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-icInterference)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,***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≈。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,,时滞在0~10ms()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CrLrRC0D4T4T3D3D2T2T1D1abLsusuNu0isi0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)i0>0,us>0(电源电压正半周),D1、D4导通,uN=+U0;i0>0,us<0(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)is>0,D1、T2或T3、D4导通;is<0,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。U0-U0uNt(3)i0<0,us<0,T1、T4