IEEE第17届应用电力电子技术会议概述

关键词：IEEE；应用电力电子技术会议(APEC)AnOverviewonSeventeenthAnnualIEEE

IEEE第17届应用电力电子技术会议(APEC)于2002年3月10～14日在美国得克萨斯州召开，论文集共收录论文167篇。整个会议涉及到电力电子器件、电路、控制、应用等方面，包括以下几个主要专题：

1）电机传动及控制（21篇）

与该专题有关的论文占有比较大的数量，研究热点是无传感器无刷直流电机、开关磁阻电机以及感应电机的驱动、控制方法。对于无传感器电机驱动的研究，主要使用直接、间接反电势（BEMF）检测法及高频电压信号注入法。空间矢量、直接转矩控制是主要的PWM控制方法，控制的硬件实现几乎都是基于DSP芯片。

2）功率因数校正（21篇）

论文研究了各种功率等级的PFC电路拓扑以及软开关、无损吸收等技术在PFC电路中的应用。通用小功率PFC一般都采用单级PFC（7篇）以减小体积，降低费用。还有许多论文虽然没有在PFC专题中列出，但在讨论其它专题，如软开关、多电平、整流电路等都以PFC作为应用对象。从整套论文集可以看出，PFC在其中占有很重要的地位，说明提高电力电子装置的功率因数已成为全球关心的问题。

3）电压调节模块（VRM）(18篇)

随着微处理器时钟频率的提高，对低电压、大电流电源的需求成为必然。较多数量的论文从VRM的快速瞬态响应、稳定性等方面出发讨论了VRM的拓扑结构（Buck、推挽、嵌位等）以及控制方法（闭环、反馈）。

4）磁性元件及其建模和设计（16篇）

滤波电感、高频变压器等磁性元件是电力电子电路中的常用元件，这些元件的磁芯损耗是人们研究的重点，以期通过研究和改进来提高装置的效率和功率密度。有4篇论文是关于磁性元件的建模，分别使用状态空间、二维数值、有限元等方法建模。5篇论文讨论了集成磁性设计及对磁性元件结构（梯形磁芯、E形磁芯等）的研究。

5）多电平变换器（16篇）

多电平变换器主要应用于高电压、大功率的场合，它具有低的谐波分量，但由于其复杂的拓扑结构，使控制变得很复杂。相关论文都是关于多电平变换器的拓

扑结构和控制方法的研究。如多个变换器并列连接、混合多电平变换器、无源无损吸收电路应用于多电平变换器中；基于多个载波的PWM调制的FPGA实现、电流权重分配控制（CWDC）、空间矢量调制等。

6）谐振和软开关变换器（11篇）

相当数量的论文除了研究主开关的软开关外，还实现了辅助开关、二极管的软开关。提出了多种拓扑结构（通过变压器二次侧的漏感作谐振电感、减少开关数量、LLC、LCLC、LCC等）。

7）各种变换电路及其控制

DC/DC控制（7篇）：新的全数字控制器、对PID控制器的改进、新型反激式变换器拓扑及其控制方法、峰值电流控制、非对称PWM控制等。

DC/DC大功率及Boost变换器（9篇）：1篇论文提出了一种新的PWMBoost变换器，该变换器的Vo/Vin=1/(1－D)2,它大大提高了输出电压，并使用了软开关技术。另外论文讨论了DC/DC变换器的串并连接、无源无损吸收电路在PFCBoost中的应用以及使用变压器和2个二极管实现ZCS。

整流电路（8篇）：相移式PWM控制、PWM整流器的低损耗控制、基于FPGA的控制实现。

8）建模、仿真和控制（7篇）

各篇论文分别讨论：

①高频信号注入的MPT(MaximumPowerTracking);

②时域分析和根轨迹分析方法；

③新的仿真工具：采用高阶固定步长积分方法，不易于产生数值振荡，实时性好；

④通过建立电感模型，并把该模型溶入到仿真软件中进行电感磁芯损耗的自动估计；

⑤不需要复杂参数提取建立二极管的电热物理模型； ⑥平均电路模型。

9）EMI和封装（7篇）

EMI是开关电源的主要副作用，许多国家都对EMI进行了严格的规定。有4篇论文讨论了EMI和EMC问题，主要涉及EMI的分析、仿真，EMI滤波器的设计以及用于分离共模和差模噪声装置的设计和实现。

有3篇论文是关于封装技术，国际整流器公司（IR）介绍了DirectFET封装技术，另2篇分别是对BMP模块封装进行了评价以及提出了倒装式Flex－Circuit封装。

10）新型功率半导体器件（4篇）

2篇论文介绍了发射极可关断晶闸管（ETO）及其性能。ETO是新型的MOS控制的晶闸管，具有大的反偏安全工作区，内置过流保护功能，只需要小功率的门极驱动即可，控制简单，适用于大功率变换器。1篇论文描述了1700VLPT?CSTBT(LightPunchThroughCarrierStoredTrenchBipolarTransistor)。

11）UPS(7篇)

主要是关于UPS综述、变换器拓扑结构、DSP控制、两台或多台UPS并列运行、电压补偿等研究。

12）镇流器和照明（7篇）

主要是关于镇流器的数字化控制、多个荧光灯管的驱动、压电变压器的应用及其效率的提高等。

13）电力电子技术的其他应用（7篇）

感应加热电炉的拓扑研究。

14）电网接口和高功率电子（7篇）

主要是关于有源滤波、相角平衡和无功补偿的研究。

下面针对电机传动及控制、电压调节模块（VRM）、功率因数校正这几个热点问题所提出的一些新思想、新观点、新方法简单概述如下：

无传感器无刷直流电机的驱动是讨论的一大热点。美国的JianwenShao等人提出了一种用于无传感器无刷直流电机驱动的直接BEMF检测的新方法。该方法通过合适地选择PWM和检测策略，不需要知道电机的中点电位，即可以从电机的端电压直接得到悬浮的那一相的反电势信号。它相对于以往需要知道中点电压信息的方法来说，具有对开关噪声不敏感、宽的调速范围和电机快速启动等优点。它适用于高压、低压、高速、低速的场合，像硬盘驱动、风扇、泵、鼓风机、扫描仪、家用电器等。 美国ORNL的Gui－JiaSu等人提出用间接反电势检测方法来获取转子的位置信息。它需要依赖于端电压检测位置，用一个低通或带通滤波器来获取位置信息。对于由滤波器引入的非理想相位延迟，采用查表校正方法，这可以消除位置检测误差，应用于低速情况下，还可以减少转矩纹波，提高电机效率。该方法不同于以往需要三套滤波装置的检测方法，它只需要一套滤波装置，所以大大减小了检测电路的体积，降低了价格。

SyedHossain，YilmazSozer，RuheShi等人都对开关磁阻电机的控制进行了讨论，他们分别侧重于四象限控制、励磁参数的自动控制、空间矢量PWM的研究。RazvanC.Panaitescu和NedMohan对空间矢量脉

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宽调制（SV－PWM）的分析和硬件实现进行了简单化的解释，他们用传统的载波方法来解释电压源逆变器的SV－PWM，直观易懂。

电压调节模块（VRM）也是本次会议讨论的热点主题。PengXu和MaoYe等人分别对12VVRM和48VVRM的各种拓扑进行了分析和研究，得出了一些比较有意义的结论。对于12VVRM，多相buck变换器是最流行的拓扑，然而由于它工作在很小的占空比下，使瞬态响应和效率都受到了影响。为了在不牺牲瞬态响应的情况下提高效率，他们研究了几种可以提高占空比的拓扑：多相带抽头电感的buck变换器结构简单，但要承受由漏感引起的电压尖峰；多相耦合buck变换器为了克服尖峰电压问题，在多相带抽头电感的buck变换器基础上，为每个通道加了一套有源嵌位电路。实验证明，多相耦合buck变换器的效率远远大于多相buck变换器；改进的多相耦合buck变换器由于内置电容的存在，使输入、输出电流比较平滑。对于48VVRM的6种拓扑（有源嵌位正激、对称半桥、非对称半桥、推挽、推挽正激和集成滤波器的推挽正激）进行了分析和比较，得出了集成滤波器的推挽正激电路有高的效率和好的应用前景的结论。

KaiweiYao等人在全体会议中讨论了VRM基于小信号模型的瞬态响应。为了获得好的自适应电压位置（AVP），他们提出了恒输出阻抗设计方法。电压控制和电流控制都可获得恒输出阻抗。在电流控制模式下，输出电容决定了恒输出阻抗设计方法的可行性。他们还提出了一种优化的设计过程，给出了一个设计实例，获得了小的体积、高的效率和好的瞬态响应。

在小功率应用场合（<300W），为了减小体积、降低费用，单级功率因数校正器正在取代二级PFC。但由于单级电路存贮电容电压随输入电压而变化，如果应用于电压范围比较大的情况下（90～260VRMS），这种电路是不利的。西班牙的OGarcia等人利用他们提出的一种单级PFC拓扑（双正激变换器）实现了一个适用于所有线电压的单级AC/DC变换器，能够实现快速的输出电压调节。在该拓扑中，比一般的单级电路增加了3个二极管和一个附加绕组，存贮电容由AC电源经二极管直接充电，所以它能够承受线电压峰值的最大电压，不会对电路产生附加的电压应力，并且该拓扑只需要一个开关和一个控制环，极大地节省了费用。

意大利的GSpiazzi等人对用于小功率的两种单开关隔离整流电路进行了比较。正激电路的二次侧使用谐振，反激电路使用无源无损吸收，它们都采用相同的控制方法：改进的非线性载波控制。他们着重于比较两种电路在全电压输入范围内主开关器件的电压、电流额定值、功率损耗、在变负载和变输入电压下的总效率、电磁噪声的产生等。通过理论分析和实验验证，他们认为反激变换器由于软开关的作用，能够有效抑制EMI的产生；正激变换器在效率和功率器件的额定值方面能取得比较好的效果。

WeibongQin，QunZhao等人都对单级功率因数校正电路的不同拓扑进行了研究。美国的SangsunKim等人提出了一种由两个反激变换器并列连接的单级功率因数校正电路拓扑，需要较小体积的无源元件、较低的直流连接电压，即可获得较高的效率。

对于中大功率校正电路的实现，拓扑一般都是基于boost变换器。侧重点集中于有源、无源软开关的研究以减小损耗、器件电压应力的减小、滤波电感的选择等。浙江大学的YanDeng，XiangningHe，HongyangWu等人都对无源无损吸收电路进行了研究。无源无损软开关技术的实现，是通过在主电路中附加一些由无源元件组成的无源网络，通过无源器件的谐振过程来实现软开关的功能，无需附加额外的检测和控制系统,控制简单，运行可靠。Hang?seokChoi和B.H.Cho提出了一个BoostPFP电路，它具有改进的ZCSPWM开关单元。这个改进的ZCSPWM开关单元为主开关和辅助开关都提供了ZCS条件，不增加主开关的导通损耗。同时该电路还实现了二极管的软换流，消除了反向恢复问题。南京航空航天大学的XinboRuan对ZVSPWM进行了研究，提出的CDRZVSPWMTL变换器具有在宽的负载范围内实现ZVS，整流二极管自然换流，没有占空比丢失等优点。

会议论文集已在IEE/IEEE数据库中列出，有兴趣读者可直接调用。

参考文献

[1]IEEEAppliedPowerElectronicsConferenceandExposition

ConferenceProceedings[C].March2002，Dallas，U.S.A.