第一篇：電力電子課程設(shè)計(jì)-降壓斬波電路

中北大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書 引言

高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源已廣泛運(yùn)用于基礎(chǔ)直流電源、交流電源、各種工業(yè)電源，通信電源、通信電源、逆變電源、計(jì)算機(jī)電源等。它能把電網(wǎng)提供的強(qiáng)電和粗電，它是現(xiàn)代電子設(shè)備重要的“心臟供血系統(tǒng)”。BUCK變換器是開關(guān)電源基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的一種，BUCK變換器又稱降壓變換器，是一種對輸入輸出電壓進(jìn)行降壓變換的直流斬波器，即輸出電壓低于輸入電壓，由于其具有優(yōu)越的變壓功能，因此可以直接用于需要直接降壓的地方。

2.降壓斬波電路的設(shè)計(jì)目的

(1).通過對降壓斬波電路（buck chopper）的設(shè)計(jì)，掌握buck chopper電路的工作原理，綜合運(yùn)用所學(xué)知識，進(jìn)行buck chopper電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。

(2).了解與熟悉buck chopper電路拓?fù)?、控制方法?/p>

(3).理解和掌握buck chopper電路及系統(tǒng)的主電路、控制電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方法，掌握元器件的選擇計(jì)算方法。

(4).具有一定的電力電子電路及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和調(diào)試的能力

2.1降壓斬波電路的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求

(1).設(shè)計(jì)內(nèi)容: 對Buck Chopper電路的主電路和控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，參數(shù)如下：直流電壓E＝200V，負(fù)載中R＝10?，L值極大,反電動(dòng)式E1＝30V。(2).設(shè)計(jì)要求

(a)理論設(shè)計(jì)：

了解掌握Buck Chopper電路的工作原理，設(shè)計(jì)Buck Chopper電路的主電路和控制電路。包括：IGBT電流,電壓額定的選擇，畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖、列出主電路所用元器件的明細(xì)表。

(b).仿真實(shí)驗(yàn): 利用MATLAB仿真軟件對Buck Chopper 電路主電路和控制電路進(jìn)行仿真建模設(shè)計(jì)

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2.2.降壓斬波電路主電路基本原理

降壓斬波電路主電路工作原理圖如下：

圖1 降壓斬波電路主電路工作原理圖

t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓U0?E，負(fù)載電流i0按指數(shù)曲線上升。

t=t1時(shí)控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓U0近似為零，負(fù)載電流i0呈指數(shù)曲線下降。

通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。

當(dāng)電路工作穩(wěn)定時(shí)，負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等如圖2所負(fù)

U0?載電壓的平均值為：間，tontE?onE??Eton?toffT式中，ton為V處于通態(tài)的時(shí)toff為V處于斷態(tài)的時(shí)間；T為開關(guān)周期；?為導(dǎo)通占空比，簡稱占空比

I0?U0R若負(fù)載中L值較小，則在V關(guān)斷或?qū)ū?。?fù)載電流的平均值為：后，到了t2時(shí)刻，負(fù)載電流已衰減至零，會出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的情況。負(fù)載電壓U0平均值會被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。

3.IGBT驅(qū)動(dòng)電路簡介

IGBT 是三端器件，具有柵極G，集電極 C和發(fā)射極 E。它是個(gè)場控器件，通斷由柵射極電壓 Uge決定。Uge 大于開啟電壓Uge(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT 導(dǎo)通。通態(tài)時(shí)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻 R減小，使通態(tài)壓降減小。當(dāng)柵射極間施加反壓或不加信號時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT 關(guān)斷。一般IGBT的開啟電

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壓Uge（th）在 25度時(shí)為2~6V左右，而實(shí)際一般驅(qū)動(dòng)電壓取15~20V，且關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓，有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻有利于減小寄生振蕩，該電阻值應(yīng)隨被驅(qū)動(dòng)器件電流定額值的增大而減小。.元件參數(shù)選擇

有題目知P=400W，U=100V，a=0.8，所以負(fù)載電阻R=16Ω，有頻率f=5KHZ，所以T=1/f=0.0002S，由于反電動(dòng)勢E=0所以m=Em/E=0 ①IGBT的選擇：因?yàn)楸倦娐吩O(shè)計(jì)的E=100V, 因此根據(jù)P=400W，U=100V，由于晶閘管安全域量可知所選IGBT的額定電壓與額定電流分別為200-300V、7.5A-10A。

②柵極串聯(lián)電阻Rg的阻值：根據(jù)IGBT的選擇，由可知知R的值為16?。

③其他元器件的選擇標(biāo)準(zhǔn)如下：二極管額定電壓100V，電感L=100mL，電流有

?et1/??1?EEm?e???1?E???I10 ?????mT/???e?1?R?e?1?RR??? ?

I20?1?e?t1/????1?e?T/???EEm?1?e????E??1?e???m??R?R?R?????t1??T?m?Em/Et1/????????????T???? 式中，??L/R ??T/?中北大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書

I10=4.98A和I20=5.02A分別是負(fù)載電流瞬時(shí)值的最小值和最大值 e???1m??有公式 e?1判斷得電流連續(xù)。

輸出電壓平均值為 得U0=80V

ton?txton?tx?EUo?Em1?ton?i2dt????m??負(fù)載電流平均值為 Io???i1dt????0ton??T?TR?RUo?tonE?(T?ton?tx)Em??t?t???????1?onx?m?ETT????得I0=5.0A

5、MATLAB仿真

MATLAB仿真簡介

MATLAB 是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB的優(yōu)勢如下：（1）友好的工作平臺和編程環(huán)境；（2）簡單易用的程序語言；

（3）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力；（4）出色的圖形處理功能；（5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱；（6）實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺；（7）應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面）。

5.1 主電路的仿真

1.按原理圖在MATLAB中搭建模塊，搭建好的模型圖如下：

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圖19 仿真模型圖

2．調(diào)試與結(jié)果

設(shè)定占空比為80%,得出輸出電流I0和電壓U0及其波形如下所示：

輸出電流I0波形圖

輸出電壓U0波形圖

6.結(jié)論分析

有電壓電流波形圖知在電流在電壓為E期間上升，在電壓為零期間下降，周期T=1/f=0.0002s，高電平導(dǎo)通時(shí)ton=aT=0.8T=0.00016s,U0=100V，低電

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平導(dǎo)通時(shí)間toff=0.00004s,U0=0V且電壓電流幅值范圍分別為，I=4.98A～5.02A，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論一致。

7.心得體會

做課程設(shè)計(jì)我們都感覺入手比較困難，因?yàn)樗紫纫竽銓λ鶎W(xué)的知識都要弄懂，并且能將其聯(lián)系貫穿起來，因此課程設(shè)計(jì)是綜合性比較強(qiáng)的。這次的電力電子課程設(shè)計(jì)是我做的最辛苦的一次，主要的原因是這次試驗(yàn)要求我們學(xué)習(xí)兩個(gè)從來就沒有接觸過的軟件。而且時(shí)間還是有那么緊。首先把設(shè)計(jì)任務(wù)搞清，接下來就是找相關(guān)資料，可以通過上圖書館和上網(wǎng)，然后對資料進(jìn)行整理。找資料說起來好像很簡單，但真正做起來是需要耐心的，不是你所找的就一定是有用的，要進(jìn)行篩選甄別，所以這個(gè)過程中是要花費(fèi)一些時(shí)間的，但這其中也拓展了你的知識面。書上原理性的東西與真正的動(dòng)手操作還是有很大的區(qū)別的，要考慮很多因素，比如說，參數(shù)的選取和設(shè)定，這些對實(shí)驗(yàn)結(jié)果是有很大的影響的。

通過重溫教材知識和翻閱相應(yīng)的資料，當(dāng)然還有一部分要?dú)w功于我的同學(xué)的幫助。通過這次課程設(shè)計(jì)我們掌握了一定的文檔的編排格式，這對于以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及工作需要都有很大的幫助，在完成課程設(shè)計(jì)的同時(shí)我們也再復(fù)習(xí)了一遍電力電子這門課程，對于以前一知半解的問題有了更深刻的認(rèn)識。

通過這次課程設(shè)計(jì)，使我明白了自身的不足，還有就是學(xué)習(xí)上存在的以應(yīng)試為目的的陋習(xí)，自己真正學(xué)到的知識還是相當(dāng)有限的，而且都是很死板的知識，并沒有做到活學(xué)活用。而且，在專業(yè)軟件學(xué)習(xí)方面還要有很大的提升的需要。

8． 主要參考文獻(xiàn)

[1].王兆安.電力電子技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2009 [2].李傳琦.電力電子技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn).電子工業(yè)出版社.2005 [3].洪乃剛.電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真.機(jī)械工業(yè)出版社.2006 [4].鐘炎平.電力電子電路設(shè)計(jì).華中科技大學(xué)出版社.2010

第二篇：電力電子升降壓變換器課程設(shè)計(jì)[推薦]

中北大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書緒論

《電力電子技術(shù)》課程是一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電力電子技術(shù)課程理論教學(xué)之后的一個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過的變流電路原理的基礎(chǔ)知識，獨(dú)立完成查找資料、選擇方案、設(shè)計(jì)電路、撰寫報(bào)告的能力，使學(xué)生進(jìn)一步加深對變流電路基本理論的理解和基本技能的運(yùn)用，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

《電力電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)是配合變流電路理論教學(xué)，為自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)技能設(shè)計(jì)，課程設(shè)計(jì)對自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生是一個(gè)非常重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。通過設(shè)計(jì)能夠使學(xué)生鞏固、加深對變流電路基本理論的理解，提高學(xué)生運(yùn)用電路基本理論分析和處理實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。

斬波電路(DC Chopper)的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電，也稱為直接直流—直流變換器(DC/DC Converter)。直流斬波電路的種類很多，包括6種基本斬波電路：降壓斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電路，Cuk斬波電路，Sepic斬波電路，Zeta斬波電路，前兩種是最基本電路。應(yīng)用Matlab的可視化仿真工具Simulink建立了電路的仿真模型，在此基礎(chǔ)上對升降壓斬波Boost—Buck電路進(jìn)行了較詳細(xì)的仿真分析。

本文分析了升降壓斬波電路的工作原理，又用Matlab對升壓-降壓變換器進(jìn)行了仿真建模，最后對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析總結(jié)。升降壓斬波電路的設(shè)計(jì)

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2.1升降壓斬波電路工作原理

（1）V通時(shí)，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時(shí)電流為i1。同時(shí)，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電。

（2）V斷時(shí)，L的能量向負(fù)載釋放，電流為i2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路。

a)原理圖

b)波形圖

圖（3）升壓/降壓斬波電路的原理圖及波形圖

數(shù)量關(guān)系：

穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對時(shí)間的積分為零，即：

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?當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，uLT0uLdt?0

?E；當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，uL??uo；于是：

Eton?U0toff所以輸出電壓為： U0?

tont?E?onE?E toffT?ton1??由此可見，改變導(dǎo)通占空比α，就能夠控制斬波電路輸出電壓U。的大小。當(dāng)0<α<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<α<1時(shí)為升壓，故稱作升降壓斬波電路。

圖（3）b)中給出了電源電流i1和負(fù)載電流i2的波形，設(shè)兩者的平均值分別為I1和I2，當(dāng)電流脈動(dòng)足夠小時(shí)，有：

I1ton?I2toff由上式可得：

1??I2?I1?I1

ton?toff如果V、VD為沒有損耗的理想開關(guān)時(shí)，則：EI1?UoI2

其輸出功率和輸入功率相等，可將其看作直流變壓器。

2.2根據(jù)升降壓斬波電路原理圖

如圖（3），建立升壓-降壓式變換器仿真模型，如圖（4）所示：

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圖（4）升壓-降壓式變換器仿真模型

2.3 的建模和參數(shù)設(shè)置：

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2.3 的建模和參數(shù)設(shè)置：

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3.設(shè)計(jì)結(jié)果及分析

1、脈沖發(fā)生器中的脈沖寬度設(shè)置為脈寬的33.3%，2、仿真結(jié)果如圖（5）所示： 8

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圖（5）控制脈沖占空比33.3% 從圖5可以看出，負(fù)載上平均電壓為10 V，波形為有少許波紋的直流電壓；

理論計(jì)算：U0??E?E?10V，Uo與E極性相反； 1??仿真結(jié)果與升降壓斬波理論分析吻合。

3、脈沖發(fā)生器中的脈沖寬度設(shè)置為脈寬的66.6%，4、仿真結(jié)果如圖（6）所示：

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圖（6）控制脈沖占空比66.6% 從圖6可以看出，負(fù)載上平均電壓為40 V，波形為有少許波紋的直流電壓； 解 輸出10v時(shí)的占空比Dc=1／3 則

Lc=R／2(1-Dc)2Ts=10／2×（2/3）2 ×1/20000=104uH C=V0DCTS/R△U0=1/10×0.2 ×3×20000=886uF 輸入40v時(shí)的占空比為Dc=2/3 則

Lc= R／2(1-Dc)2Ts=10／2×（1/3）2 ×1/2000=10.4uH C=V0DCTS/R△U0=1/10×0.2 ×3×20000=886uF 總結(jié)

通過以上的仿真過程分析，可以得到下列結(jié)論：

(1)直流斬波電路可將直流電壓變換成固定的或可調(diào)的直流電壓，使用直流斬波技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的功能，而且還可以達(dá)到改善網(wǎng)側(cè)諧波和提高功率因數(shù)的目的。直流斬波技術(shù)主要應(yīng)用于已具有直流電源需要調(diào)節(jié)直流電壓的場合。

(2)升降壓斬波電路（Boost-Buck Chopper）能夠方便的調(diào)節(jié)輸出電壓，tonton?E?E?E ；由于輸出電壓為： U0?若改變導(dǎo)通比αtoffT?ton1??，則輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低，當(dāng)0<α<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<α<1時(shí)為升壓，輕松實(shí)現(xiàn)直流變換中的升壓和降壓作用，工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用廣泛。

(3)直流變換電路主要以全控型電力電子器件作為開關(guān)器件，通過控制主電路的接通與斷開，將恒定的直流斬成斷續(xù)的方波，經(jīng)濾波后變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流輸出電壓。利用Simulink對降壓斬波電路和升降壓斬波的仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析，與采用常規(guī)電路分析方法所得到的輸出電壓波形進(jìn)行比較，進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。

(4)采用Matlab/Simulink對直流斬波電路進(jìn)行仿真分析，避免了常規(guī)分析

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方法中繁瑣的繪圖和計(jì)算過程，得到了一種較為直觀、快捷分析斬波電路的新方法。同時(shí)其建模方法也適用于其他斬波電路的方針，只需對電路結(jié)構(gòu)稍作改變即可實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)用性較強(qiáng)。

(5)應(yīng)用Matlab/Simulink進(jìn)行仿真，在仿真過程中可以靈活改變仿真參數(shù)，并且能直觀的觀察到仿真結(jié)果隨參數(shù)的變化情況，方便學(xué)習(xí)與研究。

體會

本次設(shè)計(jì)中我查閱了相關(guān)書籍、資料，首先對直流斬波電路有了大致的掌握，直流變換電路主要以全控型電力電子器件作為開關(guān)器件，通過控制主電路的接通與斷開，將恒定的直流斬成斷續(xù)的方波，經(jīng)濾波后變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流輸出電壓。

進(jìn)一步復(fù)習(xí)了直流斬波電路的基本類型，包括降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路等，理解了其工作原理，熟悉其原理圖及工作時(shí)的波形圖，掌握了這幾種電路的輸入輸出關(guān)系、電路解析方法、工作特點(diǎn)，并在理解的基礎(chǔ)上能對直流斬波電路進(jìn)行分析計(jì)算，加深了對直流斬波電路的掌握及應(yīng)用。

通過使用Matlab的可視化仿真工具Simulink對升降壓斬波Boost—Buck電路建立仿真模型，我更加熟悉了仿真庫里的原器件，增強(qiáng)了畫圖能力，使用SCOPES（示波器），可以在運(yùn)行方針時(shí)簡明地觀察到仿真結(jié)果，還可將多個(gè)結(jié)果放在一起以便對比，使我體會到了Matlab的可視化仿真工具Simulink的功能的齊全及使用的便捷。同時(shí)在仿真建模的基礎(chǔ)上對升降壓斬波Boost—Buck電路進(jìn)行了詳細(xì)的仿真分析，將仿真波形與常規(guī)分析方法得到的結(jié)果進(jìn)行比較，提高了我設(shè)計(jì)建模的能力、分析總結(jié)能力及加強(qiáng)了對Matlab/Simulink軟件的熟練程度。

總之，通過這次基于MATLAB的升壓-降壓式變換器的仿真的設(shè)計(jì)，我無論在理論分析上還是在建模仿真上都是受益頗多，體會到了Matlab軟件在電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)和研究中的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)它也是能讓我們將理論與實(shí)踐相結(jié)合、將所學(xué)知識系統(tǒng)化聯(lián)系在一起的很好的工具，經(jīng)過仿真能使所學(xué)的概念理解的更清晰、知識掌握的更牢固。

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參考文獻(xiàn)

[1] 王兆安、黃?。娏﹄娮蛹夹g(shù)．機(jī)械工業(yè)出版社，2009．6 [2] 王忠禮、段慧達(dá)、高玉峰．MATLAB應(yīng)用技術(shù)—在電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)中的應(yīng)用．清華大學(xué)出版社，2007．1 [3] 王輝、程坦．直流斬波電路的Matlab/Simulink仿真研究．現(xiàn)代電子技術(shù)，2009．5：174-175

第三篇：《電力電子課程設(shè)計(jì)》論文

目錄

第一章

1.1 1.2 1.3 第二章

2.1 2.2 2.3 2.4 緒論.............................................................................................................................................2 課程設(shè)計(jì)的目的.........................................................................................................................2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求.............................................................................................................2 MATLAB的原理應(yīng)用及SIMULINK仿真..............................................................................2 主電路設(shè)計(jì)及仿真.....................................................................................................................3 設(shè)計(jì)方案的論證.........................................................................................................................3 主電路結(jié)構(gòu)框圖與說明.............................................................................................................3 電路類型選擇依據(jù).....................................................................................................................3 整流電路的工作原理及設(shè)計(jì).....................................................................................................3 2.4.1 整流電路的基本工作原理...................................................................................................3 2.4.2 整流元件的選擇...................................................................................................................4 2.4.3 整流電路的設(shè)計(jì)與仿真.......................................................................................................4 2.5 逆變電路的工作原理及設(shè)計(jì).....................................................................................................5

2.5.1 逆變電路的基本工作原理...................................................................................................5 2.5.2 SPWM波的產(chǎn)生設(shè)計(jì)...........................................................................................................5 2.5.3逆變電路的設(shè)計(jì)與仿真........................................................................................................5

第三章 驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的設(shè)計(jì).................................................................................................................7

3.1 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路..........................................................................................................................7 3.2 觸發(fā)電路選擇與設(shè)計(jì).................................................................................................................7 第四章 臺燈調(diào)光電路的設(shè)計(jì).................................................................................................................8

4.1臺燈調(diào)光電路的基本工作原理.......................................................................................................8 4.2焊接與調(diào)試.......................................................................................................................................8 第五章 綜合設(shè)計(jì)與仿真.........................................................................................................................9

5.1整體電路設(shè)計(jì)模型...........................................................................................................................9 5.2 運(yùn)行仿真并檢驗(yàn)是否滿足性能指標(biāo)的要求..................................................................................9 第六章 心得體會...................................................................................................................................11

第一章 緒論

1.1 課程設(shè)計(jì)的目的

1）掌握三相全橋相控整流電路的結(jié)構(gòu)及其工作原理，明確觸發(fā)脈沖的相位關(guān)系，熟悉整流電路交流側(cè)與直流側(cè)電流、電壓關(guān)系。

2）掌握單相全橋逆變電路的結(jié)構(gòu)及其工作原理，明確調(diào)制信號與載波信號之間的幅值關(guān)系，明確驅(qū)動(dòng)脈沖的分配關(guān)系，熟悉逆變電路輸出電壓與直流電壓、調(diào)制信號幅值之間的關(guān)系。

3）熟悉電力電子電路的計(jì)算機(jī)仿真方法。1.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求

1）使用Matlab仿真軟件實(shí)現(xiàn)三相橋式全控整流電路仿真模型，構(gòu)建觸發(fā)延時(shí)角為0度，30度，60度的三相橋式全控整流電路直流側(cè)平波電感10mH、濾波電容10mF及負(fù)載電阻10Ω。采用寬脈沖觸發(fā)方式。觀測電網(wǎng)電壓波形、觸發(fā)脈沖波形、直流側(cè)電壓波形和負(fù)載電流波形。

2）使用Matlab仿真軟件實(shí)現(xiàn)三相橋式全控整流電路仿真模型，構(gòu)建三相全橋PWM逆變電路。直流側(cè)使用400V直流電壓源。調(diào)制波信號為50Hz正弦波信號。載波信號為1080kHz雙極性三角波。

3）將1）、2）構(gòu)建的仿真模型相組合，實(shí)現(xiàn)交-直-交變頻電路仿真模型。其中觸發(fā)延時(shí)角設(shè)為60度，調(diào)制波信號為250Hz正弦波信號。載波信號為10kHz雙極性三角波。調(diào)制比設(shè)為0.9。負(fù)載使用5mH+5Ω阻感性負(fù)載。觀測交流側(cè)A相電網(wǎng)電壓波形、相控整流觸發(fā)脈沖波形、直流電壓波形、輸出電壓給定波形、負(fù)載電壓波形及電流輸出波形。1.3 MATLAB的原理應(yīng)用及SIMULINK仿真

MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測試和測量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專用MATLAB函數(shù)集）擴(kuò)展了MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。

本次實(shí)驗(yàn)采用MATLAB軟件中的SIMULINK平臺進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真。在開環(huán)控制時(shí)，改變電壓，可以實(shí)現(xiàn)整流輸出電壓在不同觸發(fā)角時(shí)波形有著明顯的區(qū)別，都是對稱六脈波。在閉環(huán)控制時(shí)，其觸發(fā)角主要由電壓反饋電路，電流反饋電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，在示波器時(shí)基因數(shù)足夠大的觀察前提下，調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使該實(shí)驗(yàn)輸出穩(wěn)定的六脈波波形。

第二章 主電路設(shè)計(jì)及仿真

2.1 設(shè)計(jì)方案的論證

交交變頻電路是把電網(wǎng)頻率的交流電直接變換成可調(diào)頻率的交流電的變流電路。交交變頻電路是一種直接變頻電路。

和交直交變頻電路比較，優(yōu)點(diǎn)是只用一次變流，效率較高。可方便地實(shí)現(xiàn)四象限工作。低頻輸出波形接近正弦波。

缺點(diǎn)是接線復(fù)雜，如采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用36只晶閘管。受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低；輸入功率因數(shù)較低輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。交交變頻電路主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路中。2.2 主電路結(jié)構(gòu)框圖與說明

主電路系統(tǒng)框圖如圖2.2.1所示。

三相交流電源380V/50Hz整流電路濾波電路三相逆變電路合成電路三相交流負(fù)載電壓與相位采集電路同步六脈沖觸發(fā)電路SPWM脈沖觸發(fā)電路 圖2.2.1 主電路系統(tǒng)框圖

整流電路：用來把三相交流電整流成直流電。

濾波電路：用來把整流后的脈動(dòng)的直流通過儲能元件，變?yōu)檩^為平滑的的直流。

逆變電路：用來把直流電逆變?yōu)榻涣麟?。最常見的是?個(gè)逆變模塊組件組成三相橋式逆變電路。

2.3 電路類型選擇依據(jù)

整流電路：是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。

濾波電路：用來把整流后的脈動(dòng)的直流通過儲能元件，變?yōu)檩^為平滑的的直流。，逆變電路：用來把直流電逆變?yōu)榻涣麟姟?.4 整流電路的工作原理及設(shè)計(jì)

2.4.1 整流電路的基本工作原理

整流電路是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波

器等組成。它在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。2.4.2 整流元件的選擇

晶閘管額定電壓：=(2~3)，晶閘管的額定電流:=(1~1.5)K

2.4.3 整流電路的設(shè)計(jì)與仿真

三相橋式整流電路圖如圖2.4.1所示。

圖2.4.1 三相橋式整流電路圖

三相橋式整流電路仿真圖如圖2.4.2所示。

圖2.4.2 三相橋式整流電路仿真圖

2.5 逆變電路的工作原理及設(shè)計(jì)

2.5.1 逆變電路的基本工作原理

逆變電路是把直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的電路。當(dāng)交流側(cè)接在電網(wǎng)上，即交流側(cè)接有電源時(shí)，稱為有源逆變；當(dāng)交流側(cè)直接和負(fù)載連接時(shí)，稱為無源逆變。2.5.2 SPWM波的產(chǎn)生設(shè)計(jì)

SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法。前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果基本相同。SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。2.5.3逆變電路的設(shè)計(jì)與仿真

逆變電路圖如圖2.5.1所示。

圖2.5.1逆變電路圖

逆變電路仿真電壓波形圖如圖2.5.2所示。

圖2.5.2逆變電路仿真電壓波形圖

逆變電路仿真電流波形圖如圖2.5.3所示。

圖2.5.3逆變電路仿真電流波形圖

第三章 驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

3.1 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。

IGBT驅(qū)動(dòng)電路是驅(qū)動(dòng)IGBT模塊以能讓其正常工作，并同時(shí)對其進(jìn)行保護(hù)的電路。3.2 觸發(fā)電路選擇與設(shè)計(jì)

觸發(fā)電路常用的國產(chǎn)單結(jié)晶體管的型號主要有BT31、BT33、BT35。單結(jié)晶體管在一定條件下具有負(fù)阻特性，即當(dāng)發(fā)射極電流I增加時(shí)，發(fā)射極電壓Ve反而減小。利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性和RC充放電電路，可制作脈沖振蕩器。

圖3.2.1為單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，電路較簡單，溫度性能比較好，有一定的抗干擾能力，脈沖前沿陡，輸出功率較小，脈沖寬度較窄，只能承受調(diào)節(jié)RP無法加入其它信號，移相范圍≤180°，一般為150°此電路可以用在單相可控硅整流電路要求不高的場合，能觸發(fā)50A以下的晶閘管。

圖3.2.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

第四章 臺燈調(diào)光電路的設(shè)計(jì)

4.1臺燈調(diào)光電路的基本工作原理

接通電源前，電容C上的電壓為0。接通電源后，電容經(jīng)由R4、RP（R5）充電，電容的電壓V逐漸升高。當(dāng)?shù)竭_(dá)峰值電壓時(shí)，e-b1間導(dǎo)通，電容上電壓經(jīng)e-b1向電阻R3放電。當(dāng)電容上的電壓降到谷底電壓時(shí)，單結(jié)晶體管恢復(fù)阻斷狀態(tài)。隨后，電容又重新充電，重復(fù)上述過程，結(jié)果在電容上形成鋸齒狀電壓，在R3上則形成脈沖電壓。此脈沖電壓作為可控硅VT的觸發(fā)信號。調(diào)節(jié)RP（R5）的阻值，可改變觸發(fā)脈沖的相位，控制晶閘管VT的導(dǎo)通角，便改變了燈泡的亮度。4.2焊接與調(diào)試

正面實(shí)物圖如圖4.2.1所示。

圖4.2.1正面實(shí)物圖

背面實(shí)物圖如圖4.2.2所示。

圖4.2.2 背面實(shí)物圖

第五章 綜合設(shè)計(jì)與仿真

5.1 整體電路設(shè)計(jì)模型

交直交變頻電路圖如圖2.5.1所示。

圖2.5.1 交直交變頻電路仿真圖

5.2 運(yùn)行仿真并檢驗(yàn)是否滿足性能指標(biāo)的要求

交直交變頻電路電壓仿真圖如圖2.5.2所示。

圖2.5.2 交直交變頻電路電壓仿真圖

交直交變頻電路電流仿真圖如圖2.5.3所示。

圖2.5.3交直交變頻電路電流仿真圖

第六章 心得體會

這次的電力電子課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多。從一開始的理論課就讓我對這個(gè)課題產(chǎn)生了濃厚的興趣，剛開始感覺有點(diǎn)復(fù)雜，經(jīng)過老師耐心的講解之后，慢慢的懂得了其原理。在這次電子課程設(shè)計(jì)中，學(xué)會了Matlab軟件的使用，雖然是剛開始元器件都是英文版的，但是經(jīng)過反復(fù)的練習(xí)后，已經(jīng)能夠熟練掌握基本的用法，會搭建電路了。要將這么多的元器件全部焊在電路板上，可以先布線以及元器件的合理擺放的位置。在進(jìn)行焊接時(shí)，還要按照布線圖去焊接，這樣就不容易出錯(cuò)。在經(jīng)過好幾周努力后，焊接完成，感覺到了成就感，畢竟這是自己親手焊接完成的，這樣的機(jī)會也是難得的。決心要把這個(gè)課題順利的完成。通過這次的學(xué)習(xí)，將理論與實(shí)際聯(lián)系到了一起，在元器件的選取方面，要考慮到很多方面的因素，也認(rèn)識到自己還有太多的不足。

參考文獻(xiàn)

[1]王兆安,劉進(jìn)軍．電力電子技術(shù).第5版.機(jī)械工業(yè)出版社,2009.[2]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).4版.北京：高等教育出版社，2006.[3]龍志文.電力電子技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2013.[4]馬建國等.電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)基礎(chǔ).清華大學(xué)出版社，2004.[5]王維平.現(xiàn)代電力電子技術(shù)及應(yīng)用.東南大學(xué)出版社，1999.[6]張崇巍，張興.PWM整流器及其控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.[7]黨宏社.電路、電子技術(shù)試驗(yàn)與電子實(shí)訓(xùn).華中科技大學(xué).電子工業(yè)出版社.2008.[8]何希才、毛德柱編著.新型半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用實(shí)例.北京:電子工業(yè)出版社 [9]楊幫文編.新型集成器件實(shí)用電路.北京:電子工業(yè)出版社 [10]黃繼昌主編.電子元器件應(yīng)用手冊.北京:人民郵電出版社

[11]曲學(xué)基，王增福，曲敬鎧編著.穩(wěn)定電源電路設(shè)計(jì)手冊.北京:電子工業(yè)出版社

第四篇：電力電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告范文

課題名稱

電力電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告

學(xué)校：哈爾濱理工大學(xué) 榮成 院系：電氣信息系 專業(yè)班級： 學(xué)號： 姓名：

指導(dǎo)教師 ：

2010年 月

日 ：采用自關(guān)斷器件的單相交流調(diào)壓電路研究

哈爾濱理工大學(xué)榮成電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

目錄

第一章：引言...........................................1。.1

簡述...........................................1。.2指標(biāo)內(nèi)容及要求...........................................1。.3主電路原理及設(shè)計(jì)...........................................第二章：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容........................................2

第三章：實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及工作原理..........................3

第四章：實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器..................................4

第五章：實(shí)驗(yàn)方法........................................4

第六章：思考及心得體會..................................6

第一章

引言

一

簡述

電力電子技術(shù)是研究采用電力電子器件實(shí)現(xiàn)對電能的換和控制的科學(xué)，是20世紀(jì)50年代誕生，70年代迅速發(fā)展起來的一門多學(xué)科互相滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。這些技術(shù)包括以節(jié)約能源、提高照明質(zhì)量為目的的綠色照明技術(shù)；以節(jié)約能源、提高運(yùn)行可靠性并更好地滿足產(chǎn)要求為目的的交流變頻調(diào)速技術(shù)，以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可控制性為目的，并可有效節(jié)能的靈括（柔性）交流輸電技術(shù)等等。隨著電力半導(dǎo)體制造技求、徽電子技術(shù)、汁算機(jī)技術(shù)，以及控制理論的不斷進(jìn)步．電力電子技求向著大功率、高頻化及智能化方向發(fā)展，應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⒏訌V闊。二

指標(biāo) 內(nèi)容及要求 見第二章

三

主電路的原理及設(shè)計(jì) 1 交流調(diào)壓電路

如果在交流電源和負(fù)載之間之間用兩個(gè)晶間管反并聯(lián)后串聯(lián)到交流電路中，通過對晶閘管的控制就可以控制交流電力。這種電路不改變交流電的頻率，稱為交流電力控制電路。在每半個(gè)周波內(nèi)通過對晶間管開通相位的控制，以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調(diào)壓電路。這種電路還用干對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)，這都是十分不經(jīng)濟(jì)的。采用交流調(diào)壓電路在變壓器一次側(cè)調(diào)壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側(cè)只要用二極管整流就可以了。但這種交流調(diào)壓電路控制方便，體積小、投資省計(jì)制造簡單。因此廣泛應(yīng)用于需調(diào)溫的工頻加熱、燈光調(diào)節(jié)及風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的異步電機(jī)調(diào)速等場合。

圖3．2所示的就是一種采用晶閘管為主開關(guān)元件的單相交流調(diào)壓電路圖，這種交流調(diào)壓電路的主電路僅由一對反并聯(lián)的晶閘管或一只雙向晶閘管構(gòu)成。2 交流調(diào)壓電路控制方式

交流調(diào)壓電路的控制方式有三種：①整周波通斷控制；②相位控制：②斬波控制。在 整周波通斷控制方式中．晶閘管是作為交流開關(guān)使用的，它把負(fù)載與電源接通幾個(gè)周波，再斷開幾個(gè)周波，通過改變通斷比來改變負(fù)載k的電壓有效值。相位控制時(shí)，在電源電壓 上、下半波的某一相位分別導(dǎo)通VI、VZ晶閘管，改變控制角即可改變負(fù)載接通電壓的時(shí) 間，從而達(dá)到調(diào)壓的目的。斬波控制方式時(shí)，晶閘管要帶有強(qiáng)迫關(guān)斷電路或采用IGBT等 可自關(guān)斷器件，在每個(gè)電壓周波中，開關(guān)元件多次通斷，使電壓斬波成多個(gè)脈沖，改變導(dǎo) 通比即可實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。三種控制方式的輸出電壓波形如圖3．l所示、相位控制交流調(diào)壓又稱 相控調(diào)壓，是交流調(diào)壓中的基本控制方式，應(yīng)用最廣。

交流調(diào)壓電路的輸出仍是同頻率的交流電，原則上可應(yīng)用于一切需要調(diào)壓的交流負(fù)載，也可通過變壓器再調(diào)壓。交流調(diào)壓器是通過改變電壓波形來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的，因此輸出的電壓波形不再是完整的正弦波，諧波分量較大。

本實(shí)驗(yàn)就是對自關(guān)斷器件的單相交流調(diào)壓電路進(jìn)行研究，目的是是同學(xué)們熟悉采用自管段器件的單相交流調(diào)壓電路的工作原理、特點(diǎn)、波形分析與適用場合，熟悉PWM專用集成電路的組成、功能、工作原理與使用方法，同學(xué)們四人一組，分工合作，增加同學(xué)們的團(tuán)

隊(duì)意識。

第二章

1.PWM專用集成電路性能測試

2.控制電路相序與驅(qū)動(dòng)波形測試

3.帶與不帶電感時(shí)負(fù)載與MOS管兩端電壓波形測試

4.在不同占空比條件下，負(fù)載端電壓、負(fù)載端諧波與輸入電流的位移因數(shù)測試。

第三章

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及工作原理

隨著自關(guān)斷器件的迅速發(fā)展，采用晶閘管遺相控制的交流調(diào)壓設(shè)備，已逐步采用自關(guān)斷器件（GTR、MOSFET、IGBT等）的交流調(diào)壓斬波所代替，與移相控制相比，斬波調(diào)壓具有下列優(yōu)點(diǎn)：

1）諧波幅值小，且最低次諧波頻率高，故可采用小容量濾波元件；

2）功率因數(shù)高，經(jīng)濾波后，功率因數(shù)接近為1.3）對其他用電設(shè)備的干擾小。因此，斬波調(diào)壓是一種很有發(fā)展前途的調(diào)壓方法，可用于馬達(dá)調(diào)速、調(diào)溫、調(diào)光等設(shè)備。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以調(diào)光為例，進(jìn)行斬波調(diào)壓研究。

斬波調(diào)壓的主回路由MOSFET及反并聯(lián)的二極管組成雙向全控電子斬波開關(guān)。當(dāng)MOS管分別由脈寬調(diào)制信號控制其通斷時(shí)，則負(fù)載電阻Rl上的電壓波形如圖5-9b所示（輸出端不帶濾波環(huán)節(jié)時(shí)），顯然，負(fù)載上的電壓有效值隨脈寬信號的占空比而變，當(dāng)輸出環(huán)節(jié)由濾波環(huán)節(jié)時(shí)的負(fù)載端電壓波形如圖5-9C所示。

脈寬調(diào)制信號有專用集成芯片SG3525產(chǎn)生，有關(guān)SG3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能、工作原理與使用方法等可參閱雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。控制系統(tǒng)中有變壓器T、比較器和或非門等組成同步控制電路以確保交流電源的2端為正時(shí)，MOS管VT1導(dǎo)通；而當(dāng)交流電源的1端為正時(shí)，MOS管VT2導(dǎo)通。

第四章

實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器

1.NMCL-K1實(shí)驗(yàn)掛箱

2.萬用表（自備）

3.雙蹤示波器（自備）

第五章

實(shí)驗(yàn)方法

1.SG3525性能測試

先按下開關(guān)s1.(1)輸出最大與最小占空比測量。PWM波形發(fā)生器的“1”和地。

2.控制電路相序與驅(qū)動(dòng)波形測試

將“PWM”波形發(fā)生器的1端與暫控式交流調(diào)壓電路的14端相連。將電位器RP左旋到底，用雙蹤示波器觀察并記錄下列各點(diǎn)波形：

（1）控制電路11、12與地間波形，應(yīng)仔細(xì)測量該波形是否對稱互補(bǔ)；

（2）控制電路的13、15與地端間波形；

（3）主電路的4與5及6與5端間波形；

3.不帶電感時(shí)負(fù)載與MOS管兩端電壓波形測試

將主電路的3與4短接，將UPW的電位器RP右旋到大致中間的位置，測試并記錄負(fù)載與MOS管兩端電壓波形

4.帶電感時(shí)負(fù)載與MOS管兩端電壓波形測試

將主電路的3與4不短接，將UPW的電位器RP右旋到大致中間位置，測試并記錄負(fù)載與MOS管兩端電壓波形

5.不同占空比D時(shí)的負(fù)載端電壓測試

實(shí)驗(yàn)中，將電位器RP從左至右旋轉(zhuǎn)4-5個(gè)位置，分別觀察并記錄SG3525的輸出端2端脈沖的占空比、負(fù)載端電壓大小與波形

6.不同占空比D時(shí)的負(fù)載端諧波大小的測試

分別觀察并記錄RP左旋與右旋到底時(shí)的負(fù)載端波形，從而判斷出占空比D大小對負(fù)載端諧波大小的影響。

7.輸入電流的位移因數(shù)測試

（1）將主電路的3、4兩端用導(dǎo)線端接，及不接入電感

（2）在不同占空比條件下，用雙蹤示波器同時(shí)觀察并記錄有2與1端和2與6端間波形。

第六章

思考題

1當(dāng)主電路接純電阻負(fù)載（即將電感短路）時(shí)，可見負(fù)載電壓波形存在死區(qū)，其產(chǎn)生的原因是什么？

答：PWM的上下橋臂的三極管是不能同時(shí)導(dǎo)通的。如果同時(shí)導(dǎo)通就會是電源兩端短路。所以，兩路觸發(fā)信號要在一段時(shí)間內(nèi)都是使三極管斷開的。因此電壓波形存在死區(qū)！

2.當(dāng)主電路接電感性負(fù)載時(shí)，在電壓的過零點(diǎn)會出現(xiàn)一尖峰脈沖，其幅值隨占空比的增大而增大。試分析其產(chǎn)生的原因以及控制方法。

答：根據(jù)占空比越大電網(wǎng)的通斷時(shí)間越長，沖擊電流越大諧波分量越大，脈沖越強(qiáng)。

諧波電流對電網(wǎng)危害甚大，必須加以抑制。抑制和消除諧波有兩種基本途徑，一種是改進(jìn)電力電子裝置，減少注入電網(wǎng)的諧波，另一種是在電力電子裝置的側(cè)并聯(lián)LC無源濾波器，為諧波電流提供頻域諧波補(bǔ)償，或者用電力有源濾波器進(jìn)行時(shí)域諧波補(bǔ)償。下面就介紹相應(yīng)的諧波抑制對策：波形疊加法，LC無源濾波器，增加整流相數(shù)法，靜止無功補(bǔ)償法，有源電力濾波器補(bǔ)償法。

心得體會

1．態(tài)度 性格決定命運(yùn)，氣度影響格局，態(tài)度決定高度，細(xì)節(jié)決定成敗。對于參加課程設(shè)計(jì)的隊(duì)員，估計(jì)感受頗深。只有我們有豐富的經(jīng)驗(yàn)，豐富的知識，才能百分百的在到場上贏得勝利。從培訓(xùn)到競賽是一個(gè)漫長的過程，期間心態(tài)很重要，會遇到很多問題：訓(xùn)練師不懂的知識，軟硬將調(diào)不出來，隊(duì)員之間的矛盾，外界的壓力等。其中，最重要的是處理好隊(duì)員之間的矛盾和心態(tài):不懂的知識可以去學(xué)習(xí)；波形調(diào)不出來，只要有耐心，認(rèn)真分析就能找出原因；阻礙我們法杖的往往是自己的心胸，心胸開闊，善于接受意見和容忍別人的錯(cuò)誤，才能在培訓(xùn)中和設(shè)計(jì)中有所收獲。

2.積累課程設(shè)計(jì)要求較強(qiáng)的動(dòng)手能力，講理論轉(zhuǎn)換為實(shí)際的操作時(shí)競賽的必備條件。做課題時(shí)要合理分工，發(fā)揮各自的特長，嚴(yán)格按要求完成任務(wù)。學(xué)會看電路圖，我們找到很多的資料是電路分析的，就得自己看資料學(xué)習(xí)。尤其是做原理分析的，資料很多而且較復(fù)雜，資料以基本原理居多，可以借助一些綜合知識。

3.交流 包括和本組隊(duì)員之間，其他組之間，指導(dǎo)教師之間以及同愛好者之間。這里著重講教師及愛好者。教師有著豐富的理論知識和經(jīng)驗(yàn)，可以為

我們提供豐富的資料；網(wǎng)絡(luò)上更有豐富的資源，要做的東西網(wǎng)上均能找到相關(guān)內(nèi)容，這也是一個(gè)學(xué)習(xí)的過程，特別是在一些論壇里有著豐富的資源。

最后，向全體參與電力電子課程設(shè)計(jì)培訓(xùn)的老師說一聲：您辛苦了！，感謝你們

對我們的大力支持與幫助。

第五篇：電力電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

課程設(shè)計(jì)說明書

課程名稱： 電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 開關(guān)恒流電源設(shè)計(jì) 專

業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化班級：電自1103班 學(xué)生姓名: 學(xué)生填寫 學(xué)

號:(10位數(shù))指導(dǎo)教師: 學(xué)生填寫 年 月 日

1.引言

電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電氣、電子、機(jī)電及其相關(guān)專業(yè)教學(xué)中的一個(gè)重要組成部分。通過電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，可以全面調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，融會貫通其所學(xué)的電路、電子技術(shù)、自動(dòng)控制和電力電子技術(shù)等課程基本原理和基本分析方法，進(jìn)一步把書本知識與工程實(shí)際需要相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)知識向技能的轉(zhuǎn)化。

在電路設(shè)計(jì)過程中，為了檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的電路性能，必須搭建實(shí)際電路，以實(shí)驗(yàn)方式檢驗(yàn)和聯(lián)調(diào)電路，整體設(shè)計(jì)過程不僅研制時(shí)間長、而且人為因素較大，其設(shè)計(jì)質(zhì)量取決于設(shè)計(jì)者準(zhǔn)備工作是否充分，也取決于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)、技能、信心和耐心。了解、掌握和考核相關(guān)應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)就是學(xué)習(xí)和應(yīng)用一些工程設(shè)計(jì)方法和技能，包括了以下幾個(gè)方面：

（1）技術(shù)文獻(xiàn)的應(yīng)用，利用圖書、論文和網(wǎng)絡(luò)資源查找相關(guān)和相近的信息，整理和索取所需的資料和參數(shù)。

（2）至少掌握一種電路設(shè)計(jì)輔助軟件，本課程設(shè)計(jì)只要求掌握altium desinger或protel99se，以及相類似電路設(shè)計(jì)輔助軟件。

（3）掌握和使用PCB制板、電路制作工藝，本課程設(shè)計(jì)對PCB制板和電路制作工藝要求較高，也是課程設(shè)計(jì)是否成功和達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。

（4）掌握基本測試儀器使用技能，本課程設(shè)計(jì)要求掌握的儀器有萬用表、示波器等。

（5）掌握構(gòu)建實(shí)驗(yàn)和測試條件的方法，課程設(shè)計(jì)當(dāng)中往住是分步驟和分測試模塊進(jìn)行的，因此分布構(gòu)建各步驟和測試模塊，成為實(shí)驗(yàn)和測試的關(guān)鍵。

（6）掌握一種軟件輔助設(shè)計(jì)軟件，如multisim、proteus、matlab或saber等。

2.設(shè)計(jì)任務(wù)

（1）Buck Chopper開關(guān)電源設(shè)計(jì)，要求正確選擇控制方案，查閱參考資料。（2）繪制電氣控制原理圖，包括主電路圖，正確選擇或設(shè)計(jì)元器件，訂列元器件目錄清單；

（3）設(shè)計(jì)部分工藝圖紙（電氣控制圖，電器元件布置圖，安裝接線圖）；（4）編制完整的設(shè)計(jì)說明書。

3.設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)并制作如圖1所示開關(guān)穩(wěn)壓電源。

開關(guān)穩(wěn)壓電源IINIOUIN隔離U1=220VAC變壓器U2=18VAC整流濾波DC-DC變換器UORL

圖1

Buck Chopper電源電路的原理分析，定量計(jì)算，學(xué)習(xí)和運(yùn)用有關(guān)的輔助設(shè)計(jì)工具，進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試和測試。4.Buck Chopper電源電路設(shè)計(jì)

（1）Buck Chopper電源電路原理分析，定量計(jì)算。（2）具體設(shè)計(jì)要求

? 輸入：交流90~130Vac。

? 輸出：電源恒流350mA，工作電壓范圍40~60V。? 開關(guān)電源的工作頻率為20kHz左右。

? 采用脈沖寬度調(diào)制控制集成電路HV9910。

5.Buck Chopper工作原理

原理如圖2和圖3所示。

圖2

圖3（1）導(dǎo)通狀態(tài)

?ION?U?UOULt1?It1LL

（2）截止?fàn)顟B(tài)

UU?IOFF?Lt2?Ot2LL

（3）輸入輸出關(guān)系

?ION??IOFFUO??UIt1t1?t2??

ε稱為占空比

6．HV9910介紹

HV9910 是 PWM 高效率LED驅(qū)動(dòng)IC。它允許電壓從 8VDC 一直到 450VDC而對HB LED有效控制。HV9910通過一個(gè)可升至 300 KHz的頻率來控制外部的 MOSFET，該頻率可用一個(gè)電阻調(diào)整。LED串是受到恒定電流的控制而不是電壓, 如此可提供持續(xù)穩(wěn)定的光輸出和提高可靠度。輸出電流調(diào)整范圍可從MA級到1.0A。

HV9910 使用了一種高壓隔離連接工藝，可經(jīng)受高達(dá) 450V的浪涌輸入電壓的沖擊。對一個(gè)LED串的輸出電流能被編程設(shè)定在0和他的最大值之間的任何值，它由輸入到HV9910的線性調(diào)光器的外部控制電壓所控制。另外，HV9910也提供一個(gè)低頻的PWM調(diào)光功能，能接受一個(gè)外部達(dá)幾KHz的控制信號在0-100％的占空比下進(jìn)行調(diào)光。

器件極限參數(shù)

Vin to GND......................................................................................-0.5V to +470V CS......................................................................................................-0.3V to 0.8V LD, PWM_D to GND.......................................................................-0.3V to(Vdd--0.3V)GATE to GND...................................................................................-0.3V to(Vdd + 0.3V)Continuous Power Dissipation(TA = +25°C)(Note 1)16-Pin SO(derate 7.5mW/°C above +25°C)................................750mW 8-Pin DIP(derate 9mW/°C above +25°C)....................................900mW 8-Pin SO(derate 6.3mW/°C above +25°C)...................................630mW Operating Temperature Range............................................................-40°C to +85°C Junction Temperature..........................................................................+125°C Storage Temperature Range................................................................-65°C to +150°C

封裝信息 典型應(yīng)用及工作原理

AC/DC 交流輸入應(yīng)用

HV9910 是一個(gè)低成本的可降壓, 升壓, 升降壓的控制芯片特別適合設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)多串LED或LED陣列.該芯片既適用于全球通用的AC交流輸入, 也適用于8－450V的直流輸入.交流輸入時(shí), 為提高功率因素, 通過由EN 61000-3-2 Class C所規(guī)定的照明設(shè)備的交流諧波的限制,在輸入功率小于25W, 可很容易的在線路中加入無源功率因素校正電路得以實(shí)現(xiàn).HV9910可驅(qū)動(dòng)上百個(gè)高亮度的LED串聯(lián)或數(shù)串高亮度的LED, 這些LED能被設(shè)計(jì)成一串或串并聯(lián)結(jié)合的方式, HV9910通過調(diào)節(jié)恒流值可確保LED亮度和光譜并延長壽命.HV9910的特色是使能腳PWM_D可采用脈寬調(diào)制(PWM)的方法調(diào)節(jié)LED亮度, 同時(shí)兼作使能端，該端懸空時(shí)芯片無輸出控制。HV9910也可通過LD端線性調(diào)壓的方式連續(xù)調(diào)節(jié)LED的輸出電流從而控制亮度(也叫線性調(diào)光).HV9910內(nèi)部包含了一個(gè)高壓線性電源,它向內(nèi)部所有線路提供能量,也可以提供給外部低壓電路.LED 驅(qū)動(dòng)控制

HV9910可控制包括隔離/非隔離, 連續(xù)/非連續(xù)等類所有的轉(zhuǎn)換器.當(dāng)GATE端輸出高電平驅(qū)動(dòng)外部的功率MOSFET時(shí), LED驅(qū)動(dòng)器將儲存到電感或變壓器原邊電感的輸入能量,依賴不同的轉(zhuǎn)換器類型,可能儲能和將部分能量直接傳LED串，當(dāng)功率MOSFET關(guān)斷時(shí), 儲存在磁性元件上的能量轉(zhuǎn)換為LED串的驅(qū)動(dòng)電流.(工作在Flyback 模式).當(dāng) VDD電壓大于UVLO時(shí)，GATE端可以輸出高電平.此時(shí)輸出電流通過限制外部功率MOSFET的峰值電流的方式工作.外部電流采樣電阻與功率MOSFET的源 極 串 聯(lián) , 此采樣電阻的電壓反饋到HV9910的CS pin腳, 當(dāng)CS pin腳的電壓超過峰值電流的設(shè) 定的閾值電壓時(shí), GATE的驅(qū)動(dòng)信號結(jié)束, 功率管關(guān)斷.此峰值電流比較儀的閾值電壓 在內(nèi)部設(shè)定值為 250mV, 亦可通過LD pin在外部設(shè)定.當(dāng)需要軟啟動(dòng)時(shí), 在LD pin連接一個(gè)電容,從而允許電壓按期望的的速率上升, 因此,確保LED的輸出電流是逐漸上升的.很明顯,一個(gè)簡單的無源功率因素校正電路, 由 3 二極管和 2 電容組成,應(yīng)用線路顯示如圖1.供電電流

HV9910 需 要 1mA 的啟動(dòng)電流.如框圖所示, 此電流由 HV9910的內(nèi)部產(chǎn)生,無需象其它的電路中需加一個(gè)大的啟動(dòng)電阻.此外,在 HV9910的應(yīng)用中,它能用內(nèi)部的線性電源連續(xù)的向內(nèi)部的所有線路提供7.5V的電壓.設(shè)定輸出電流

如圖1, 選擇降壓拓?fù)鋾r(shí), LED中的平均電流是 CS 的峰值電壓的一個(gè)好的表現(xiàn).然而,運(yùn)用這種電流采樣方法,有一個(gè)相關(guān)連的誤差需要被計(jì)算進(jìn)去

.此誤差的提出是因?yàn)殡姼兄械钠骄娏骱头逯惦娏魇遣煌?例如電感紋波電流的峰峰值是150mA,要得到500mA的LED電流, 該采樣電阻應(yīng)為 : 250mV/(500mA+ 0.5*150mA)= 0.43?.調(diào)光

有兩種方式可以實(shí)現(xiàn)調(diào)光,取決不同的應(yīng)用,可以單獨(dú)調(diào)節(jié)也可組合調(diào)節(jié).LED 的輸出電流能被控制, 也能被線性調(diào)節(jié)改變, 或通過控制電流的開關(guān)來維持電流的不變.第二種調(diào)光方式(叫PWM 調(diào)光)通過改變輸出電流的占空比來控制LED的亮度.線性調(diào)光通過調(diào)節(jié)LD pin腳電壓從0到250mV而實(shí)現(xiàn)，該控制電壓優(yōu)先于內(nèi)部CS pin設(shè)定值250mV , 從而可輸出電流實(shí)現(xiàn)編程.例如, 在 VDD和地之間接一個(gè)分壓器,設(shè)定CS pin 的控制電壓.當(dāng)分壓器設(shè)定的控制電壓超過250mV將不會改變輸出電流.如希望更大的輸出電流, 可以選擇一個(gè)更小的采樣電阻.PWM 調(diào)光通過外部PWM信號加在PWM_D pin 端而實(shí)現(xiàn).該P(yáng)WM 信號可由微控制器或由脈沖發(fā)生器按希望的LED的亮度以一定的占空比來實(shí)現(xiàn).在此PWM 方式下, 以該信號的有效和失效轉(zhuǎn)換來調(diào)節(jié)LED的電流.在此模式,LED的電流處在這兩種狀態(tài)之一: 零或由采樣電阻設(shè)定的正常電流.它不可能用這個(gè)方法去達(dá)到比HV9910用采樣電阻設(shè)定的水平更高的平均亮度.HV9910 用 這 種 PWM控制方法,這燈的輸出只能在零到100%之間調(diào)整.此PWM調(diào)光方法的精度僅僅取決于GATE的最小脈寬的限制, 即此頻率的占空比的百分比.這里有一些由應(yīng)用線路圖1,給出的典型的波形闡明PWM 調(diào)光方法如下.CH1是指MOSFET的漏極電壓, CH2是給PWM_D腳的PWM 信號和CH4是LED燈串的電流.工作頻率設(shè)定

振蕩器的工作頻率能被用一個(gè)外部電阻ROSC在25kHz到300 kHz之間設(shè)定: FOSC =25000/(ROSC [k?] + 22)[kHz] 功率因數(shù)校正LED驅(qū)動(dòng)器的輸入功率不超過25W時(shí), 為了通過標(biāo)準(zhǔn)EN61000-3-2 Class C 的AC諧波的限制, 如 HV9910 的應(yīng)用線路圖1, 可以加一個(gè)簡單的被動(dòng)功率因數(shù)校正電路.這個(gè)典型的應(yīng)用電路線圖表示怎樣加這個(gè)線路而不影響電路的其它部分.一個(gè)由3個(gè)二極管和 2個(gè)電容器的簡單電路被加在ac整流輸入的后面去改善輸入電流的諧波失真和達(dá)到功率因數(shù)大于 0.85.電感設(shè)計(jì)

提及典型的應(yīng)用電路 ,可以從電感中計(jì)算得到希望的 LED波紋電流的峰峰值.但在典 型的應(yīng)用,這樣的波紋電流被選取為正常的LED電流的30%.在這個(gè)例子中正常電流ILED是350mA.下一步是得出

LED燈串上的總電壓降.例如, 當(dāng)燈串由10高亮度 的LED組成每個(gè)二極管在它的額定電流的正向壓降為3.0V;則LED串的總電壓VLEDS是30V.可以知道正常的整流后的輸入電流Vin=120V*1.41=169V,由此可以決定開關(guān)的占空比：D=VLED/VIN=30/169=0.177.然后，給出開關(guān)頻率，fOSC =50KHz,這樣需要計(jì)算功率管MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間：TON=D/FOSC =3.5微秒由此這些必需的值，可以計(jì)算出電感: L=(VIN-VLEDS)*TCN/(0.3*ILED)= 4.6 mH

輸入大電容

輸入濾波電容應(yīng)該設(shè)計(jì)在能保持整個(gè)AC線電壓周期被整流后的電壓高于LED串電壓的兩倍。假定15%的相關(guān)電壓的紋波穿過電容器，一個(gè)簡單的公式能給出此輸入大電容器的最小值：CMIN=ILED*VLEDS*0.06/VIN^2

CMIN=22UF,這里選用22UF/250V.在被動(dòng)的PFC電路中需要在輸入端使用兩個(gè)容值為計(jì)算出的CMIN的電容串聯(lián)。這兩個(gè)電容中的每一個(gè)應(yīng)為輸入電壓的1/2和容量的兩倍

使能控制

HV9910能被關(guān)斷當(dāng)PWM_D pin連接到地，此時(shí)，HV9910所消耗的靜態(tài)電流小于1mA 7.參數(shù)設(shè)計(jì)

電容的參數(shù)：

C1=22UF C2=0.01UF

C3=0.1F

電感的參數(shù)： L1=3.3mH 電阻的參數(shù):

R11=100K ?

R2=0.62 ? R13=15K ? R14=15K ?

8.原理圖設(shè)計(jì)

9.PCB設(shè)計(jì)

10.波形測試

11.總結(jié)

（要求：說明你通過這幾天學(xué)習(xí)和實(shí)踐學(xué)到什么基本技能，另外說明你對這此課程設(shè)計(jì)真實(shí)感言）

×××××××××（小4號宋體，20磅行距）×××××××××××××××××××××××××

注：1．正文中表格與插圖的字體一律用5號宋體；

2．正文各頁的格式請以此頁為標(biāo)準(zhǔn)復(fù)制。