電力電子系統集成研究現狀與進展

【文章摘要】
電力電子系統的集成技術是一門比較重要的技術，已經成為電力電子系統中被研究的重點，電力電子系統主要包括系統集成芯片、模塊標準化技術等，通過對電力電子系統的集成技術進行分析，能夠促進電力電子技術的進一步發展，實現電力電子技術運行的高效性，電力電子系統的集成能夠促進大規模電路的形成，能夠在電子技術和計算機技術提供更加強大的技術支持，能夠在一定程度上促進一個國家工業技術的發展，能夠節約能源，實現全自動的生產，使生產方式朝著智能化的方向發展。
【關鍵詞】
電力電子；系統；集成；標準芯片
電力電子系統的集成化發展能夠對國家的經濟發展起到重要的作用，其作用是不可忽視的，能夠對自動化技術產生較為深遠的影響，如果一個系統能夠形成標準的、模塊化的體系，就能夠在一定程度上提升系統的水平，能夠在一定程度上實現生產的全自動化，能夠實現電能的順利轉換，能夠為工業生產提供一個智能化的部件。電力電子集成主要有幾個部分構成，其一是電子系統的集成，其二是系統的集成化發展。
1 標準芯片的集成分析
1.1 標準化模塊的選擇和改進
電力電子要實現模塊化的集成，就必須實現建立標準化模塊，電力電子的標準化模塊與其他的模塊比較而言，具有明顯的優勢，其能夠制定標準化的系統，模塊能夠實現強大的通用能力，而且模塊的擴展能力良好，其接口也是標準化的，能夠對功率進行傳輸，也能夠對數據進行傳輸，通過設計標準模式的接口，通過運用這些接口，能夠實現系統之間的聯系，通過相似的模塊之間的聯系，可以形成一個集成化的電力電子系統，可以根據用戶的需要直接對電力電子的子系統進行組合， 從而進行系統的集成，實現用戶所需要的功能，從而能夠提高生產效率。
電力電子系統在使用上能夠實現強大的通用效果，指的是電力電子系統在使用的過程中可以在不同的場合，其通過對軟件的設計實現在所有場合的應用，電力電子標準化模塊具有無限地擴展能力，其系統可以根據用戶的需要進行無限地拓展，能夠添加用戶需要的功能，可以通過增加附件的形式使功能進一步完善，使結構更加合理，能夠滿足電力電子系統在特殊環境下的使用。
為了能夠實現電子電力系統的擴展性和普適性，首先要對電子電力系統的結構進行設計，設計出標準化的電力電子系統模塊，在電子電力系統中很多都是變流電路，這些電路在使用的過程中都具有特異性，其不能識別其他的信號，僅僅能夠在規定的場所使用，能夠不受一些專利的保護，所以，通過對不同的電力電子系統進行比較分析，可以將電力電子系統的特異性進行彌補，能夠優化電力電子系統。
在對電力電子系統進行彌補的時候， 要對拓撲方式進行選擇，盡量優化拓撲方式，在規定的環境下，對現用的電力電子系統進行優化，將線路進行研究和分類， 計算出其電氣的標準，然后分析電力電子系統的電壓范圍，對輸出的功率進行比較，在特定的應用條件在分析拓撲，分析拓撲的性能，分析拓撲是否存在很大的耗損，是否能夠實現高效地運行，分析其輸入的電壓是否具有普適性，在線路串聯和并聯的情況下是否都可以正常使用。
2 對變流器拓撲選擇的相關標準分析
變流器是電源產品的核心，在大多數的通信和移動設備中使用的都是直流電，照明設備大多采用的是交流電，然而， 現在在電燈等照明的器件中會放入很多強度比較大的氣體，在變流器應用的環節中，由于LED 技術的高速發展，照明電源中的直流電會被分流。
為此，要分析在通信和移動技術中所使用的直流電，分析這些設備中使用的變流器的特點，然后制定拓撲的相關指標， 對傳統的變流器拓撲和現代化的變流器拓撲進行比較和評估，分析出變流器拓撲選擇的標準主要有以下幾個：
2.1 輸入電壓的差異
如果輸入的電壓過高，就可以采用零電壓的形式，如果輸入的電壓過低，就必須使用同步整流，將電壓提高到標準的范圍內，現在，如果電壓低于12V 時就必須進行同步整流。
2.2 功率等級的差別
如果功率的等級大，在拓撲的時候就需要運用大量的開關，如果功率的等級小，只需要幾個開關就可以進行拓撲，在一般情況下，如果功率大于1 千瓦時，就要用4 個以上的開關，如果功率小于1 千瓦，運用兩個開關即可。電源數量與拓撲指標的關系分析見下表。
3 中功率變流器拓撲的選擇
全橋的拓撲方法在中功率的條件下應用比較多，能夠提供標準化的模塊，在對全橋拓撲形式進行選擇的時候，處除了進行初步的選擇之外，還要進行拓撲適應特征的實驗，對轉化的效率進行分析，分析拓撲過程中產生的耗損，分析器件的應力是否合適，分析拓撲在串聯和并聯的效果是否是好的，從而判斷集成性效果。從開關的方式來分析，全橋開關能夠使用傳統的OWM 開關和移向全橋開關，從拓撲的原理來分析，能夠將其設置成諧振型的拓撲和OMW 型的拓撲。為了使拓撲的效果更好，應該將電壓設置成400V，然后輸入，在拓撲指標的基礎上，對全橋拓撲的效果進行對比分析，從而得出結論。
4 變流器的對抗特點分析
在設計電力電子模塊的過程中，能夠通過集成化的方法實現需要，為用戶提供更多的幫助，但是在設計的過程中會涉及到并聯和串聯的問題以及模塊之間的兼容性問題，尤其是在模塊間結合的過程中要減少高頻開關紋波的問題，要對開關紋波進行調整，使其在正常的范圍內，在標準模塊中一定要設置過濾裝置，這樣會導致系統之間的電壓不穩定，電壓不穩定是由兩個原因造成的，其一是系統的小信號不穩定、大信號穩定，其二是大信號和小信號都存在穩定性問題，對系統的穩定性的分析能夠為集成化標準模塊的設計提供安全的保障，只有信號穩定了，才能保證集成化系統能夠健康運行，不會出現局部的故障，集成化系統局部的故障會導致整個系統都不能正常的運轉。
在一個特別的電力電子標準模塊中， 在這個系統中，在不同部位都產生相互的聯系，通過聯系，由于電流不穩定就會產生振蕩，通過對不同的界面的分析，分析振蕩產生的具體原因，可以看出輸出的濾波器和變流器之前存在振蕩的問題。
5 輸入阻抗的改進措施
在對變流器的應用過程中，會產生阻抗問題，會對系統電流的穩定性造成很大的影響，會導致電流驟降的問題，電壓也會不穩定，這時，可以通過改變電壓環環路的方法，通過完善相位裕度，使相位裕度能夠達到90 度，電流環穿越頻率附近的阻抗會驟降，在能夠滿足電感的要求下，在集成系統中要盡量地增加電感量， 而且要盡量提高電流環的頻率，在輸入信號的過程中暈濾波裝置，能夠從根本上解決電流環周圍阻抗下降。
變流器受到電壓的影響，在CCM（連鑄機）影響下，會導致阻抗驟降，這時電壓穿環附近的阻抗下降最為明顯，為了能夠阻止電壓穿環處阻抗的下降，一般采用的是將電壓穿環附近的帶寬提高，而且其相位裕度要規定在60 度。 在buck 型的拓撲中，通過科學的設計可以改善阻抗降低的問題，小信號的模型會存在右半平面會出現零點的問題，所以性能不是特別完善。在電力電子系統運行的過程中，將阻抗數值輸入到一階系統中，要確保數值的穩定，在輸入阻抗數值的時候要確保比CCM 的數值高，而且在高頻率的情況下也不會引起系統不穩定的問題，在設計時不用考慮阻抗問題，只需考慮CCM 的問題。
在電力電子系統中運用峰值的模式對變流器進行拓撲，這對阻抗的數值影響很嚴重，會造成阻抗的驟降，在電力電子系統的設計中，阻抗的數值是不能隨意改變的，如果系統的載荷條件不同，而且輸入輸出的功率不同，就會導致阻抗呈現出不同的特點，導致阻抗數值不穩定。由于電流的控制能夠對二階諧振現象起到一定的制約，因此，在電壓環處的帶寬不需要太大，相位裕度能夠達到60 度即可，為了能夠避免阻抗在電壓環中驟降，就必須采用不同類型的拓撲方法。
6 阻抗的輸出措施
阻抗的輸入和輸出的過程不同，阻抗在輸入的過程是非常簡單的，然而阻抗輸出時流程就比較復雜，所以，在輸出阻抗時盡量不要使阻抗的數值過大，針對電力電子集成化系統的運行方式的不同，在對阻抗進行輸出工作時，可以采用二階系統的輸出和一階系統的輸出，運用電壓對阻抗進行控制的是一階阻抗系統，運用電流對阻抗進行控制的二階方式，為了有效地避免阻卡個的驟降，這時就要將阻抗和諧振的頻率控制好，在一階系統中，輸入和輸出的阻抗都必須在極點上，這樣可以有效地防止阻抗出現驟升或者驟降的問題， 提高電力電子系統集成化的效果。
7 結語
現在，電力電子系統已經得到了廣泛地應用，隨著計算機技術和智能化技術的發展，電力電子系統的集成化發展成為一種必然，能夠推進社會經濟的發展，實現國家工業化發展的規模擴大，而且能夠提高生產效率。電子電力系統通過分析拓撲在串聯和并聯的效果是否是好的，從而判斷集成性效果，如果在并聯線路和串聯線路中出現了故障，則需要對集成化系統進行調整，在設計電力電子模塊的過程中， 能夠通過集成化的方法實現需要，為用戶提供更多的幫助，用戶可以根據自己的需要來設計電力電子系統，通過集成化的方式，使電力電子系統的功能更加完善，這種方法也可以節約成本，實現電力電子系統的價值。
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