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-ic 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,***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
Cr
Lr
R
C0
D4
T4
T3
D3
D2
T2
T1
D1
a
b
Ls
us
uN
u0
is
i0
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