IEEE第17屆應(yīng)用電力電子技術(shù)會議概述

關(guān)鍵詞：IEEE；應(yīng)用電力電子技術(shù)會議(APEC)AnOverviewonSeventeenthAnnualIEEE

IEEE第17屆應(yīng)用電力電子技術(shù)會議(APEC)于2002年3月10～14日在美國得克薩斯州召開，論文集共收錄論文167篇。整個會議涉及到電力電子器件、電路、控制、應(yīng)用等方面，包括以下幾個主要專題：

1）電機傳動及控制（21篇）

與該專題有關(guān)的論文占有比較大的數(shù)量，研究熱點是無傳感器無刷直流電機、開關(guān)磁阻電機以及感應(yīng)電機的驅(qū)動、控制方法。對于無傳感器電機驅(qū)動的研究，主要使用直接、間接反電勢（BEMF）檢測法及高頻電壓信號注入法?？臻g矢量、直接轉(zhuǎn)矩控制是主要的PWM控制方法，控制的硬件實現(xiàn)幾乎都是基于DSP芯片。

2）功率因數(shù)校正（21篇）

論文研究了各種功率等級的PFC電路拓撲以及軟開關(guān)、無損吸收等技術(shù)在PFC電路中的應(yīng)用。通用小功率PFC一般都采用單級PFC（7篇）以減小體積，降低費用。還有許多論文雖然沒有在PFC專題中列出，但在討論其它專題，如軟開關(guān)、多電平、整流電路等都以PFC作為應(yīng)用對象。從整套論文集可以看出，PFC在其中占有很重要的地位，說明提高電力電子裝置的功率因數(shù)已成為全球關(guān)心的問題。

3）電壓調(diào)節(jié)模塊（VRM）(18篇)

隨著微處理器時鐘頻率的提高，對低電壓、大電流電源的需求成為必然。較多數(shù)量的論文從VRM的快速瞬態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)定性等方面出發(fā)討論了VRM的拓撲結(jié)構(gòu)（Buck、推挽、嵌位等）以及控制方法（閉環(huán)、反饋）。

4）磁性元件及其建模和設(shè)計（16篇）

濾波電感、高頻變壓器等磁性元件是電力電子電路中的常用元件，這些元件的磁芯損耗是人們研究的重點，以期通過研究和改進來提高裝置的效率和功率密度。有4篇論文是關(guān)于磁性元件的建模，分別使用狀態(tài)空間、二維數(shù)值、有限元等方法建模。5篇論文討論了集成磁性設(shè)計及對磁性元件結(jié)構(gòu)（梯形磁芯、E形磁芯等）的研究。

5）多電平變換器（16篇）

多電平變換器主要應(yīng)用于高電壓、大功率的場合，它具有低的諧波分量，但由于其復(fù)雜的拓撲結(jié)構(gòu)，使控制變得很復(fù)雜。相關(guān)論文都是關(guān)于多電平變換器的拓

撲結(jié)構(gòu)和控制方法的研究。如多個變換器并列連接、混合多電平變換器、無源無損吸收電路應(yīng)用于多電平變換器中；基于多個載波的PWM調(diào)制的FPGA實現(xiàn)、電流權(quán)重分配控制（CWDC）、空間矢量調(diào)制等。

6）諧振和軟開關(guān)變換器（11篇）

相當數(shù)量的論文除了研究主開關(guān)的軟開關(guān)外，還實現(xiàn)了輔助開關(guān)、二極管的軟開關(guān)。提出了多種拓撲結(jié)構(gòu)（通過變壓器二次側(cè)的漏感作諧振電感、減少開關(guān)數(shù)量、LLC、LCLC、LCC等）。

7）各種變換電路及其控制

DC/DC控制（7篇）：新的全數(shù)字控制器、對PID控制器的改進、新型反激式變換器拓撲及其控制方法、峰值電流控制、非對稱PWM控制等。

DC/DC大功率及Boost變換器（9篇）：1篇論文提出了一種新的PWMBoost變換器，該變換器的Vo/Vin=1/(1－D)2,它大大提高了輸出電壓，并使用了軟開關(guān)技術(shù)。另外論文討論了DC/DC變換器的串并連接、無源無損吸收電路在PFCBoost中的應(yīng)用以及使用變壓器和2個二極管實現(xiàn)ZCS。

整流電路（8篇）：相移式PWM控制、PWM整流器的低損耗控制、基于FPGA的控制實現(xiàn)。

8）建模、仿真和控制（7篇）

各篇論文分別討論：

①高頻信號注入的MPT(MaximumPowerTracking);

②時域分析和根軌跡分析方法；

③新的仿真工具：采用高階固定步長積分方法，不易于產(chǎn)生數(shù)值振蕩，實時性好；

④通過建立電感模型，并把該模型溶入到仿真軟件中進行電感磁芯損耗的自動估計；

⑤不需要復(fù)雜參數(shù)提取建立二極管的電熱物理模型； ⑥平均電路模型。

9）EMI和封裝（7篇）

EMI是開關(guān)電源的主要副作用，許多國家都對EMI進行了嚴格的規(guī)定。有4篇論文討論了EMI和EMC問題，主要涉及EMI的分析、仿真，EMI濾波器的設(shè)計以及用于分離共模和差模噪聲裝置的設(shè)計和實現(xiàn)。

有3篇論文是關(guān)于封裝技術(shù)，國際整流器公司（IR）介紹了DirectFET封裝技術(shù)，另2篇分別是對BMP模塊封裝進行了評價以及提出了倒裝式Flex－Circuit封裝。

10）新型功率半導(dǎo)體器件（4篇）

2篇論文介紹了發(fā)射極可關(guān)斷晶閘管（ETO）及其性能。ETO是新型的MOS控制的晶閘管，具有大的反偏安全工作區(qū)，內(nèi)置過流保護功能，只需要小功率的門極驅(qū)動即可，控制簡單，適用于大功率變換器。1篇論文描述了1700VLPT?CSTBT(LightPunchThroughCarrierStoredTrenchBipolarTransistor)。

11）UPS(7篇)

主要是關(guān)于UPS綜述、變換器拓撲結(jié)構(gòu)、DSP控制、兩臺或多臺UPS并列運行、電壓補償?shù)妊芯俊?/P>

12）鎮(zhèn)流器和照明（7篇）

主要是關(guān)于鎮(zhèn)流器的數(shù)字化控制、多個熒光燈管的驅(qū)動、壓電變壓器的應(yīng)用及其效率的提高等。

13）電力電子技術(shù)的其他應(yīng)用（7篇）

感應(yīng)加熱電爐的拓撲研究。

14）電網(wǎng)接口和高功率電子（7篇）

主要是關(guān)于有源濾波、相角平衡和無功補償?shù)难芯俊?/P>

下面針對電機傳動及控制、電壓調(diào)節(jié)模塊（VRM）、功率因數(shù)校正這幾個熱點問題所提出的一些新思想、新觀點、新方法簡單概述如下：

無傳感器無刷直流電機的驅(qū)動是討論的一大熱點。美國的JianwenShao等人提出了一種用于無傳感器無刷直流電機驅(qū)動的直接BEMF檢測的新方法。該方法通過合適地選擇PWM和檢測策略，不需要知道電機的中點電位，即可以從電機的端電壓直接得到懸浮的那一相的反電勢信號。它相對于以往需要知道中點電壓信息的方法來說，具有對開關(guān)噪聲不敏感、寬的調(diào)速范圍和電機快速啟動等優(yōu)點。它適用于高壓、低壓、高速、低速的場合，像硬盤驅(qū)動、風扇、泵、鼓風機、掃描儀、家用電器等。 美國ORNL的Gui－JiaSu等人提出用間接反電勢檢測方法來獲取轉(zhuǎn)子的位置信息。它需要依賴于端電壓檢測位置，用一個低通或帶通濾波器來獲取位置信息。對于由濾波器引入的非理想相位延遲，采用查表校正方法，這可以消除位置檢測誤差，應(yīng)用于低速情況下，還可以減少轉(zhuǎn)矩紋波，提高電機效率。該方法不同于以往需要三套濾波裝置的檢測方法，它只需要一套濾波裝置，所以大大減小了檢測電路的體積，降低了價格。

SyedHossain，YilmazSozer，RuheShi等人都對開關(guān)磁阻電機的控制進行了討論，他們分別側(cè)重于四象限控制、勵磁參數(shù)的自動控制、空間矢量PWM的研究。RazvanC.Panaitescu和NedMohan對空間矢量脈

()

寬調(diào)制（SV－PWM）的分析和硬件實現(xiàn)進行了簡單化的解釋，他們用傳統(tǒng)的載波方法來解釋電壓源逆變器的SV－PWM，直觀易懂。

電壓調(diào)節(jié)模塊（VRM）也是本次會議討論的熱點主題。PengXu和MaoYe等人分別對12VVRM和48VVRM的各種拓撲進行了分析和研究，得出了一些比較有意義的結(jié)論。對于12VVRM，多相buck變換器是最流行的拓撲，然而由于它工作在很小的占空比下，使瞬態(tài)響應(yīng)和效率都受到了影響。為了在不犧牲瞬態(tài)響應(yīng)的情況下提高效率，他們研究了幾種可以提高占空比的拓撲：多相帶抽頭電感的buck變換器結(jié)構(gòu)簡單，但要承受由漏感引起的電壓尖峰；多相耦合buck變換器為了克服尖峰電壓問題，在多相帶抽頭電感的buck變換器基礎(chǔ)上，為每個通道加了一套有源嵌位電路。實驗證明，多相耦合buck變換器的效率遠遠大于多相buck變換器；改進的多相耦合buck變換器由于內(nèi)置電容的存在，使輸入、輸出電流比較平滑。對于48VVRM的6種拓撲（有源嵌位正激、對稱半橋、非對稱半橋、推挽、推挽正激和集成濾波器的推挽正激）進行了分析和比較，得出了集成濾波器的推挽正激電路有高的效率和好的應(yīng)用前景的結(jié)論。

KaiweiYao等人在全體會議中討論了VRM基于小信號模型的瞬態(tài)響應(yīng)。為了獲得好的自適應(yīng)電壓位置（AVP），他們提出了恒輸出阻抗設(shè)計方法。電壓控制和電流控制都可獲得恒輸出阻抗。在電流控制模式下，輸出電容決定了恒輸出阻抗設(shè)計方法的可行性。他們還提出了一種優(yōu)化的設(shè)計過程，給出了一個設(shè)計實例，獲得了小的體積、高的效率和好的瞬態(tài)響應(yīng)。

在小功率應(yīng)用場合（300W），為了減小體積、降低費用，單級功率因數(shù)校正器正在取代二級PFC。但由于單級電路存貯電容電壓隨輸入電壓而變化，如果應(yīng)用于電壓范圍比較大的情況下（90～260VRMS），這種電路是不利的。西班牙的OGarcia等人利用他們提出的一種單級PFC拓撲（雙正激變換器）實現(xiàn)了一個適用于所有線電壓的單級AC/DC變換器，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的輸出電壓調(diào)節(jié)。在該拓撲中，比一般的單級電路增加了3個二極管和一個附加繞組，存貯電容由AC電源經(jīng)二極管直接充電，所以它能夠承受線電壓峰值的最大電壓，不會對電路產(chǎn)生附加的電壓應(yīng)力，并且該拓撲只需要一個開關(guān)和一個控制環(huán)，極大地節(jié)省了費用。

意大利的GSpiazzi等人對用于小功率的兩種單開關(guān)隔離整流電路進行了比較。正激電路的二次側(cè)使用諧振，反激電路使用無源無損吸收，它們都采用相同的控制方法：改進的非線性載波控制。他們著重于比較兩種電路在全電壓輸入范圍內(nèi)主開關(guān)器件的電壓、電流額定值、功率損耗、在變負載和變輸入電壓下的總效率、電磁噪聲的產(chǎn)生等。通過理論分析和實驗驗證，他們認為反激變換器由于軟開關(guān)的作用，能夠有效抑制EMI的產(chǎn)生；正激變換器在效率和功率器件的額定值方面能取得比較好的效果。

WeibongQin，QunZhao等人都對單級功率因數(shù)校正電路的不同拓撲進行了研究。美國的SangsunKim等人提出了一種由兩個反激變換器并列連接的單級功率因數(shù)校正電路拓撲，需要較小體積的無源元件、較低的直流連接電壓，即可獲得較高的效率。

對于中大功率校正電路的實現(xiàn)，拓撲一般都是基于boost變換器。側(cè)重點集中于有源、無源軟開關(guān)的研究以減小損耗、器件電壓應(yīng)力的減小、濾波電感的選擇等。浙江大學的YanDeng，XiangningHe，HongyangWu等人都對無源無損吸收電路進行了研究。無源無損軟開關(guān)技術(shù)的實現(xiàn)，是通過在主電路中附加一些由無源元件組成的無源網(wǎng)絡(luò)，通過無源器件的諧振過程來實現(xiàn)軟開關(guān)的功能，無需附加額外的檢測和控制系統(tǒng),控制簡單，運行可靠。Hang?seokChoi和B.H.Cho提出了一個BoostPFP電路，它具有改進的ZCSPWM開關(guān)單元。這個改進的ZCSPWM開關(guān)單元為主開關(guān)和輔助開關(guān)都提供了ZCS條件，不增加主開關(guān)的導(dǎo)通損耗。同時該電路還實現(xiàn)了二極管的軟換流，消除了反向恢復(fù)問題。南京航空航天大學的XinboRuan對ZVSPWM進行了研究，提出的CDRZVSPWMTL變換器具有在寬的負載范圍內(nèi)實現(xiàn)ZVS，整流二極管自然換流，沒有占空比丟失等優(yōu)點。

會議論文集已在IEE/IEEE數(shù)據(jù)庫中列出，有興趣讀者可直接調(diào)用。

參考文獻

[1]IEEEAppliedPowerElectronicsConferenceandExposition

ConferenceProceedings[C].March2002，Dallas，U.S.A.