《高性能电力电子控制器》课件.ppt

高性能电力电子控制器本课程将深入探讨高性能电力电子控制器的原理和应用，涵盖从基础概念到先进技术以及工程实践的各个方面，为学员提供全面的知识体系和实践经验。

课程概述与学习目标课程概述本课程将系统讲解高性能电力电子控制器的工作原理、设计方法和应用实例，重点介绍现代电力系统中常用的控制技术和关键器件。学习目标通过本课程的学习，学员将能够掌握电力电子控制器的基本概念和关键技术，并具备设计和开发高性能电力电子控制系统的能力。

电力电子技术发展历程11900s电力电子技术萌芽，主要应用于直流电机控制和无线电发射。21950s-1960s晶体管和可控硅的出现，推动电力电子技术发展，应用于电力牵引和工业自动化。31970s-1980s电力电子器件不断革新，PWM控制技术成熟，应用范围扩大到电力系统、新能源和消费电子。41990s-至今功率半导体技术不断进步，数字控制和智能化发展，电力电子技术在各个领域得到广泛应用。

电力电子控制器的定义电力电子控制器是将控制信号转换为功率信号，实现对电力电子变换器进行精确控制的装置。它通过调节电力电子器件的导通和关断时间，实现对电压、电流、频率等电气参数的精确控制，以满足各种应用需求。

控制器在现代电力系统中的重要性效率提升电力电子控制器能够优化电力变换过程，提高能量转换效率，减少能量损耗，实现节能降耗。可靠性增强控制器能够对电力系统进行实时监测和保护，避免故障发生，提高系统运行的可靠性和安全性。功能扩展控制器可以实现复杂控制策略，满足现代电力系统对智能化、数字化和网络化的需求，拓展电力系统功能。

基础概念：功率半导体器件1功率半导体器件是电力电子控制器的核心元件，负责开关和控制电力流向。2常用的功率半导体器件包括MOSFET、IGBT、可控硅、二极管等。3这些器件具有高功率容量、高速开关特性和良好的可靠性，满足了现代电力电子控制系统的需求。

MOSFET的工作原理MOSFET是一种场效应晶体管，通过栅极电压控制漏极电流。当栅极电压高于阈值电压时，漏极电流被打开，反之则关闭。MOSFET具有低导通电阻、高开关速度和低功耗等优点，广泛应用于电力电子控制系统中。

IGBT的特性与应用IGBT特性IGBT结合了MOSFET的高开关速度和双极型晶体管的高电流容量的优点，具有高电压、高电流、高速开关和低功耗等特点。IGBT应用IGBT广泛应用于电力牵引、工业自动化、新能源发电、储能系统等领域，是目前电力电子控制系统中应用最广泛的功率器件之一。

其他功率器件比较MOSFET低高低中等IGBT中等中等高高可控硅高低高高二极管低无高高

开关模式与驱动技术开关模式是指通过功率半导体器件的快速开关操作来控制电能的转换过程。驱动技术则是指为功率半导体器件提供开关信号，控制其导通和关断状态，确保器件正常工作。

PWM控制基础脉宽调制（PWM）控制是一种常用的开关模式控制技术，通过改变脉冲宽度来调节输出电压或电流。PWM控制能够实现高精度、高效率和快速响应的电力电子变换控制。

各种调制策略对比PWM调制脉宽调制，通过改变脉冲宽度来调节输出电压或电流。正弦波调制采用正弦波信号进行调制，适用于需要生成正弦波输出的场合。空间矢量调制基于矢量分析的调制方法，能够实现更高的效率和更小的谐波失真。

电压源变换器拓扑升压变换器将低电压升压到高电压，适用于太阳能发电和电池充电等应用。降压变换器将高电压降压到低电压，适用于电源适配器和照明系统等应用。升降压变换器能够实现电压的升压和降压，适用于需要灵活调整电压的场合。

电流源变换器拓扑电流源变换器是指将电压源转换为电流源的电力电子变换器，主要应用于需要精确控制电流的场合，例如电弧焊机、电解设备等。

多电平变换器结构多电平变换器是通过多个电压电平来实现高电压输出的电力电子变换器，能够有效降低输出电压的谐波含量，提高系统效率和可靠性。

控制系统硬件架构信号采集通过传感器采集电压、电流、温度等信号。信号处理对采集到的信号进行滤波、放大和转换等处理。控制算法根据控制目标和策略，对信号进行处理和决策。驱动输出输出控制信号，驱动功率半导体器件，控制电力流向。

DSP控制器特点高速运算DSP控制器具有专门的数字信号处理单元，能够高速执行复杂的数学运算，满足电力电子控制系统对实时性的要求。灵活可编程DSP控制器可以根据不同的应用需求进行编程，实现多种控制算法，满足不同应用场景的需求。丰富的外设接口DSP控制器拥有丰富的外设接口，便于连接各种传感器、执行器和通信模块，构建完整的控制系统。

FPGA在控制中的应用FPGA是一种可编程逻辑器件，可以根据用户需求灵活设计电路，实现复杂控制逻辑。FPGA在电力电子控制系统中可以实现高速数据处理、实时信号处理和复杂的逻辑控制，提高系统性能和可靠性。

微控制器选型考虑1处理器性能：