總重點整理

Key Points

這一頁把第 1 章到第 5 章收成考前能講出口的話。公式的寫法在公式總表，例題的數字請回各章自己重算。這裡只留「看到題目先判斷什麼」。

1. 整門課的一條線

電力電子用開關做轉換，理想開關不消耗功率，所以效率可以很高。第 5 章的開關只有二極體：順向自己通、逆向自己斷，不能用閘極決定，所以叫非控整流。

計算幾乎都站在第 3 章：平均值是直流成分，有效值用來算發熱，穩態時電感的正伏秒等於負伏秒。第 4 章不是在背軟體，是要你先預測波形，再看模擬有沒有畫錯。

2. 第 1 章　先認轉換

看到電路先問兩句：輸入是 AC 還是 DC？輸出是 AC 還是 DC？

線性降壓把多餘電壓變成熱。24 V 供給 12 V、2 A 時，效率只有 50%，損失 24 W。理想開關則 $P_{in}=P_{out}$。

效率 $\eta = P_{out}/P_{in}$，損失 $P_{loss}=P_{in}-P_{out}$。

3. 第 2 章　這顆開關誰說了算

選開關時留下的印象：不需調節用二極體；市電、要調觸發角、靠電流自然歸零來關斷，用 SCR；低壓高頻用 MOSFET；中高電壓又要能自己關斷，用 IGBT。

理想二極體：導通 $v_d=0,\ i_d\ge 0$；截止 $i_d=0,\ v_d\le 0$。先猜通或斷，再檢查。假設導通卻算出電流要倒流，它其實是斷的。

損失分兩段。已經打開之後的壓降或電阻是導通損失；打開、關掉那幾微秒電壓和電流同時不為 0，是切換損失。線頻整流幾乎只剩導通損失。

4. 第 3 章　三個一定會用的觀念

平均值和有效值不是同一個數字。 平均值是面積除以週期，正負會相消，代表直流。有效值先平方、再平均、再開根號，電阻功率一定用它：$P=I_{rms}^2 R$。用平均值代進去會少算。

電感和電容。 電壓面積（伏秒）改變電感電流；電流面積（安秒）改變電容電壓。週期穩態時，電感電壓一週的積分是 0，正面積等於負面積。電容電流的平均值也必須是 0。電流連續時，電感電流不能跳；電容電壓不能跳。

功因先記正弦的版本。 $PF=\cos\varphi$。電流如果不是正弦、含有諧波，這句不夠，第 5 章只有和電壓同頻率的那一部分電流會產生平均功率。

漏感就是第 5 章交流側的 $L_s$。它讓電流不能瞬間改變，所以換相要花一個角度。

5. 第 4 章　模擬在驗收什麼

畫圖之前先寫四件事：二極體何時導通、導通時的迴路方程式、截止時誰的電流必須是 0、穩態時哪一塊面積要平衡。

對過的波形才算數：

• 理想二極體電流不能長期為負。
• 半波純電阻：電壓過零，電流同時變 0。
• 半波有電感：電流會走到超過 180°。若模擬在 180° 把電流剪成 0，是模型或步長錯了。
• 橋式、直流側電感很大：直流電流幾乎是平的，交流電流接近方波。
• 有 $L_s$：交流電流轉角變圓，直流電壓出現缺口。
• 平均值要等波形開始重複再讀。理想開關若把電壓源直接短路，程式會亂掉，電路裡要有一點電感或電阻。

6. 第 5 章　看到電路先歸類

符號：$v_s=\sqrt{2}\,V_s\sin\omega t$，$V_s$ 是有效值，$V_m$ 是峰值。

半波對稱的意思是：右移半週再上下翻轉，波形和原來重合。這種波形沒有直流，也沒有偶次諧波。方波 $\pm I_d$ 有；全波整流電壓 $\lvert v_s\rvert$ 沒有，因為右移半週之後長得一樣，沒有變成負的。

7. 最容易算錯的六件事

1. 半波平均是 $0.45 V_s$，全波才是 $0.9 V_s$。兩個都是平均值，功率要用有效值。
2. $V_{do}=0.9 V_s$ 是電壓比。$I_{s1}=0.9 I_d$ 是方波電流的基頻有效值。$PF=0.9$ 是因為 $I_{s1}/I_s=0.9$ 而且 DPF $=1$。三個 0.9 不是同一件事。
3. THD $=48.4\%$ 和 PF $=0.9$ 只屬於「直流電流近似常數」的方波。純電阻的交流電流是正弦拱起，不是這兩個數字。
4. 有電感時，電流不會在 180° 結束。
5. 換流時電流要從 $+I_d$ 變到 $-I_d$，變化量是 $2I_d$。看成 $I_d$，重疊角和壓降都會少一半。
6. DPF $=1$ 只說明基頻沒有相位差。PF 變小是諧波讓電流有效值變大，線路更熱，但不增加平均功率。

8. 考前怎麼用這一頁

先把上面六件事講給自己聽。講得出來，再打開公式總表把對應的式子寫一次。第 5 章例題 5-1 到 5-5 各重算一遍：純電阻、電感熄滅角、含 $E_d$、方波的功因、以及 $L_s$ 造成的電壓下降。