【正文】 電力電子技術(shù)又稱為能流技術(shù)，因此電力電子技術(shù) 的發(fā)展與創(chuàng)新是 21 世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略綱領(lǐng)的重要組成部分。但電力電子裝置大多為電子開關(guān)式裝置，它往往對(duì)電網(wǎng)和負(fù)載產(chǎn)生諧波干擾，有時(shí)還對(duì)周圍環(huán)境引起一定的高頻干擾，這是在設(shè)計(jì)這些裝置和系統(tǒng)時(shí)必須妥善解決的（見(jiàn)高次諧波抑制）。 電力電子電路 隨著晶閘管應(yīng)用的推廣，開發(fā)出許多電力電子電路，按其功能可分為： ① 將交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能的 整流電路 ；② 將直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能的逆變電路； ③ 將一種形式的交流電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的交流電能的 交流變換電路 ； ④ 將一種形式的直流電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的直流電能的直流變換電路 。 (3) 電力電子技術(shù)高頻化和變頻技術(shù)的發(fā)展，將使機(jī)電設(shè)備突破工頻傳統(tǒng)，向高頻化方向發(fā)展。因此人們關(guān) 注的是所能轉(zhuǎn)換的電功率。 電力電子學(xué) （ Power Electronics）這一名稱是在上世紀(jì) 60 年代出現(xiàn)的。電子鎮(zhèn)流器輸入線路的保護(hù)手段主要有過(guò)電壓保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)。 通過(guò)使用無(wú)源或者有源輸入電路可實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。 即 視在功率有功功率?PF 其中有功功率是一個(gè)周期內(nèi)電流和電壓瞬時(shí)值乘積的平均值， 而視在功率是電流的rms 值與電壓的 rms 值的乘積。 C1 兩端電壓從 mV21 開始放電，直到下降為零。 惠州學(xué)院 20xx 屆畢業(yè) 論文（設(shè)計(jì)） 14 圖 41 橋式整流電容濾波波形 所謂逐流，意指電子鎮(zhèn)流器交流輸入端的電源電流追逐電源電壓瞬時(shí)變化軌跡，既含有追逐、又含有續(xù)流之內(nèi)涵。由此可惠州學(xué)院 20xx 屆畢業(yè) 論文（設(shè)計(jì)） 12 見(jiàn)，負(fù)載在一個(gè)周期內(nèi)都有電流流過(guò)，而且始終是一個(gè)方 向。由于各種干擾在系統(tǒng)接口處最為嚴(yán)重，故 EMI 濾波器均插入到系統(tǒng)電源線的入口處。對(duì)熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器的性能要求和安全要求，是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)電子鎮(zhèn)流器的指南，是電子鎮(zhèn)流器必須具有和達(dá)到的基本條件。對(duì)于陰極預(yù)熱式熒光燈，在燈啟動(dòng)點(diǎn)火之前，電子鎮(zhèn)流器還必須對(duì)燈陰極進(jìn)行預(yù)熱，而且預(yù)熱時(shí)間不小于 ，陰極預(yù)熱電壓或電流必須符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求。而采取功率因數(shù)校正措施的電子鎮(zhèn)流器，系統(tǒng)功率因數(shù)很容易達(dá)到 以上，甚至能達(dá)到非常接近于 1 的水平，這是采用電感鎮(zhèn)流器難以實(shí)現(xiàn)的。目前比較流行的異常狀態(tài)保護(hù)電路，是將電子鎮(zhèn)流器的的輸出信號(hào)采樣，一旦出現(xiàn)燈開路或不能啟動(dòng)等異常狀態(tài)，則通過(guò)控制電路使振蕩器停振，關(guān)斷高頻變換器輸出，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。 圖 12 電子鎮(zhèn) 流器基本結(jié)構(gòu)圖 電子鎮(zhèn)流器 是一個(gè)將工頻交流電源轉(zhuǎn)換成高頻交流電源的變換器，其基本工作原理如圖 13 所示。 鎮(zhèn)流器的來(lái)源與發(fā)展 20 世紀(jì) 70 年代出現(xiàn)了世 界性的能源危機(jī)，節(jié)約能源的緊迫感使許多公司致力于節(jié)能光源和熒光燈電子鎮(zhèn)流器的研究，隨著半導(dǎo)體技術(shù)飛速發(fā)展，各種高反壓功率開關(guān)器件不斷涌現(xiàn)，為電子鎮(zhèn)流器的開發(fā)提供了條件， 70 年代末，國(guó)外廠家率先推出了第一代電子鎮(zhèn)流器，是照明發(fā)展史上一項(xiàng)重大的創(chuàng)新。這樣會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)污染，影響電網(wǎng)的利用效率。 電感鎮(zhèn)流由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)，作為第一種熒光燈配合工作的鎮(zhèn)流器，它的市場(chǎng)占有率還比較大，但是，由于鎮(zhèn)流器本身是一個(gè)大電感，工作時(shí)無(wú)功分量大，所以它的功率因數(shù)低。在燈啟動(dòng)之后，電感元件對(duì)燈器限流作用，由于電子鎮(zhèn)流器 的開關(guān)頻率達(dá)幾十千赫茲，故電感器只需很小體積即可勝任。在電子鎮(zhèn)流器自身?yè)p耗相同的情況下，燈功率愈大，節(jié)能效果則愈顯著。目前，多數(shù)電子鎮(zhèn)流器是通過(guò) u 串聯(lián)電路發(fā)生串聯(lián)諧振產(chǎn)生高壓脈沖，施加于燈管兩端將燈啟動(dòng)引燃的。盡管電子鎮(zhèn)流器較之電感鎮(zhèn)流器具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，但如果其安全性與可靠性沒(méi)有最基本的保證，也將失去其實(shí)用價(jià)值。因此，必須采取措施對(duì)其給予充分地抑制。圖 中 ，在單相交流電壓的正半周，整流二極管 VD VD2 導(dǎo)通，電流流過(guò) VD負(fù)載和 VD2，回到交流電源的負(fù)端。 如圖 41 所示， 橋式整流電容濾波電路的輸入電源電壓 ACV 、電流 ACI 和輸出直流 電壓 DCV 波形可以看出，只有在 ACV 瞬時(shí)值高于電容 C1 上的電壓的，整流二極管才導(dǎo)通。ACV 按正弦規(guī)律下降。因此這種電路稱為升壓式 APFC 電路。這些留件可提供雙列直播和表面貼裝封裝。最主要的元件還是， D5 和 Q1，在整個(gè)電路中起到非常重要的作用 D C4 為整流濾波后為 IC的后備電源。電力電子技術(shù)所變換的 “電力 ”功率可大到數(shù)百 MW 甚至 GW，也可以小到數(shù) W 甚至 1W 以下，和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。應(yīng)用電力電子技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)非電能與電能之間的轉(zhuǎn)換。例如，在節(jié)電方面，針對(duì)風(fēng)機(jī)水泵、電力牽引、軋機(jī)冶煉、輕工造紙、工業(yè)窯爐、感應(yīng)加熱、電焊、化工、電解等 14 個(gè)方面的調(diào)查，潛在節(jié)電總量相當(dāng)于 1990 年全國(guó)發(fā)電量的 16%，所以推廣應(yīng)用電力電子技術(shù)是節(jié)能的一項(xiàng)戰(zhàn)略措 施，一般節(jié)能效果可達(dá) 10%40%，我國(guó)已將許多裝置列入節(jié)能的推廣應(yīng)用項(xiàng)目。 1956 年，美國(guó)人 。這些電力電子裝置 ,與傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)組比，有較高的電效率 (以容量 10 千瓦至數(shù)百千瓦、頻率為 1000 赫的電動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)組為例 ,在額 定負(fù)載下 ,效率 η＝ 80％，并隨負(fù)載減小而顯著降低 ,若用晶閘管電源 ,η≥92％ ,且隨負(fù)載變化不大），因此，有明顯的節(jié)能效果。電力電子技術(shù)雖然它具有微電子技術(shù)的許多共同特征，如發(fā)展變化都非常迅速 ，滲透力和創(chuàng)新表現(xiàn)十分突出，生命力格外旺盛，處于陽(yáng)光產(chǎn)業(yè)地位，并與其它學(xué)科相互融 合和發(fā)展產(chǎn)生新的機(jī)遇，而電力電子技術(shù)還有其自身一些獨(dú)具特色的地方，如高電壓、大容 量及控制功率范圍大，因此技術(shù)的創(chuàng)新難度在于必須跨越高電壓大功率這一關(guān)卡，及其技術(shù) 的綜合難度，如材料工業(yè)和制造工藝，而電力電子器件工作的可靠性是其極其 重要的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)。我國(guó)開發(fā)研制電力電子器件的綜合技術(shù)能力與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍有較大的差距，要發(fā)展和創(chuàng)新我國(guó)電力電子技術(shù)，并形 成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，就必須走有中國(guó)特色的產(chǎn)學(xué)創(chuàng)新之路， 即牢牢堅(jiān)持和掌握產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的方法走共同發(fā)展之路。其一為微機(jī)的發(fā)展對(duì)電力電子裝置的 控制系統(tǒng) 、故障檢測(cè)、信息處理等起了重大作用 ,今后還將繼續(xù)發(fā)展 。根據(jù)所用的器件 ,這些控制 電路大體上可以分為 3 代。有人甚至提出，電子學(xué)的下一項(xiàng)革命將發(fā)生在以工業(yè)設(shè)備和電網(wǎng)為對(duì)象的電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，電力電子技術(shù)將把人們帶到第二次電子革命的邊緣。電力電子技術(shù)的內(nèi)容主要包括電力電子器件、 電力電子電路 和 電力電子裝置 及其系統(tǒng)。 “電力電子學(xué) ”和 “電力電子技術(shù) ”是分別從學(xué)術(shù)和工程技術(shù) 2 個(gè)不同的角度來(lái)稱呼的。 本文 設(shè)計(jì) 的電子鎮(zhèn)流器 , 其 PFC 電路以 MC34262 為核心 ， 不但提高了功率因數(shù) ,而且有效降低電源總諧波失真。因?yàn)橛性摧斎腚娐饭ぷ髟诒冉涣骶€高得多的頻率上，因而它比具有相同效果的 無(wú)源電路更小，更輕而且效率更高。在電工基礎(chǔ)課程中，功率因數(shù)往往就是如此定義，但是它僅適用于特定情況，即電流和電壓都是純正弦波。但在 t≥10ms后的開始一段時(shí)間內(nèi)，由于 ACV小于 DCV ， VD VD4 仍因反偏而不能馬上進(jìn)入導(dǎo)通，電流 ACI 繼續(xù)中斷。 圖 42 無(wú)源諧波濾波逐流電路 惠州學(xué)院 20xx 屆畢業(yè) 論文（設(shè)計(jì)） 15 由兩個(gè)電容和三個(gè)二極管組成的無(wú)源濾波電路，最早出現(xiàn)于美國(guó)的 120V、 NCll。由于只有在交流輸入電壓瞬時(shí)值高于整流濾波電壓時(shí)，橋式鎮(zhèn)流器中的二極管才因正向偏置而道通，而在交流輸入瞬時(shí)電壓幅值底于整流濾波電壓，整流二極管則因反向偏置而截止，故整流二極管只有在交流電源電壓峰值附近才道通，道通角 θ 遠(yuǎn)小于 π。 圖 34 EMI 濾波電路 惠州學(xué)院 20xx 屆畢業(yè) 論文（設(shè)計(jì)） 11 在 圖 34 中 ， L1 與 L C2 和 C3 與 C4 組成 EMI 濾波器，用于差模一共模方式的EMI/RFI 的抑制。 圖 31 總電路 工作 流程 輸入交流電 整流濾波后將高頻電逆變 利用 MC34262控制來(lái)提高功率因數(shù) 高頻電壓?jiǎn)?dòng)熒光燈 惠州學(xué)院 20xx 屆畢業(yè) 論文（設(shè)計(jì)） 9 高性能電子鎮(zhèn)流器電路框 根據(jù)電子鎮(zhèn)流器的基本要求， 電路框圖如圖 32 所示。但若燈電流偏小，則會(huì)影響燈光效。在工頻條件下使用的電感式鎮(zhèn)流器，大而笨重，要消耗掉大量的鋼材和銅材，而且會(huì)使燈產(chǎn)生頻閃效應(yīng)，還會(huì)發(fā)出令人煩惱的蜂音。事實(shí) 上，影響熒光燈光效的許多因素是由設(shè)計(jì)者和制造者決定的，用戶無(wú)法控制。同時(shí)也可以防止來(lái)自電網(wǎng)的干擾侵入的電子鎮(zhèn)流器。隨后一些公司相繼推出集成電子鎮(zhèn)流器， 89 年芬蘭赫爾瓦利公司又成功推出可調(diào)光單片集成電路電子鎮(zhèn)流器，電子鎮(zhèn)流器在全世界特別是發(fā)達(dá)國(guó)家已全國(guó)推廣應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種以MC34262 為功率因數(shù)校正控制器的有源高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器，并從電路組成、MC34262 說(shuō)明所設(shè)計(jì)鎮(zhèn)流器的主要特點(diǎn)，給出詳細(xì)的電路原理圖及主要元器件的選型。 圖 11 傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器工作原理圖 圖中， 當(dāng)開關(guān)閉合電路中施加 220V， 50HZ 的交流電源時(shí)，電流 流過(guò)鎮(zhèn)流器，燈管燈絲啟輝器給燈絲加熱（啟輝器開始時(shí)是斷開的，由于施壓了一個(gè)大于 190V 以上的交流電壓，使得啟輝器內(nèi)的跳泡內(nèi)的氣體弧光放電，使得雙金屬片加熱變形，兩個(gè)電極靠在一起，形成通路給燈絲加熱），當(dāng)啟動(dòng)器的兩個(gè)電極靠在一起，由于沒(méi)有弧光放電，雙金屬片冷卻，兩極分開，由于電感鎮(zhèn)流器呈感性，當(dāng)電路突然中斷時(shí)，在燈兩端會(huì)產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間約 1ms 的 600V1500V 的脈沖電壓，其確切的電壓值取決于燈的類型，在放電的情況下，燈的兩端電壓立即下降，此時(shí)鎮(zhèn)流器一方面對(duì)燈電流進(jìn)行限制作用，另一方面使電源電壓和燈的工作電流 之間產(chǎn)生 55。 DC/AC 逆變電路主要有半橋式逆變電路和推挽式逆變電路兩種形式。而這種燈用的電子鎮(zhèn)流器功耗可低至 4W 以下。 惠州學(xué)院 20xx 屆畢業(yè) 論文（設(shè)計(jì)） 6 2 設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)內(nèi)容 交流電子鎮(zhèn)流器有體積小，啟動(dòng)快速，電流穩(wěn)定，功率因數(shù)高、諧波分量小等優(yōu)點(diǎn)。如果對(duì)電子鎮(zhèn)流器的電流諧波不采取抑制措施，線路功率因數(shù)會(huì)降低到 以下的水平，這是不能允許的。這類干擾源無(wú)處不在，簡(jiǎn)直是數(shù)不勝數(shù)。 整流濾波電路的設(shè)計(jì) 熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器都是利用橋式整流電路將交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源的。為了減少鎮(zhèn)流器輸入電流的諧波失真，必須采取一些特殊措施，通常稱之為功率因數(shù)校正技術(shù)來(lái)提高它的功率因數(shù)。 圖 43 無(wú)源諧波濾波逐流波形圖 在橋式整流器輸入端， 50HZ 的交流電壓以 )2(s in fwwtVV mAC ??? 正弦規(guī)律由零向峰值變化的 1/4 周期內(nèi)，即 在 0t5ms 期間，全橋整流器中的二極管 VD VD3 因正向偏置而導(dǎo)通， VD VD4 則因反偏而截止，電源電流經(jīng) VD6 對(duì)串聯(lián)電容 C1 和 C2 允電。當(dāng)電感電流的峰值增加到與該時(shí)刻輸入電壓大小相對(duì)應(yīng)的某一數(shù)值 I 時(shí)， APFC 控制器便輸出低電平的開關(guān)信號(hào)，使開關(guān)管 VT1 截止，電流 IL 停止 上升。 惠州學(xué)院 20xx 屆畢業(yè) 論文（設(shè)計(jì)） 18 MC34262 有源功率因數(shù)控制器 MC34262 為有源功率因數(shù)控制器，設(shè)計(jì)用作電子鎮(zhèn)流器和冷底板功率變換器電源應(yīng)用場(chǎng)合中的預(yù)變換器、這些集成電路的特 性有：一個(gè)獨(dú)立應(yīng)用場(chǎng)合的內(nèi)部啟動(dòng)定時(shí)器、一個(gè) 1 象限乘法留用于功率因數(shù)接近 1 的情況、零電流檢測(cè)費(fèi)用來(lái)保證臨界導(dǎo)通操作、跨導(dǎo)誤差效大貿(mào)、用于增強(qiáng)啟動(dòng)的快速啟動(dòng)電路、可微調(diào)的內(nèi)部帶隙參考、電流檢測(cè)比較器、和一個(gè)非常適合于驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET 的圖騰柱式輸出。 惠州學(xué)院 20xx 屆畢業(yè) 論文（設(shè)計(jì)） 20 圖 47MC34262 內(nèi)部結(jié)構(gòu) C5 小電解電容是用以消除高頻噪音的，因?yàn)槿绻么笥昧康脑挘瑫?huì)使輸入的波形的取樣信號(hào)嚴(yán)重失真，不能有效地對(duì)輸入電流進(jìn)行控制。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。 利用 電力電子器件 實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模電能變換的技術(shù)，有時(shí)也稱為 功率電子技術(shù) 。電子學(xué)、 電工學(xué) 、自動(dòng)控制 、 信號(hào)檢測(cè) 處理等技術(shù)常在這些裝置及其系統(tǒng)中大量應(yīng)用。 20 世紀(jì) 50 年代初，晶體管向大功率化發(fā)展，同時(shí)用半導(dǎo)體單晶材料制成的大功率 二極管 也得到發(fā)展。 70 年代以來(lái)，由于微機(jī)的發(fā)展使電力電子裝置進(jìn)一步朝實(shí)現(xiàn)智能化的方向進(jìn)步。這些新器件均具有門極關(guān)斷能力，且工作頻率 可以大大提高，使電力電子電路更加簡(jiǎn)單，使電力電子裝置的體積、重量、效率、性能等各方面指標(biāo)不斷提高，它將使電力電子技術(shù)發(fā)展到一個(gè)更新的階段。由此形成基礎(chǔ)積累型的 創(chuàng)新之路。 隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)和 日本 于 1981～ 1982 年間相繼研制成光控晶閘管并用于直流輸電系統(tǒng)。第二代由集成電路組成。用汞弧整流器代替機(jī)械式開關(guān)和換流器 ,這是電力電子技術(shù)的發(fā)端。電力電子電路吸收了電子學(xué)的理論基礎(chǔ)，根據(jù)器件的特點(diǎn)和電能轉(zhuǎn)換的要求，又開發(fā)出許多電能轉(zhuǎn)換電路。 70 年代后期以 門極可關(guān)斷晶閘管 （ GTO），電力雙極型 晶體管 （ BJT）， 電力場(chǎng)效應(yīng)管 （ PowerMOSFET）為代表的 全控型器件 全速發(fā)展（全控型器件的特點(diǎn)是通過(guò)對(duì)門極既柵極或基極的控制既可以 使其開通又可以使其關(guān)斷），使電力電子技術(shù)的面貌煥然一新進(jìn)入了新的發(fā)