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电力电子变换器的设计与控制

第一章概述

电力电子变换器是电力电子技术应用的重要组成部分，可将电

能转化为不同的频率、幅值和波形等电能形式并传输。本文将对

电力电子变换器的设计与控制进行详细讲解。

第二章电力电子变换器的分类

电力电子变换器可以按照其输入电源和输出负载的性质，分为

AC-DC变换器、DC-DC变换器、DC-AC变换器和AC-AC变换器

等四类。

2.1AC-DC变换器

AC-DC变换器将交流电源直接转化为直流电源，常用于电子设

备、工业控制等领域。其主要拓扑结构包括整流桥、三相全波整

流桥等。

2.2DC-DC变换器

DC-DC变换器将直流电源转化为不同的直流电压、电流、功率

等等，应用于通信、计算机、电动车等领域。其基本拓扑结构包

括Buck、Boost、Buck-Boost和Cuk等。

2.3DC-AC变换器

DC-AC变换器将直流电源转化为交流电源，应用于太阳能逆变、

UPS等。其基本拓扑结构包括单相全桥、三相桥等。

2.4AC-AC变换器

AC-AC变换器将输入的交流电源输出不同的交流电源，应用于

交流驱动器、变频器等。其基本拓扑结构包括交流电压调制型和

交流电流调制型等。

第三章电力电子变换器的设计

电力电子变换器的设计需要考虑电路拓扑、开关管选择、电容

电感选择和控制策略等因素。

3.1电路拓扑

电路拓扑选择是电力电子变换器设计的第一步，不同的拓扑结

构可满足不同的输出需求。例如，Buck-Boost拓扑可在输入电压

范围内变换输出电压；而H桥拓扑可输出正负直流电压。

3.2开关管选择

选择开关管需要考虑其耐压、耐流、开关速度、导通损耗和开

关损耗等因素。IGBT和MOSFET作为广泛应用的开关元件，选

择时需要评估其开关速度和导通损耗等参数取舍。

3.3电容电感选择

电容电感选择与电路拓扑密切相关，不同的电路拓扑需要不同

的电容和电感参数。例如，Buck拓扑需要电感，而Boost拓扑则

需要电容。

3.4控制策略

控制策略应根据电路拓扑和输入输出特性，采用PID控制、模

糊控制、神经网络控制等策略，对变换器进行控制。

第四章电力电子变换器的控制

电力电子变换器的控制分为开环控制和闭环控制两种。

4.1开环控制

开环控制通常使用简单的开关控制方法，其工作原理基于提前

预设的控制策略，输入信号直接作用于开关管，输出信号直接由

变换器输出。

4.2闭环控制

闭环控制通常使用反馈，将输入和输出对比并进行控制。例如，

通过测量输出电流，比较目标值和实际值进行控制，可实现输出

电流的精准控制。

第五章结论

本文详细介绍了电力电子变换器的设计和控制，并讨论了不同

类型的电力电子变换器的拓扑结构和应用领域。根据电路拓扑和

输入输出特性选择合适的控制策略，可优化电力电子变换器的性

能。