IEEE第17屆應用電力電子技術會議概述

關鍵詞：IEEE；應用電力電子技術會議(APEC)AnOverviewonSeventeenthAnnualIEEE

IEEE第17屆應用電力電子技術會議(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、開關磁阻電機以及感應電機的驅動、控制方法。對于無傳感器電機驅動的研究，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。空間矢量、直接轉矩控制是主要的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、無損吸收等技術在PFC電路中的應用。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、多電平、整流電路等都以PFC作為應用對象。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)已成為全球關心的問題。

3）電壓調節(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、穩(wěn)定性等方面出發(fā)討論了VRM的拓撲結構（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計及對磁性元件結構（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，但由于其復雜的拓撲結構，使控制變得很復雜。相關論文都是關于多電平變換器的拓

撲結構和控制方法的研究。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用于多電平變換器中；基于多個載波的PWM調制的FPGA實現(xiàn)、電流權重分配控制（CWDC）、空間矢量調制等。

6）諧振和軟開關變換器（11篇）

相當數(shù)量的論文除了研究主開關的軟開關外，還實現(xiàn)了輔助開關、二極管的軟開關。提出了多種拓撲結構（通過變壓器二次側的漏感作諧振電感、減少開關數(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，并使用了軟開關技術。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濾波器的設計以及用于分離共模和差模噪聲裝置的設計和實現(xiàn)。

有3篇論文是關于封裝技術，國際整流器公司（IR）介紹了DirectFET封裝技術，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）新型功率半導體器件（4篇）

2篇論文介紹了發(fā)射極可關斷晶閘管（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)，內置過流保護功能，只需要小功率的門極驅動即可，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)

主要是關于UPS綜述、變換器拓撲結構、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）

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

13）電力電子技術的其他應用（7篇）

感應加熱電爐的拓撲研究。

14）電網接口和高功率電子（7篇）

主要是關于有源濾波、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，具有對開關噪聲不敏感、寬的調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，應用于低速情況下，還可以減少轉矩紋波，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等人都對開關磁阻電機的控制進行了討論，他們分別側重于四象限控制、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)響應和效率都受到了影響。為了在不犧牲瞬態(tài)響應的情況下提高效率，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變換器結構簡單，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用前景的結論。

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。為了獲得好的自適應電壓位置（AVP），他們提出了恒輸出阻抗設計方法。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計方法的可行性。他們還提出了一種優(yōu)化的設計過程，給出了一個設計實例，獲得了小的體積、高的效率和好的瞬態(tài)響應。

在小功率應用場合（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，能夠實現(xiàn)快速的輸出電壓調節(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，不會對電路產生附加的電壓應力，并且該拓撲只需要一個開關和一個控制環(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隔離整流電路進行了比較。正激電路的二次側使用諧振，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主開關器件的電壓、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的作用，能夠有效抑制EMI的產生；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。側重點集中于有源、無源軟開關的研究以減小損耗、器件電壓應力的減小、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。無源無損軟開關技術的實現(xiàn)，是通過在主電路中附加一些由無源元件組成的無源網絡，通過無源器件的諧振過程來實現(xiàn)軟開關的功能，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開關單元。這個改進的ZCSPWM開關單元為主開關和輔助開關都提供了ZCS條件，不增加主開關的導通損耗。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用。

參考文獻

[1]IEEEAppliedPowerElectronicsConferenceandExposition

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