摘要：電力電子技術(shù)是應(yīng).用于電力領(lǐng)域中的電子技術(shù)。目前，在電氣控制領(lǐng)域中，主要以MOSFET和IGBT兩種全控型器件為主。隨著電力MOSFET技術(shù)和IGBT技術(shù)的迅猛發(fā)展，PWM控制技術(shù)不斷發(fā)展。同時(shí)，軟開關(guān)技術(shù)也應(yīng)社會(huì)需求而迅猛發(fā)展。由于傳統(tǒng)的保護(hù)措施已不再適用，提高驅(qū)動(dòng)電路自我保護(hù)功能已經(jīng)成為未來的發(fā)展趨勢.如橋臂互鎖保護(hù)法。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù) 控制 過電流保護(hù)

中圖分類號(hào)：TM564 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X(2012)02(b)-0078-01

1引言

顧名思義，電力電子技術(shù)就是應(yīng)用于電力領(lǐng)域中的電子技術(shù)，是誕生于20世紀(jì)后半葉的一門嶄新的技術(shù)。按照w·Newell(1974)的觀點(diǎn)，可以將其劃分為電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三大交叉學(xué)科。隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是80年后期，絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)的興起，標(biāo)志著電力電子技術(shù)開始進(jìn)入以復(fù)合型器件為主的時(shí)代，各種新型安全型復(fù)合控件不斷涌現(xiàn)。電力電子技術(shù)作為一門新興的基礎(chǔ)技術(shù)在21世紀(jì)將仍以迅猛的速度發(fā)展，并同計(jì)算機(jī)技術(shù)共同服務(wù)于人類社會(huì)的各個(gè)方面。

本文從電氣控制領(lǐng)域中的電力電子器件、控制技術(shù)、器件維護(hù)及未來發(fā)展趨勢出發(fā)，介紹電力電子技術(shù)在電氣控制領(lǐng)域中的應(yīng)用。

2電氣控制領(lǐng)域電力電子器件的發(fā)展

按照電力電子器件能夠被控制電路信號(hào)控制的程度，可以將電力電力電子器件分為不可控器件(如電力二極管)、半控器件(如晶閘管)、壘控型器件(如電力MOSFET，IGBT)。毫無疑問，通過控制信號(hào)既可以控制通導(dǎo)，又可以控制關(guān)斷的全控型器件是目前研究的熱點(diǎn)。20世紀(jì)80年代中期，全控型器件開始興起，各種全控型器件之間展開了激烈的斗爭。直到90年代末期，才形成了以MOSFET和IGBT兩種壘控型器件為主的局勢。

電力MOSFET主要適用于小功率(10kW以下)場合的優(yōu)勢器件，其主要以槽溝技術(shù)(Treneh Technology)為主，門極垂直伸入低摻雜N區(qū)的槽型孔中。IGBT技術(shù)與電力MOSFET技術(shù)相對，主要適用于中、大功率場合。IGBT技術(shù)在不斷發(fā)展的過程中，綜合性能得到顯著提高，從而在電氣控制領(lǐng)域中的地位日益凸顯。

3電力電子電路的控制技術(shù)

3.1PWM控制技術(shù)

PWM(Pulse Width Modulation)控制是通過調(diào)節(jié)脈沖寬度，以獲得所需要的波形的一種控制技術(shù)，其理論基礎(chǔ)是面積等效原理，即面積相等相等(等沖量)而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波基本相同。近年來，隨著電力MOSFET技術(shù)和IGBT技術(shù)的迅猛發(fā)展，為PWM技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展空間，使其能夠直一直、交一交、逆變、整流等所有變流電路都能夠使用。

直一直斬波電路是PWM應(yīng)用最成熟的控制電路類型，把直流斬波電路應(yīng)用于直流電機(jī)控制系統(tǒng)，成為應(yīng)用最為廣泛的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。交一交變流電路中的PWM控制技術(shù)最要以斬控式交流調(diào)壓電路和矩陣式變頻電路為代表。就目前而言，這類應(yīng)用尚未推廣，但是由于矩陣式變頻電路容易實(shí)現(xiàn)集成化，所以發(fā)展空間巨大。PWM控制技術(shù)最有代表性的就是在逆變電路中的應(yīng)用。目前，除了超大功率的逆變裝置，幾乎所有的逆變電路都采用PWM控制技術(shù)，所以說逆變電路中PWM技術(shù)的使用，奠定了PWM控制技術(shù)的核心地位。

3.2軟開關(guān)控制技術(shù)

隨著技術(shù)的發(fā)展，電力電子裝置越來越趨向輕型化、小型化，提高了對電磁兼容和效率的要求。一般情況下，電力電子裝置中，濾波電感、變壓器、電容等都占據(jù)了很大的空間，而通過開關(guān)頻率的提高，可以降低濾波器的參數(shù)，減小裝置空間大小。也就是說，通過電路的高頻化可以直接實(shí)現(xiàn)裝置輕型化、小型化的要求。但是，電路高頻化勢必會(huì)增加開關(guān)損耗，嚴(yán)重影響電路效率，同時(shí)會(huì)增大電磁干擾水平。為了解決這個(gè)矛盾，軟開關(guān)技術(shù)迅速發(fā)展起來，用于解決開關(guān)噪音與開關(guān)損耗的問題。

目前，軟開關(guān)技術(shù)在時(shí)代發(fā)展需求的推動(dòng)下，表現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢：第一，軟開關(guān)技術(shù)越來越多的用到IT產(chǎn)業(yè)中，其拓?fù)鋽?shù)量呈不斷上升趨勢。第二，諧振電路在效率要求高，且開關(guān)頻率超過IMhz的場合中性能很高。第三，通過并聯(lián)、串聯(lián)、級聯(lián)實(shí)現(xiàn)多個(gè)高效簡單電路的組合電路，在多種場合中表現(xiàn)出很高的性能，成為一種趨勢。

4電氣控制系統(tǒng)中過電流保護(hù)

當(dāng)電力電子電路運(yùn)行失常或發(fā)生故障時(shí)，有可能產(chǎn)生過電流現(xiàn)象。以往常采用快速熔斷器、直流快速斷路器以及過電流繼電器對電力電子主電路的保護(hù)措施，但由于目前的電力電子器件小型化、高功率、輕型化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的保護(hù)措施已經(jīng)無法發(fā)揮作用。因此，驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)的自動(dòng)去除已經(jīng)成為未來極具潛力的方向。一般情況下，常通過設(shè)置專門的過電流保護(hù)電子電路，檢測到過電流之后直接調(diào)節(jié)出發(fā)或驅(qū)動(dòng)電路，或者關(guān)斷被保護(hù)器件。本文將以橋臂互鎖保護(hù)法為例，介紹在故障狀態(tài)下快速自動(dòng)切除驅(qū)動(dòng)信號(hào)的過程機(jī)制。

橋式逆變電路常常因?yàn)樾盘?hào)重疊或開關(guān)器件長時(shí)延時(shí)而產(chǎn)生橋臂短路的現(xiàn)象。因此，需要以聯(lián)鎖控制的方式，使同橋臂的兩個(gè)元件上的控制信號(hào)互鎖。也就是說，禁止同一橋臂上的兩個(gè)器件同時(shí)開通。

如圖所示，在決定是否開通某個(gè)GTR時(shí)，必須首先要判斷另一個(gè)GTR是否關(guān)斷。也就是說，每一個(gè)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是否能通過決定了對方的開通狀態(tài)。只有當(dāng)一個(gè)GTR被判斷為關(guān)斷時(shí)，另一個(gè)才能通過。一般情況下，可以通過三種方法判斷GTR的阻斷狀態(tài)；一是通過檢測發(fā)射極電流的方法判斷，二是通過檢測集電極的方琺判斷，三是通過識(shí)別發(fā)生狀態(tài)來判斷。這種嚴(yán)格的控制過程可以有效防止橋臂過電流事故的發(fā)生。

5總結(jié)

總而言之，電力電子技術(shù)在電氣控制領(lǐng)域中的應(yīng)用具有十分重要的意義。如何在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展出適應(yīng)社會(huì)需求的新技術(shù)與新產(chǎn)品成為電力電子技術(shù)已經(jīng)成為勢不可免的趨勢，而且還會(huì)開拓出更多的應(yīng)用領(lǐng)域。

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