电力电子课程的主要内容、重点、难点及解决方法
电力电子课程的主要内容、重点、难点及解决方法
电力电子课程理论性和实践性均较强，是专业基础课，涉及到电、磁、热等综合知识，课程教学内容结合本科阶段的学习能力，将热设计部分作为自学或参考内容，不做课程讲授，同时把重点、难点分散；强调基础的同时，结合电力电子技术的最新发展补充新的授课内容；理论教学与工程实践相结合，通过实例和应用分析来带动各知识点，使学生在饶有兴趣中完成课堂学习；同过必做和选做式作业，完成梯度式教学，适应不同层次学生的学习需求，面向学力稍弱的学生强调基础内容，面向学力好的学生提供开放式题目和创新课题指导以提高其创新能力。
课程教学的主要内容、重点、难点及解决方法为：
0 绪论
重点：电力电子技术专业特点和应用。解决办法：系统介绍电力电子课程专业特点和应用，根据专业特点提出参考学习方法，给出专业课程的网站，互动现场演示精品课程网站的使用方法，方便学生提供课程学习效率，将网络与课堂教学互为补充。
1 晶闸管器件
重点：晶闸管的开关条件；晶闸管的开关特性和物理构成的关系；晶闸管的参数含义；晶闸管的电流定额折算方法。
难点：正弦半波的有效值折算方法；晶闸管的电流定额选取。
解决办法：通过互动虚拟实验演示晶闸管的开关实验,有助于学生熟悉晶闸管的开关条件和半控工作条件；采用多媒体和实物模型帮助学生对晶闸管有直观认识，方便学生掌握晶闸管的电气特点；通过工程设计实例帮助学生理解器件各种参数定额含义，掌握器件的参数设计方法；通过课堂练习和讲解强调晶闸管的正弦半波的有效值折算原则，熟悉晶闸管电流定额的计算和选取，进而掌握晶闸管电流的具体计算折算方法。
2.1 单相半波整流电路
重点：注意掌握整流电路的分析方法（工作原理/波形分析/量化分析）、电路按时域划分的线性等效电路的分析、电路波形分析与数量计算。
难点：电路工作波形分析方法。
解决方法：首先通过多媒体软件动态演示单相半波整流电路工作过程，强调不同性质负载下电压电流波形、各种电量基本关系，进而帮助学生掌握各种电路特点和应用范围，根据用电设备要求正确设计可控整流电路及元件的参数。在此基础上，通过课堂互动提问强调可控整流电路的工作原理分析方法。
2.2 单相桥式整流电路
重点：单相桥式整流电路的分析方法（工作原理/波形分析/量化分析）；电路按时域划分的线性等效电路的分析；不同负载的电路分析特点；对反电势负载的分析方法（工作原理/波形分析/量化分析）；半控电路的工作特点与工作状态分析；半控电路的量化分析。
难点：电路波形分析与数量计算；半控电路的特点和分析。
解决方法：通过多媒体软件动态演示全波整流电路和半控电路工作过程，掌握桥式整流电路特点；利用FLASH动画分别针对阻性负载、感性负载和反电势条件下，分析各电气电压电流波形、各种电量基本关系，利用互动提问强调负载不同对电路的工作原理的影响。在讲解半控电路时与全控电路进行对比分析，强调半控整流电路的拓扑特点和失控产生原因。
2.3 三相半波整流电路
重点：三相半波整流电路的分析方法（工作原理/波形分析/量化分析）；电路按时域划分的线性等效电路的分析；不同负载的电路分析特点。
难点：三相半波电路波形分析与数量计算。
解决方法：通过多媒体软件动态演示三相半波整流电路工作过程，分别针对阻性负载和感性负载条件下，分析各电气电压电流波形、各种电量基本关系。将三相整流电路与单相整流电路进行类比，注意拓扑和工作特点的异同和电路输出电压的不同。
2.4 三相全桥整流电路
重点：三相全桥整流电路的分析方法（工作原理/波形分析/量化分析）；电路按时域划分的线性等效电路的分析；三相全桥电路波形分析与数量计算；不同负载的电路分析特点。
难点：三相全桥整流电路波形分析与数量计算。
解决方法：通过多媒体软件动态演示三相全桥整流电路不同模态的工作过程，分别针对阻性负载和感性负载条件下，分析各电气电压电流波形、各种电量基本关系；利用矢量图运画演示阐述三相全桥换流顺序和双触发时序。将三相全桥整流电路与三相半波相整流电路进行类比，注意拓扑和工作特点的异同，以及输出电压波形和输出电压平均值的不同。
2.5 双反星整流电路
重点：对双反星电路按时域划分的线性等效电路的分析；电路波形分析与数量计算；掌握双反星电路的工作特点和设计要点。
难点：双反星电路的工作原理与数量计算。
解决方法：利用动画演示双反星整流电路工作过程和特点，分析各电气电压电流波形、各种电量基本关系；强调双反星整流电路的根本特点和设计中应注意事项。
2.6 变压器漏抗对整流器的影响
重点：讲解漏抗的影响原理和措施；分析逆变工作条件和原理。
难点：漏抗对整流器的影响与量化计算。
解决方法：采用提出问题->解决问题的讲解方法，重点讲解整流电路中漏抗对整流工作的影响和对应措施。
3.1 三相有源逆变电路
重点：讲解三相半波逆变电路的工作原理、电路波形分析与数量计算；讲解三相桥式逆变电路的工作原理、电路波形分析与数量计算。
难点：三相全桥逆变电路工作过程分析。
解决方法：利用FLASH动画分析三相半波逆变电路的工作原理和电路分析（包括各电气电压电流波形、各种电量基本关系）；课堂互动方式强调三相桥式逆变电路的工作原理和电路分析（包括各电气电压电流波形、各种电量基本关系）。
3.2 逆变颠复与最小逆变角限制
重点：分析逆变失败的原因；讲解逆变失败的影响原理和措施。
难点：最小逆变角的限制条件。
解决方法：课堂互动提问强调逆变失败对整流工作的影响和对应措施；重点掌握逆变失败导致的原因和最小逆变角定义。
4.1 晶体管的触发电路
重点：触发电路的定义和要求；触发电路的电路工作原理分析；概念讲授和电路工作的分析
难点：各子功能电路的详细工作原理。
解决方法：利用多媒体软件动画演示握触发电路的各部分组成，方便学生掌握触发电路的工作原理和功能模块划分，进而了解触发电路的各个组成部分的工作原理。
5.1高频开关功率器件
重点：高频功率二极管的分类、主要特性和参数；常用全控器件（GTR,MOSFET,IGBT）的特性和主要参数。极限参数和电气参数。
难点：高频功率二极管的分类反向恢复；MOSFET和IGBT器件的开通和关断过程、米勒效应。
解决办法：（1) 从高频器件的基础--功率PN结的半导体物理特性说起；(2) 结合三端器件的小信号等效电路讲解米勒效应；（3）以一两个具体型号典型器件的参数表为例，说明各种参数的体现及对电路性能的影响。
6.1 DC-DC变换电路
重点：BUCK、BOOST、反激和正激变换器几种基本的变换器的拓扑电路形式，Buck变换器的分析方法和外特性（包括电流连续和断续模式）。
难点：反激变换器的分析方法，正激变换器的磁化及磁复位过程。
解决办法：1）以Buck变换器为例，详细说明模态分析的原理和方法；并推论到其他拓扑； 2）用伏秒平衡原理和电流增量原理两种方法对照分析；3）首先复习和强调磁通连续性、能量守恒和伏秒平衡等，强调物理概念；4）强调几种拓扑的对偶性，推论分析方法和结果。
7.1 DC-DC变换器的PWM控制
重点：PWM控制工作原理，开关电源系统结构框图。
难点：SG1525/SG1527系列集成PWM控制器输出级的控制逻辑；动态闭环调节原理。
解决办法：（1）结合BUCK变换器的脉宽调制仿真和实验查看SG1525控制器各管脚的工作波形，阐述PWM原理；（2）结合自动控制原理，解释误差放大器、闭环调节原理。
8.1 DA-AC变换电路及输出波形控制
重点：半桥、全桥和推挽逆变电路在阻性和感性负载下的工作原理，SPWM控制基本原理。
难点：推挽电路带感性负载下T/4的调节范围，逆变电路的改进型SPWM控制方法。
解决办法：（1）通过画推挽电路带感性负载时0～T/4和接近T/4时的电路波形来说明；（2）通过对比SPWM和改进型SPWM控制下的电路波形进行阐述。
9 开关管的缓冲电路和软开关技术
重点：缓冲的目的和意义，缓冲的原理，缓冲的方法；电应力和热应力的概念；开通和关断负载线的概念和意义；典型的RCD/RLD缓冲电路的构成和原理，元件L、R、D在缓冲电路中的作用，参数的设计方法；无损缓冲的概念、原理和典型电路；零电流或零电压开通关断的目的和意义，零电流和零电压谐振开关的电路构成及原理。
难点：buck电路的缓冲电路的分析和参数设计。
解决办法：采用由浅入深，由简到繁，由局部到整体的分析方法，强调元件L、R、D在缓冲电路中的作用。
10 开关管的驱动电路
重点：电气隔离的作用、方法、典型隔离电路、各种隔离电路的特点及工作特性、双极性管和场控器件的驱动技术及典型电路。
难点：结合电路系统判断是否需要电气隔离以及如何隔离、掌握抗饱和驱动电路的原理、理解MOS管驱动电路中各元件的作用。
解决办法：(1)结合触电问题、全桥电路的各管驱动要求来讲解电气隔离的作用；(2)以Buck、Boost为例，讲解如何结合电路系统判断是否需要隔离驱动；(3)通过打比方和设问的方式引导学生思考并理解不同隔离电路的特点和工作特性：以三极管的外特性为比方让学生理解光耦的线性、开关工作模式以及CTR参数；通过设问“正激式驱动电路能否用于占空比为0.98的信号的隔离驱动？”引导学生理解驱动电路中的变压器同样要满足磁复位的稳态工作条件，进而了解正激式驱动电路同样有占空比限制；通过问题“如果驱动信号频率有的时候为低频，有的时候为高频，驱动占空比变化范围从0到1，可采用何种隔离驱动电路？”引出高频调制隔离驱动电路，同时也让学生理解了该驱动电路的特点；(4)抓住驱动电流过大是引起三极管饱和的根本原因，从驱动分流的角度让学生定性理解抗饱和的基本原理，进而掌握其定量关系；(5)通过画出LC等效电路让学生理解MOS 管驱动容易出现的尖峰振荡原因，进一步引出可通过阻尼和电压尖峰钳位来解决此问题，让学生理解MOS管驱动电路中各元件的作用；(6)布置开放式思考题：a. 反激变换器的驱动电路可采用哪些方案，相应的输出电压反馈是否需要隔离？b. MOS管驱动波形上升沿和下降沿为何能看到有小平台？
11功率变换器中的磁性元件设计
重点：铁心BH曲线及其典型参数，铁心损耗分类及各部分损耗与铁心材料特性的关系，铁心的几种工作状态,常用铁心材料的性能及选用,脉冲功率变压器及电感的设计思路。
难点：能量在BH曲线上的反映，加入气隙后磁心BH曲线如何变化，集肤效应和邻近效应的理解，启动过程中变压器的饱和现象。
解决办法：(1)利用电磁感应原理将磁感应强度B与电压u关联，根据安培环路定律建立磁场强度H和电流i的关系，再结合做功的公式，帮助学生理解BH曲线向B轴投影的面积表征磁元件的储能；(2)结合BH曲线的能量关系讲授磁滞损耗，并引出交变磁场下铁氧体也会有涡流和损耗，使得学生可以自然而然理解铁损的两个主要部分和减小铁损的方法；(3)结合磁路帮助学生理解气隙增大，BH曲线向横坐标倾斜；结合BH曲线的能量关系，让学生直观地理解加入气隙、储能能力增大、不易饱和；(4)引导学生应用右手法则画出自身交变电流在导体中感应的高频电流、以及邻近交变电流在导体中感应的高频电流，帮助学生理解集肤效应和邻近效应，并应用“同向相斥、异向相吸”来总结邻近效应的影响；(5)结合不同变换器中的磁性元件，让学生理解磁性元件的不同工作状态，掌握不同变换器中电感和变压器对磁心材料和气隙的要求；(6) 考虑到磁的抽象性，通过图片与实物教具相结合的方式让学生对不同磁性材料建立感性认识，了解磁件的组成，理解磁件设计一方面要保证电气参数，同时还要保证不饱和、适当的损耗和可以绕下等要求，进而讲解电感和变压器的设计思路；(7)结合BH图，讲解启动过程中变压器的饱和现象和相应的抑制措施；(8)布置开放式思考题：变压器的模型是什么，变压器中的漏感、激磁电感、各绕组匝数、同名端如何测量？
