电力电子技术总复习

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说明： ② Features of power electronic devices（电力电 子器件的主要特征，与信息电子器件的不同点） • 容量远大于电子器件 • 工作在开关状态以减小功率损耗 • 由控制电路控制，控制电路与功率电路之间需要加驱动 电路 • 功率损耗远大于电子器件，需要散热器 说明： ③ 注意：计算开关损耗时，要先画出开关过程中 管子上的电压电流波形，电压电流波形不同，开关损耗的 计算式也不同。 说明：④通态损耗：
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本节小结
6、理解晶闸管(SCR) MOSFET) 器件的工作原理、特点、主 要参数的含义；掌握晶闸管额定电流的计算方法；理解电路 中dv/dt、di/dt参数对晶闸管器件的影响 。
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本节小结
说明：① 晶闸管额定电流计算 Average on-state current---IT(AV)
IAV
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说明：③ 驱动电路的功能/作用 Provide an interface between the control circuit and power switch (作为控制电路与功率开关间的接口) ⑴ 信号放大作用 ⑵ 使功率开关与控制电路电气隔离作用
⑶ 驱动信号整形作用
⑷ 过流过压预防和保护作用
Latching current (擎住电流）
for the same thyristor: IL≈(2~4) IH
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说明：③ 晶闸管基本概念 di/dt must be less than the rated value. If di/dt exceeds the rated value, the device may be damaged. Rate of rise of the voltage at turn-off---dv/dt If a thyristor is in a blocking state, a rapidly rising voltage applied across the device can cause high current flow through its internal junction capacitor. This current may be high enough to damage the device. Thus, the applied dv/dt must be less than the rated value.
通常主电路与控制电路之间的电压等级相差悬殊，为了 控制电路的安全器件，驱动电路一般需要隔离。另外，当 主电路含有多个功率器件时，由于这多个功率器件的驱动 端无公共信号端，因此这些驱动端的驱动信号必须隔离， 因而驱动电路必须进行隔离。
② 常用的隔离方式有：磁隔离（变压器隔离）和光隔 离（光耦隔离、光纤隔离）
I
1
i
2
(t )d (ωt )
② Find the average on state current through a SCR.
I AV I (1.5 ~ 2) 1.57
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说明：② 晶闸管基本概念 Holding current (维持电流） junction temperature ↑→IH↓
一、器件及应用 1、理解电力电子器件的主要损耗、与普通电子器件的不同点； 掌握开关器件的开关过程损耗(Switching loss)和通态损耗 (On-state loss)的基本计算方法。 说明：① Total power loss includes: • conduction loss(通态损耗) • Switching loss (开关损耗)(turn-off loss + turn-on loss) • off-state loss (断态损耗)(usually very small and can be neglected)
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说明： (3)主要概念： ①什么是连续工况、什么是不连续工况; ②注意各电路的输入电流是否连续，与Buck-boost 电路 相比， Cuk电路的一个重要特点是输入电流连续，因而不需 要另加输入滤波器。 ③各电路轻载或空载时会出现什么问题。 (4)主要计算：见例题和习题
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2、掌握隔离型DC-DC：Forward、Fly-back、Push-Pull、 Full bridge 和Half bridge 电路的工作原理和特点、开关 器件选择。注意它们隔离变压器的激磁电流如何复位。
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二、DC-DC 1、掌握 Buck、Boost、Buck-boost 和 Cuk 四种电路的基本 工作原理 (Operation principle ) 和各自特点。掌握除 Cuk 以 外的三种电路的输入输出电流电压关系（连续工况），以及开 关器件、二极管、电感和滤波电容的选择计算。 说明： (1)会叙述工作原理；会画Buck、Boost、Buck-boost电 路，会画这3个电路连续工况下各器件上的电压、电流波形； 会推导这3个电路输出电压表达式。 (2)理解Cuk电路的工作原理。
s
+
Df Vd Sw Dov Cov Io Rov
The roles of elements Cov的作用是限制Sw上的dv/dt和限制关断过电压； Rov的作用泄放Cs上的能量，并限制放电电流； Ds的作用是提供Cs充电回路，更好发挥限制上Sw的dv/dt 和限制关断过电压的作用。
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5、掌握电力电子器件的驱动技术。 说明：① 功率开关与控制电路之间为什么需要隔离：
说明：
(1)会叙述工作原理，会画Forward、Fly-back，Push-Pull、 Full bridge 和Half bridge 电路，会画这5个电路各器件上的 电压、电流波形；会分析各管子承受的电压应力。
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(2)主要概念：① Forward、Fly-back 属单端激磁电路， Full bridge 、Push-Pull、Half bridge 属双端激磁电路； ② 在一个工作周期内变压器铁芯的激磁电流或磁通必须复 位，否则会造成铁芯磁通饱和； ③ 典型Forward 电路的激磁电流通过去磁绕组实现磁通复 位， Fly-back 电路在开关管截止器件通过向负载释放激磁 能量实现磁通复位，Push-Pull、Full bridge 、Half bridge 电路也是通过向负载释放激磁能量实现磁通复位。 ④ 为了防止直流偏磁，在Push-Pull、 Full bridge 、Half bridge 电路的变压器原边一般要串隔直电容。 (3)主要计算：见例题和习题
抑制器件在关断过程中承受的过电压
抑制器件在关断过程中承受承受的dv/dt 限制器件开通过程中承受的过电流和承受的di/dt
限制器件开通过程中承受的di/dt
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说明：②关断Snubber的三种形式。 R-C snubbers（用于二极管及晶闸管） Goal: Used to protect diodes and thyristors by limiting the maximum voltage and dv/dt at reverse recovery
+ Vd Ls Df
The roles of elements Cs的作用是限制Df上的dv/dt和关 断过电压； Rs的作用是限制Cs的放电电流。
Rs vD + Sw Cs
Io
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turn-off snubbers (关断Snubber)（用于全控器件） Goal: 改变可控器件的开关轨迹限制可控器件瞬时过电压和 dv/dt
Operation • Ds shorts out Rs during Sw turn-off. • During Sw turn-on, Ds reversebiased and Cs discharges through Rs.
+ iDf Df Io Ds Sw Rs Cs iCs
Turn-off snubber
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三、DC-AC 1、掌握SPWM的相关概念、术语和基本原理。 说明： ① 会画单相、三相逆变器的主电路； ② 理解SPWM的工作原理； ③ 基本术语 ： modulating frequency (调制频率), carrier frequency (载波频率) ， Amplitude modulation ratio (index) (调制比、调制深度)
I AV
rm s
1 2
I
I AV


0
I m sin tdt
Im

1 2


0
Im ( I m sin ωt ) d (ωt ) 2
2
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2 I I 1.57
☆ How to Calculate the rated current value of the SCR
① Find the rms value of the current through a SCR.
t4
0.25Irr
I rr t5 trr
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3、理解电力二极管、电力场效应晶体管(电力MOSFET)和绝 缘栅双极晶体管(IGBT)等常用电力电子器件的工作原理、特 点、主要参数的含义、静态特性。
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4、掌握电力电子器件的缓冲吸收技术。 说明：① Snubber 的作用。 改变器件开通/关断轨迹来降低器件的开关损耗
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说明：② 反向恢复的概念，软恢复、硬恢复。 二极管在关断过程中，由于半导体PN结需要进行反向充 电，以便与阻断电压相平衡，二极管中的电流会反向流动， 并持续一段时间后才衰减为零，这段时间称为反向恢复时 间trr。
“snappiness” factor 恢复系数
S=下降时间t5/延迟时间t4 Soft-recovery diode软恢复: t5>>t4 Abrupt-recovery diode硬恢复: t5<<t4