正（APFC）

6优缺点比较：

无源功率因数校正：优点：简单、成本低、可靠性高、电磁干扰EMI小。

缺点：体积、重量大，难以得到高功率因数(一般提高到0.9左右)。

有源功率因数校正：优点：能使电源的输入功率因数提高到接近1 ，功率因数得到改善。

缺点：相对于无源功率因数校正电路通过加电感和电容要复杂一些，且成本较高，可靠性降低

7有源功率因数校正

思路: 主要是控制已整流后的电流，使之在对滤波大电容充电之前，能与整流后的电压波形相同，从而避免电流脉冲的形成，达到改善功率因数的目的。

非连续电流模式功率因数校正器稳压原理：

引入前馈电压目的：使输出功率不受输入电压Ui 变化的影响，维持了输出电压的快速稳定。具有良好的动态响应和负载调整特性。

8基于滞环电流控制的PWM 高频整流

当反馈电流i f i g +i h /2，通过控制使得输入电流i s 减小; 滞环调节保证i s 始终跟踪给定电流i g ；

若给定电流波形为正弦波，与输入电压同相位，滞环i h 恒定，则输入电流i s 跟踪i g ，波形也接近正弦波。