現(xiàn)代電力電子技術(shù)作業(yè)

1、第一次作業(yè)1、電壓型和電流型開關(guān)器件的工作原理（1）電壓型（MOSFET、IGBT）：通過在控制端與公共端之間施加一定的電壓信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)器件的導(dǎo)通或關(guān)斷的控制。實(shí)際上是該電壓信號(hào)在器件的兩個(gè)主電路端子之間產(chǎn)生可控的電場(chǎng)，進(jìn)而來改變流過器件的電流大小和通斷狀態(tài)。MOSFET工作原理：導(dǎo)通條件：漏源電壓為正，柵源電壓大于開啟電壓。 關(guān)斷條件：漏源極電壓為正，柵源極電壓小于開啟電壓。IGBT工作原理：導(dǎo)通條件：集射極電壓為正，柵射極電壓大于開啟電壓； 關(guān)斷條件：柵射極電壓小于開啟電壓。（2） 電流型（SCR、GTO、GTR）：通過在控制端注入或抽出一定的電流實(shí)現(xiàn)器件的導(dǎo)通或關(guān)斷的控制。 SCR工作原

2、理：導(dǎo)通條件：正向陽極電壓，正向門極電壓； 關(guān)斷條件：必須使陽極電流降低到某一數(shù)值之下（約幾十毫 安）。兩種強(qiáng)迫關(guān)斷方式：電流換流和電壓換流。GTO工作原理：與普通晶閘管相同。開關(guān)速度高于普通晶閘管，di/dt承受 能力大于晶閘管。GTR工作原理：導(dǎo)通條件：集射極加正向電壓，基極加正向電流； 關(guān)斷條件：基極加負(fù)脈沖。2、 二極管的反向擊穿機(jī)理 反向擊穿：PN結(jié)具有一定的反向耐壓能力，但當(dāng)反向電壓過大，超過一定限度，反向電流就會(huì)急劇增大，破壞PN結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)。 反向擊穿按照機(jī)理不同分為雪崩擊穿、齊納擊穿兩種形式。 雪崩擊穿：反向電壓增大，空間電荷區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度增大，使從中性區(qū)漂移進(jìn)入

3、空間電荷區(qū)的載流子被加速獲取很高動(dòng)能，這些高能量、高速載流子撞擊晶體點(diǎn)陣原子使其電離(碰撞電離) ，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)，新產(chǎn)生的電子與空穴被加速獲取能量，產(chǎn)生新的碰撞電離，使載流子迅速成倍增加， 即雪崩倍增效應(yīng)，導(dǎo)致載流子濃度迅速增加，反向電流急劇增大，最終PN結(jié)反向擊穿。 齊納擊穿：重?fù)诫s濃度的PN結(jié)，一般空間電荷區(qū)很窄，空間電荷區(qū)中的電場(chǎng)因其狹窄而很強(qiáng)，反偏又使空間電荷區(qū)中的電場(chǎng)強(qiáng)度增加，空間電荷區(qū)中的晶體點(diǎn)陣原子直接被電場(chǎng)電離，使價(jià)電子脫離共價(jià)鍵束縛，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，使反向電流急劇增加。3、 開通和關(guān)斷緩沖電路的基本類型有哪些（1） 根據(jù)緩沖電路的作用時(shí)刻，可將其分為關(guān)斷緩沖電路和開通緩

4、沖電路。如將關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路結(jié)合在一起，則稱其為復(fù)合緩沖電路。關(guān)斷緩沖電路：又稱為du/dt抑制電路，用于吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路：又稱為di/dt抑制電路，用于抑制器件開通時(shí)的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。（2） 根據(jù)組成緩沖電路的元件類型，可將其分為無源和有源緩沖電路。無源緩沖電路：由無源元件構(gòu)成，如RC、RCD、LCD緩沖電路，無源緩沖電路不需要控制和驅(qū)動(dòng)電路，所以電路簡(jiǎn)單，在工程設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。有源緩沖電路：不僅包含無源和有源元件，還包括一些控制電路和全控性開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路，所以電路構(gòu)成復(fù)雜。（3） 還可分

5、為耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路耗能式緩沖電路（如RC、RCD緩沖電路）：緩沖電路中儲(chǔ)能元件的能量消耗在其吸收電阻上。 饋能式緩沖電路（如LCD緩沖電路）：緩沖電路能將其儲(chǔ)能元件的能量回饋給負(fù)載或電源，也稱無損吸收電路。4、 開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電路的基本要求基本要求： 改善器件動(dòng)靜態(tài)性能：作為功率開關(guān)希望減小器件損耗，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)保證器件的充分導(dǎo)通和可靠關(guān)斷以降低器件的導(dǎo)通和開關(guān)損耗。 實(shí)現(xiàn)與主電路的電隔離：由于大多數(shù)主電路是高電壓格局，要求控制信號(hào)與柵極間無點(diǎn)耦合。 具有較強(qiáng)的抗干擾能力：目的是防止器件在各種外干擾下的誤開關(guān)，保證器件在高頻工況下可靠工作。 具有可靠地保護(hù)能力：當(dāng)主電路或驅(qū)動(dòng)電路自身

6、出現(xiàn)故障時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)迅速封鎖輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)并正確關(guān)斷器件以保證器件的安全。（1）電壓驅(qū)動(dòng)型器件（電力MOSFET和IGBT）的驅(qū)動(dòng)電路的基本要求 為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻。 使電力MOSFET開通的柵源極間驅(qū)動(dòng)電壓一般取1015V，使IGBT開通的柵射極間驅(qū)動(dòng)電壓一般取15 20V。 關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓（一般取-5 -15V）有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。 在柵極串入一只低值電阻（數(shù)十歐左右） 可以減小寄生振蕩，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動(dòng)器件電流額定值的增大而減小。（2）電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路的基本要求SCR觸發(fā)電路的基本要求： 觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠

7、導(dǎo)通，比如對(duì)感性和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的變流器應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。 觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，對(duì)戶外寒冷場(chǎng)合，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流的35倍，脈沖前沿的陡度也需增加，一般需達(dá)12A/us。 觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。 應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。GTO觸發(fā)電路的基本要求：開通控制與普通晶閘管相似，但對(duì)觸發(fā)脈沖前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門極電流，使GTO關(guān)斷需施加負(fù)門極電流，對(duì)其幅值和陡度的要求更高。GTR觸發(fā)電路的基本要求： 開通的基極驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)使其處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使

8、之不進(jìn)入放大區(qū)和深飽和區(qū)。關(guān)斷時(shí)，施加一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗，關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負(fù)偏壓。5、 半導(dǎo)體器件應(yīng)用中需要哪些保護(hù)？都有什么手段？ 主要有四種保護(hù)：（1） 過電壓保護(hù)：電路保護(hù)法，器件法(RC保護(hù)、壓敏電阻、硒堆等）；（2） 過電流保護(hù)：電子保護(hù)電路法，器件保護(hù)法（熔斷器、斷路器、短路器等）；（3） di/dt保護(hù)：串電感，開通緩沖吸收。（4） du/dt保護(hù)：RC阻容保護(hù)，關(guān)斷緩沖吸收電路。6、 半導(dǎo)體器件的性能參數(shù)有哪些？說明其意義。（1）電力二極管 正向平均電流：指電力二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，在指定的管殼溫度（簡(jiǎn)稱殼溫，用表示）和散

9、熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。 正向壓降：指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降。 反向重復(fù)峰值電壓：指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓。 最高工作結(jié)溫：指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度。通常在125175范圍之內(nèi)。反向恢復(fù)時(shí)間：指二極管電壓反相后，結(jié)電容中存儲(chǔ)電荷耗盡所需時(shí)間。浪涌電流：指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過電流。（2） 晶閘管斷態(tài)重復(fù)峰值電壓：是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。反向重復(fù)峰值電壓：是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電

10、壓。通態(tài)（峰值）電壓：晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。通態(tài)平均電流：國(guó)標(biāo)規(guī)定通態(tài)平均電流為晶閘管在環(huán)境溫度為40和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時(shí)所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。維持電流：維持電流是指使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安。擎住電流：擎住電流是晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流。浪涌電流：指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流。斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt：在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。通態(tài)電流臨界上升率d

11、i/dt：在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。（3） GTO 最大可關(guān)斷陽極電流：用來標(biāo)稱GTO額定電流。電流關(guān)斷增益：最大可關(guān)斷陽極電流與門極負(fù)脈沖電流最大值之比。開通時(shí)間ton：延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和。關(guān)斷時(shí)間toff：一般指儲(chǔ)存時(shí)間和下降時(shí)間之和，而不包括尾部時(shí)間。（4） GTR電流放大倍數(shù)、直流電流增益、集電極與發(fā)射極間漏電流Iceo、集電極和發(fā)射極間飽和壓降Uces、開通時(shí)間ton 和關(guān)斷時(shí)間toff。最高工作電壓：GTR上所加的電壓超過規(guī)定值時(shí)，就會(huì)發(fā)生擊穿。集電極最大允許電流：規(guī)定直流電流放大系數(shù)下降到規(guī)定的1/21/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的Ic。集電極最大耗散功率：

12、指在最高工作溫度下允許的耗散功率。（5） MOSFET跨導(dǎo)Gfs、開啟電壓UT以及開關(guān)過程中的各時(shí)間參數(shù)。漏極電壓：標(biāo)稱電力MOSFET電壓定額的參數(shù)。漏極直流電流和漏極脈沖電流幅值：標(biāo)稱電力MOSFET電流定額的參數(shù)。柵源電壓：柵源之間的絕緣層很薄，>20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿。極間電容：、和。漏源間的耐壓、漏極最大允許電流和最大耗散功率決定了電力MOSFET的安全工作區(qū)。（6） IGBT最大集射極間電壓：由器件內(nèi)部的PNP晶體管所能承受的擊穿電壓所確定的。最大集電極電流：包括額定直流電流和1ms脈寬最大電流。最大集電極功耗：在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。第二次作業(yè)1、 以單相PWM

13、整流電路為例，分析電路中各功率器件的導(dǎo)通狀態(tài)和電壓電流極性。說明其PWM整流電路的不同工作狀態(tài)。（1） 整流狀態(tài) 圖1：>0、T3通斷 圖2：>0、T2通斷 >0時(shí)。當(dāng)T3導(dǎo)通，通過T3、D4向Ls儲(chǔ)能，直流側(cè)電容向負(fù)載供電；當(dāng)T3關(guān)斷，Ls中儲(chǔ)存的能量通過D1、D4釋放, 與電源us一起向負(fù)載供電。當(dāng)T2導(dǎo)通，通過D1、T2向Ls儲(chǔ)能，直流側(cè)電容向負(fù)載供電；當(dāng)T2關(guān)斷，Ls中儲(chǔ)存的能量通過D1、D4釋放, 與電源us一起向負(fù)載供電。 圖3：<0、T1通斷 圖4：<0、T4通斷 <0時(shí)。當(dāng)T1導(dǎo)通，通過D2、T1向Ls儲(chǔ)能，直流側(cè)電容向負(fù)載供電；當(dāng)T1關(guān)斷，

14、Ls中儲(chǔ)存的能量通過D2、D3釋放, 與電源us一起向負(fù)載供電。當(dāng)T4導(dǎo)通，通過T4、D3向Ls儲(chǔ)能，直流側(cè)電容向負(fù)載供電；當(dāng)T4關(guān)斷，Ls中儲(chǔ)存的能量通過D2、D3釋放, 與電源us一起向負(fù)載供電。（2） 逆變狀態(tài)圖5 <0，>0時(shí)，T1、T4導(dǎo)通，；<0，<0時(shí)，T2、T3導(dǎo)通，。此時(shí)負(fù)載饋能, 與電源us一起向Ls儲(chǔ)能。圖6 >0，D1、T2或T3、D4導(dǎo)通；<0，D2、T1或T4、D3導(dǎo)通。電源沿短接，此時(shí)=0，儲(chǔ)能。負(fù)載R則依靠C0放電維持。（3） SVG狀態(tài)圖7通過控制MOS管的通斷，將直流側(cè)電壓逆變?yōu)榕c交流側(cè)電網(wǎng)電壓同頻的輸出電壓。當(dāng)僅考慮基波

15、頻率時(shí)，SVG可等效為一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的幅值和相位均可控的交流電壓源，改變的幅值及與的相位差，使得超前90°，從而使電路向交流電源送出無功功率。（4） 任意容性或感性運(yùn)行圖8 類似于SVG運(yùn)行狀態(tài)，通過對(duì)的幅值及與的相位差的控制，可以使超前或滯后任一角度，從而使電路工作在任意容性或感性狀態(tài)。2、 PWM整流電路的間接電流和直接電流控制的原理和特點(diǎn)。(1) 間接電流控制圖9 間接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖原理：直流給點(diǎn)電壓與實(shí)際的直流電壓比較后送入PI調(diào)節(jié)器，經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到與交流輸入電流的幅值成正比的直流電流指令信號(hào)。上面的乘法器是乘以與交流輸入電壓同相位的正弦信號(hào)，再乘以電阻，得到交流輸入電

16、流在上的壓降。下面的乘法器是乘以比網(wǎng)測(cè)電壓超前90°的余弦信號(hào)，再乘以電感的感抗，得到交流輸入電流在上的壓降。交流輸入電壓減去和得到，用該信號(hào)與三角載波比較后得到PWM開關(guān)信號(hào)，進(jìn)而控制整流橋得到需要的控制效果。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)；基于系統(tǒng)的靜態(tài)模型設(shè)計(jì)，其動(dòng)態(tài)特性較差。在信號(hào)運(yùn)算過程中用到電路參數(shù)Ls和Rs，當(dāng)Ls和Rs的運(yùn)算值和實(shí)際值有誤差時(shí)，會(huì)影響到控制效果。(2) 直接電流控制圖10 直接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖原理：直流給點(diǎn)電壓與實(shí)際的直流電壓比較后送入PI調(diào)節(jié)器，經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到與交流輸入電流的幅值成正比的直流電流指令信號(hào)。與交流輸入測(cè)量電壓相乘得到交流電流的指令信號(hào)。該指令信號(hào)和

17、實(shí)際交流電流信號(hào)比較后，通過滯環(huán)對(duì)各開關(guān)器件進(jìn)行控制，便可使實(shí)際交流輸入電流跟蹤指定值。特點(diǎn)：直接電流控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電流調(diào)節(jié)響應(yīng)快，控制運(yùn)算中未使用電路參數(shù)，系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)魯棒性好。3、 畫出一個(gè)全橋高頻同步整流電路原理圖，說明工作原理。圖11 單相全橋同步整流電路原理圖工作原理：（1） >0時(shí)，MOS1和MOS4開通（門極和源極均為高電平），MOS2和MOS3關(guān)斷（門極和源極均為低電平）。MOS1負(fù)載MOS4構(gòu)成回路。（2） <0時(shí)，MOS2和MOS3開通（門極和源極均為高電平），MOS1和MOS4關(guān)斷（門極和源極均為低電平）。MOS2負(fù)載MOS3構(gòu)成回路。4、 說明SR倍流同步整流

18、電路（驅(qū)動(dòng)）工作原理。 工作原理：（1）圖12 us>0時(shí)SR倍流電路電流流向 當(dāng)us>0時(shí)，VF2的門極和源極均為高電平，其導(dǎo)通；VF1的門極和源極均為低電平，其關(guān)斷。 isL1負(fù)載VF2 構(gòu)成回路(電源供能,L1儲(chǔ)能)；同時(shí),L2經(jīng)負(fù)載VF2構(gòu)成回路釋能,有is= iL1,iL=iL1+iL2。（2）圖13 us<0時(shí)SR倍流電路電流流向 當(dāng)us<0時(shí)，VF1的門極和源極均為高電平，其導(dǎo)通；VF2的門極和源極均為低電平，其關(guān)斷。 isL2負(fù)載VF1 構(gòu)成回路(電源供能,L2儲(chǔ)能)；同時(shí),L1經(jīng)負(fù)載VF1構(gòu)成回路釋能,有is= iL2,iL=iL1+iL2。5、 提高

19、整流電路的功率因數(shù)還有什么措施？ 提高晶閘管相控整流電路功率因數(shù)的措施有：（1）小觸發(fā)（控制）角運(yùn)行；（2）采用兩組對(duì)稱的整流器串聯(lián)；（3）增加整流相數(shù)；（4）設(shè)置補(bǔ)償電容；（5）采用不可控整流加直流斬波器調(diào)壓。第三次作業(yè)1、 單相雙管型斬波交流調(diào)壓分為有電流檢測(cè)和無電流檢測(cè)兩種，說明各自工作原理和特點(diǎn)。（1） 無電流檢測(cè)的非互補(bǔ)控制方式 圖1 單相雙管型斬波交流調(diào)壓電路 圖2 無電流檢測(cè)的電路時(shí)序圖工作原理：us正半周，VT2G、VT4G 恒為正值，VT3G 0，VT1G為PWM脈沖。VT1導(dǎo)通時(shí)，is經(jīng)VT1VD2負(fù)載Z構(gòu)成回路。VT1關(guān)斷時(shí)，i0經(jīng)VT4VD3負(fù)載Z續(xù)流，或經(jīng)ZVT2VD

20、1向電源回饋。us負(fù)半周,則VT1G、VT3G恒為正值, VT4G0, VT2G為PWM脈沖。VT2導(dǎo)通時(shí)，is經(jīng)負(fù)載ZVT2VD1構(gòu)成回路,。VT2關(guān)斷時(shí)，i0經(jīng)VT3VD4負(fù)載Z續(xù)流，或經(jīng)ZVT1VD2向電源回饋。特點(diǎn)：感性和容性負(fù)載時(shí)，u0會(huì)出現(xiàn)“失控區(qū)”。（2） 有電流檢測(cè)的非互補(bǔ)控制方式 圖3 有電流檢測(cè)的電路時(shí)序圖工作原理：在u0與i0同極性區(qū)域，控制信號(hào)時(shí)序分布與無電流檢測(cè)的相同, 非同極性區(qū)域則有差異。如u0過零反向, i0仍>0區(qū)域,VT2G0,VT4G為PWM脈沖列,VT4G=0時(shí),i0經(jīng)VT1VD2負(fù)載Z構(gòu)成回路,向電源回饋能量,此時(shí)u0=us。VT4G>0時(shí)

21、,i0經(jīng)VT4VD3負(fù)載Z續(xù)流,此時(shí)u0 =0。因此,u0的波形與阻性負(fù)載的波形相同。特點(diǎn)：非阻性負(fù)載時(shí)輸出電壓電流波形與阻性負(fù)載時(shí)相同，消除了失控現(xiàn)象。2、 畫出由18個(gè)開關(guān)管組成的三相矩陣式直接交流變換器電路，描述工作原理。 圖4 矩陣式變頻電路a) 主電路拓?fù)?b) 一個(gè)開關(guān)單元 c)三相輸入相電壓構(gòu)造輸出相電壓工作原理：用圖4a中第一行的3個(gè)開關(guān)S11、S12和S13共同作用來構(gòu)造u相輸出電壓uu，就可利用圖4c的三相相電壓包絡(luò)線中所有的陰影部分。對(duì)三相交流電壓進(jìn)行斬波控制，即進(jìn)行PWM控制。理論上所構(gòu)造的uu 的頻率可不受限制，但其最大幅值僅為輸入相電壓幅值的0.5倍。u相輸出電壓u

22、u 和各相輸入電壓的關(guān)系為：式中、和為一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)開關(guān)S11、S12、S13的導(dǎo)通占空比，且。在不同開關(guān)周期中采用不同占空比，即可得到與三相輸入電壓頻率和波形都不同的u相輸出電壓。同樣的方法控制上圖矩陣的第2行和第3行各開關(guān)，可以得到類似于u相的表達(dá)式。把這些公式合寫成矩陣形式，即，其中是調(diào)制矩陣，它是時(shí)間的函數(shù)，每個(gè)元素在每個(gè)開關(guān)周期中都是不同的。求得調(diào)制矩陣，就可得到所希望的三相輸出電壓。3、 單相單管型斬波交流調(diào)壓如下圖，說明其中交流輸入端電感和電容的作用。圖5 單相單管型斬波交流調(diào)壓電路Ls和Cs組成低通濾波器，可濾除交流側(cè)電流中的高次諧波。由上式可見，交流側(cè)電流除基波外，還含有(k

23、N±1)次諧波。提高載波比N可使最低諧波次數(shù)(N1次)提高，有利于輸入濾波。若考慮載波比N>>1, 在輸入側(cè)附加合適的小容量低通濾波Ls、Cs,使其截止頻率s小于us、is中的最低次諧波(N1)，即s<(N1)，則可濾除交流側(cè)電流中的諧波。4、 分析單相雙管型斬波交流調(diào)壓電路在感性負(fù)載時(shí)的工作特性。存在什么問題？如何改進(jìn)？ 圖6 單相雙管型斬波交流調(diào)壓電路及其時(shí)序圖感性負(fù)載的i0滯后于u0，在u0與i0不同號(hào)區(qū)域, 如u0過零反向, i0仍>0, 電流經(jīng)VT1VD2負(fù)載Z構(gòu)成回路,保持原來的方向，向電源回饋能量, 直到i0也過零反向。在這段時(shí)間,電路狀態(tài)保持不

24、變, u0=us如圖中所示, 出現(xiàn) 失控區(qū)”。 為消除非阻性負(fù)載的失控現(xiàn)象, 可采用有電流檢測(cè)的非互補(bǔ)控制方式，根據(jù)電壓和電流的極性來決定控制信號(hào)的時(shí)序分布。具體控制方式見1中（2）有電流檢測(cè)的非互補(bǔ)控制方式。第四次作業(yè)1、 查閱資料，說明隔離型（有變壓器）Cuk變換器的基本電路，工作原理和基本特點(diǎn)。其工作原理同Cuk型變換器原理是一樣的。當(dāng)S導(dǎo)通時(shí)，Ui對(duì)L1充電。當(dāng)S斷開時(shí)，Ui+EL1對(duì)C11及變壓器原邊放電，同時(shí)給C11充電，電流方向從上向下。附邊感應(yīng)出脈動(dòng)直流信號(hào)，通過VD對(duì)C12反向充電。在S導(dǎo)通期間，C12的反壓將使VD關(guān)斷，并通過L2、C2濾波后，對(duì)負(fù)載放電。 C11,Cl2的

25、作用是變壓器初、次級(jí)繞組均無直流流過。C12是用于傳遞能量的，所以Cuk電路是電容傳輸變換電路。磁心在兩個(gè)方向磁化，不需要加氣隙，體積可以做得很小?？梢赃M(jìn)行升降壓，輸入電源電流和輸出負(fù)載電流均連續(xù)。2、 分析Boost-QRC的四個(gè)工作階段的電路狀態(tài)。BoostZVS QRC BoostZVS QRC(半波模式)電路拓?fù)?BoostZVS QRC(半波模式)主要工作波形 (t0t1) (t1t2) (t2t3) (t3t4)BoostZVS QRC(半波模式)各開關(guān)狀態(tài)等效電路t0t1：t0時(shí)刻關(guān)斷VT，電流流過Cr對(duì)Cr進(jìn)行恒流充電，線性增加直至；t1t2：導(dǎo)通，Lr與Cr諧振工作。諧振電感

26、電流從0開始增加，到達(dá)時(shí)刻,到達(dá)最大值。時(shí)刻后>，Cr開始放電，開始下降到時(shí)刻減小為0；t2t3：導(dǎo)通，將VT的電壓鉗在零壓，此刻VT可零壓導(dǎo)通。至 時(shí)，自然截止（時(shí)間很短），VT開通電流轉(zhuǎn)移到VT，此刻諧振電感Lr兩端的電壓為。到t3時(shí)刻，減小為0，自然截止；t3t4：諧振電感Lr和諧振電容Cr停止工作，經(jīng)VT續(xù)流，負(fù)載由輸出濾波電容提供能量。3、 查閱資料，了解軟開關(guān)PWM-DC/DC變換器的電路種類和特性。軟開關(guān)PWM-DC/DC變換器主要有ZVS-PWM、ZCS-PWM、ZVT-PWM、ZCT-PWM四種。 ZVS QRC的基本開關(guān)單 ZCS QRC的基本開關(guān)單元 ZVS MRC

27、的基本開關(guān)單元 ZVS-QRC、ZCS-QRC：準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為正弦半波，電路的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲都大大下降。但負(fù)面問題為：諧振電壓峰值很高，要求器件耐壓必須提高；諧振電流的有效值很大，電路中存在大量的無功功率的交換，造成電路導(dǎo)通損耗加大；諧振周期隨輸入電壓、負(fù)載變化而改變，因此電路只能采用脈沖頻率調(diào)制（PFM）方式來控制，變頻的開關(guān)頻率給電路設(shè)計(jì)帶來困難。 ZVS-PWM電路的基本開關(guān)單元 ZCS-PWM電路的基本開關(guān)單元ZVS、ZCSPWM與ZVS、ZCSQRC電路組成相似，區(qū)別是引入了一個(gè)可控元件（一般引入的可控元件, ZVSPWM則是與Lr相并聯(lián), ZCSPWM則是與Cr

28、相串聯(lián)）。通過引入的可控元件打斷電路原來的諧振進(jìn)程，插入一段可控時(shí)間間隔，通過控制引入的可控元件的開通或關(guān)斷時(shí)間，改變這段時(shí)間間隔的長(zhǎng)短，借以進(jìn)行PWM輸出調(diào)節(jié)。電壓和電流基本上是方波，只是上升沿和下降沿較緩，開關(guān)承受的電壓明顯降低，電路可以采用開關(guān)頻率固定的PWM控制方式。 ZVT-PWM電路的基本開關(guān)單元 ZCT-PWM電路的基本開關(guān)單元ZVT、ZCTPWM將諧振電路元件與主開關(guān)管串聯(lián)改為相并，以減小由于諧振給電路帶來的電壓電流應(yīng)力以及額外損耗。輸入電壓和負(fù)載電流對(duì)電路的諧振過程影響很小，電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)和從零負(fù)載到滿載都工作在軟開關(guān)狀態(tài)。電路中無功功率的交換被削弱到最小，這使得

29、電路效率進(jìn)一步提高。4、 Buck-ZCT PWM工作原理和各狀態(tài)等效電路圖。 a） b）a） 初始狀態(tài)I0經(jīng)D0流通, uCr上負(fù)下正為負(fù)值；b） t0時(shí)刻VT近似零流開通(受Lr抑制), Lr、Cr經(jīng)D0諧振； c） d）c） iLr過零反向變負(fù)(自上而下為正方向), VD自然導(dǎo)通, VT可零壓關(guān)斷；d） 諧振至iLr=I0, D0零流截止, VT可近似零流開通； e） f）e） iLr反向過零變正(一個(gè)諧振周期), VD零流截止, D1自然導(dǎo)通, Lr、Cr經(jīng)D1、VT繼續(xù)諧振；f） iLr過零欲反向, D1零流截止, 諧振終止, I0經(jīng)VT流通, 電路以常規(guī)PWM方式運(yùn)行, 時(shí)間長(zhǎng)短取

30、決于占空比和電路頻率； g） h）g） VT再次近似零流開通, Lr、Cr經(jīng)E、VT構(gòu)成諧振回路, 為VT零流關(guān)斷作準(zhǔn)備；h） iLr過零反向變負(fù), VD自然導(dǎo)通(VT可零壓關(guān)斷), Lr、Cr經(jīng)I0構(gòu)成諧振回路, iLr反向, iVT； i） j）i） iLr=I0, VD自然導(dǎo)通, VT零流關(guān)斷, iLr反向至最大, 而后反向；j） iLr=I0, VD零流截止, iLr維持I0恒流向負(fù)載釋放能量, 這段時(shí)間很短暫； k） l）k） uCr= 0 , D0自然導(dǎo)通, Lr、Cr再次諧振；l） iLr反向過零欲變正, VD零流截止, 整個(gè)諧振結(jié)束, uCr恢復(fù)到初值, I0經(jīng)D0流通,電路恢

31、復(fù)到初始狀態(tài)。5、 分析Buck-ZVT PWM工作原理，畫出一個(gè)典型工作原理周期的相關(guān)電壓、電流波形。 t0前 t0t1t0前：VT, VT斷態(tài), uCr=E，i0I0(L0較大)經(jīng)D0續(xù)流；t0t1：t0時(shí)VT近似零流開通(受Lr抑制), iLr線性,iD0，t1時(shí)iLr= I0, iD0=0, D0自然截止； t1t2 t2t3t1t2：D0斷開，Lr、Cr諧振(Cr放電, uCr逐漸減小，iLr繼續(xù)增加儲(chǔ)能)。t2時(shí)刻，iLr=iLrmax、uCr=0；t2t3：Cr欲反向,VD導(dǎo)通,VT及Lr兩端電壓被鉗位在零, iLr=iLmax； t3t4 t4t5t3t4：t3時(shí)刻，VT零壓開

32、通, VT迅速關(guān)斷,。Lr經(jīng)Ca、D2釋能(由于VT、D2導(dǎo)通, Ca相當(dāng)于并聯(lián)在VT兩端, VT近似零壓關(guān)斷), Lr的能量向Ca轉(zhuǎn)移(若Ca取值恰當(dāng), Lr全部能量轉(zhuǎn)移給Ca恰好使uCa= E。否則,若Ca取值偏大, uCa將達(dá)不到E,偏小則uCa=E后,多余能量會(huì)傳給負(fù)載)。t4時(shí)刻，iLr=0,D2零流截止。t4t5：電路為常規(guī)PWM電路，E經(jīng)VT向負(fù)載供電；t5t6t5t6：t5時(shí)刻，VT近似零壓關(guān)斷(Cr抑制), D3零壓導(dǎo)通(uCa=E)。E向Cr充電,Ca向負(fù)載放電。t6時(shí)刻，uCa=0, D0零壓導(dǎo)通, D3零壓截止, 回到初始狀態(tài)。Buck-ZVT PWM電路一個(gè)工作周期相

33、關(guān)電壓、電流波形6、 根據(jù)升壓型PFC原理結(jié)構(gòu)圖，查閱資料說明每個(gè)環(huán)節(jié)的作用和實(shí)現(xiàn)原理。7、 PFC中的電流連續(xù)、電流斷續(xù)和臨界模式各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？8、 說明PFC常用控制策略的基本原理和特性。9、 如何理解“降壓型PFC濾波困難、噪聲大、開關(guān)管電壓應(yīng)力大以及控制驅(qū)動(dòng)電平浮動(dòng)”？BUCK PFC電路降壓式電路的輸入電流不連續(xù)，造成濾波困難；在高頻情況下開關(guān)損耗急劇增大、電路轉(zhuǎn)換效率降低、電磁噪聲增加；工作過程中開關(guān)管所承受的最大電壓為輸入電壓的最大值，造成電壓應(yīng)力大；開關(guān)管門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)地與輸出地不同，導(dǎo)致控制驅(qū)動(dòng)電平浮動(dòng)、驅(qū)動(dòng)較復(fù)雜。10、 在APFC的常規(guī)控制方式中，DCM和CCM模式的實(shí)現(xiàn)

34、手段都有哪些？為什么說平均電流方式在DCM和CCM模式下均適用？DCM模式控制方式：恒頻控制方式、恒導(dǎo)通時(shí)間控制方式；CCM模式控制方式：平均電流型、峰值電流型、滯環(huán)電流型、單周期控制。因?yàn)槠骄娏鞣绞绞瞧仁闺姼须娏鱥L的平均值跟蹤電流基準(zhǔn)而接近正弦, 并與輸入電壓同相位，所以其在DCM和CCM模式下均適用。11、 根據(jù)電路原理圖和基本波形分析APFC的單周期控制方式的工作原理和工作過程。 工作原理：由知，若在任一開關(guān)周期都設(shè)法保證是一個(gè)純電阻，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)的線性跟蹤，達(dá)到功率因數(shù)校正目的。又因?yàn)椋瑑蛇呁艘訰S（電流取樣電阻）得，在電路整個(gè)工作過程中，保證和基本恒定不變, 就可使為純電阻, 實(shí)

35、現(xiàn)了對(duì)的線性跟蹤。為了保證電路整個(gè)工作過程中和基本恒定不變, 可使輸出端的電容足夠大恒定不變。輸出電壓經(jīng)電阻分壓得到的采樣值與輸出電壓基準(zhǔn)比較后, 其差值通過PI調(diào)節(jié)得到(引入PI調(diào)節(jié)目的利用其無差調(diào)節(jié)功能維持Vo恒定)，目的是保證與期望輸出的差值為零, 進(jìn)而使在電路整個(gè)工作過程中也基本保持恒定。工作過程： 當(dāng)每個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，RS觸發(fā)器的Q端輸出正脈沖使開關(guān)VQ導(dǎo)通上升。同時(shí)復(fù)位開關(guān)S關(guān)斷，積分器開始對(duì)積分輸出。與積分器輸出相減, 其差值與進(jìn)行比較，兩者相等時(shí), 比較器翻轉(zhuǎn)并輸出負(fù)脈沖使得開關(guān)VQ關(guān)斷下降。同時(shí)開關(guān)S導(dǎo)通使積分器復(fù)位置零, 為下一周期做好準(zhǔn)備。下一周期同樣，周而復(fù)始。12、

36、 CCM、DCM兩種方式控制中一般都用乘法器，說明乘法器功能。舉例說明。乘法器的功能：調(diào)節(jié)直流電壓；進(jìn)行功率因數(shù)校正，提高交流側(cè)PF值。 如上圖在CCM電流控制模式中：將直流電壓給定信號(hào)和實(shí)際直流電壓比較后進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，將電壓調(diào)節(jié)的輸出和整流后的正弦半波電壓信號(hào)相乘得到直流電流的基準(zhǔn)信號(hào)，該基準(zhǔn)信號(hào)和實(shí)際直流電感電流信號(hào)比較后進(jìn)行電流調(diào)節(jié)，電流調(diào)節(jié)輸出通過PWM發(fā)生器產(chǎn)生PWM脈沖對(duì)開關(guān)管進(jìn)行控制，便可使輸入直流電流跟蹤指令值，這樣交流側(cè)電流波形將近似成為與交流電壓同相的正弦波，使得交流側(cè)PF值接近于1。13、 除去單端正激和單端反激之外，間接DC-DC變換器還有哪些基本類型？畫出電路結(jié)構(gòu)。除

37、去單端正激和單端反激之外，間接DC-DC變換器還有半橋型電路、全橋型電路、推挽型電路。 半橋型電路 全橋型電路推挽型電路第五次作業(yè)1、 單相電壓型逆變器，阻感性負(fù)載，分析其一個(gè)工作周期的電壓電流波形和各管子工作狀態(tài)。方波逆變： 單相電壓型逆變電路 單相電壓型逆變電路工作波形工作狀態(tài)：、T1、T4通，,>0且逐漸增大，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；、D2、D3通，,>0且逐漸減小，負(fù)載側(cè)電感將將吸收的無功能量反饋回直流側(cè)；、T2、T3通，,<0且逐漸增大，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；、D1、D4通，,<0且逐漸減小，負(fù)載側(cè)電感將將吸收的無功能量反饋回直流側(cè)。2、 單相全橋逆變器，串聯(lián)負(fù)

38、載諧振型負(fù)載電路。試分析逆變器的各功率管的工作狀態(tài)。串聯(lián)諧振單相全橋逆變電路第一階段：首先觸發(fā)晶閘管SCR1、SCR4,電流通過正端流入,經(jīng)過SCR1、串聯(lián)振蕩負(fù)載、SCR4,再由負(fù)端流出,此時(shí)補(bǔ)償電容C充上了左正右負(fù)的電壓。 第二階段：由于電流波形為正弦波,當(dāng)電流反向的時(shí)候,電流就通過與SCR1、SCR4同橋臂的續(xù)流二極管D1、D4續(xù)流,同時(shí)給SCR1、SCR4加上了反壓,使SCR1、SCR4關(guān)斷。 第三階段：經(jīng)過一段時(shí)間,當(dāng)SCR1、SCR4完全關(guān)斷后,同時(shí)觸發(fā)晶閘管SCR2和SCR3。此時(shí)由于晶閘管SCR2、SCR3兩端均加有正壓,因此馬上就能導(dǎo)通。電容C通過續(xù)流二極

39、管D1、晶閘管SCR2回路和續(xù)流二極管D4、晶閘管SCR3回路放電。當(dāng)電容C放電完成后,續(xù)流二極管D1、D4中不再通過電流,整個(gè)回路電流走向?yàn)?正端流入,經(jīng)過SCR2、串聯(lián)振蕩負(fù)載、SCR3,負(fù)端流出。電容C開始反向充電,充上左負(fù)右正的電壓。第四階段：當(dāng)電流再一次反向時(shí),電流將通過續(xù)流二極管D2、D3續(xù)流,同時(shí)給SCR2、SCR3加上反壓,使晶閘管SCR2、SCR3關(guān)斷。 第五階段：當(dāng)SCR2、SCR3 關(guān)斷后,觸發(fā)SCR1、SCR4,電容C通過D2、SCR1回路和D3、SCR4回路放電。當(dāng)電容C放電完成后,續(xù)流二極管D2、D3中不再通過電流,整個(gè)回路電流走向?yàn)?正端流入,

40、經(jīng)過SCR1、串聯(lián)振蕩負(fù)載、SCR4,負(fù)端流出。電容C開始充電,充上左正右負(fù)的電壓。 以后開始重復(fù)以上過程。3、 電壓型逆變器與電流型逆變器的區(qū)別有哪些？從結(jié)構(gòu)和特性等方面闡述。7、電壓型逆變器和電流型逆變器各有什么特點(diǎn)？、直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)大電容相當(dāng)于電壓源，直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗；、由于直流電壓源的鉗位作用，交流輸出電壓為矩形波且與負(fù)載阻抗角無關(guān)，而交流輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗不同而不同；、當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需提供無功功率，直流側(cè)電容起到緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管；、電壓型逆變器同一橋路的上

41、下橋臂換相之間需留一定死區(qū)時(shí)間以防橋路短路。電流型逆變器：、直流側(cè)為恒流源,或串聯(lián)大電感相當(dāng)于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗；、交流輸出電流為矩形波，與負(fù)載阻抗角無關(guān)。輸出電壓波形和相位因負(fù)載阻抗不同而不同；、對(duì)于阻感負(fù)載一般需并聯(lián)電容以提供負(fù)載所需無功，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。因?yàn)榉答仧o功能量時(shí)直流電流不反向，因此不必給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管；、開關(guān)管一般需串聯(lián)二極管以增強(qiáng)抵御反壓能力，且一般需串聯(lián)小電感以防止開關(guān)管換相時(shí)過大的di/dt。電流型逆變同一橋路的上下橋臂換相之間需有一定重疊時(shí)間以防負(fù)載開路。、控制則與電壓源型類似，只是電壓源型主要控制電壓波形，電流源型則主要控制電流波形。4、 圖示描述說明全橋移相電壓型逆變器的工作原理。單相電壓型逆變電路單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式工作波形 移相電壓型逆變器的工作原理為，通過調(diào)節(jié)(移相臂滯后固定臂的角度)來改變輸出電壓波形、從而改變輸出電壓基波有效值，實(shí)現(xiàn)橋內(nèi)調(diào)壓和輸出功率的調(diào)節(jié)。其具體工作過程為：、T1、T4通，,>0且逐漸增大，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；、T4、D3通，,>0且逐漸減小，負(fù)載側(cè)續(xù)流；、D2、D3通，,>0且逐漸減小，負(fù)載側(cè)向直流側(cè)回饋能量；、T2、T3通，,<0且逐漸增大，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；、D1、T2通，,&