实验二：常用电力电子器件特性测试 （一）实验目的 （1）掌握几种常用电力电子器件（SCR、GTO、MOSFET、IGBT）的工作特性；（2）掌握各器件的参数设置方法，以及对触发信号的要求。 （二）实验原理 图1.MATLAB电力电子器件模型 MATLAB电力电子器件模型使用的是简化的宏模型，只要求器件的外特性与实际器件特性基本相符。MATLAB电力电子器件模型主要仿真了电力电子器件的开关特性，并且不同电力电子器件模型都具有类似的模型结构。 模型中的电阻Ron和直流电压源Vf分别用来反映电力电子器件的导通电阻和导通时的门槛电压。串联电感限制了器件开关过程中的电流升降速度，模拟器件导通或关断时的动态过程。MATLAB电力电子器件模型一般都没有考虑器件关断时的漏电流。 在MATLAB电力电子器件模型中已经并联了简单的RC串联缓冲电路，在参数表中设置，名称分别为Rs和Cs。更复杂的缓冲电路则需要另外建立。对于MOSFET模型还反并联了二极管，在使用中要注意，需要设置体内二极管的正向压降Vf和等效电阻Rd。对于GTO和IGBT需要设置电流下降时间Tf和电流拖尾时间Tt。 MATLAB的电力电子器件必须连接在电路中使用，也就是要有电流的回路，
但是器件的驱动仅仅是取决于门极信号的有无，没有电压型和电流型驱动的区别，也不需要形成驱动的回路。尽管模型与实际器件工作有差异，但使MATLAB电力电子器件模型与控制连接的时候很方便。MATLAB的电力电子器件模型中含有电感，因此具有电流源的性质，所以在模块参数中还包含了IC即初始电流项。此外也不能开路工作。 含电力电子模型的电路或系统仿真时，仿真算法一般采用刚性积分算法，如ode23tb、ode15s。电力电子器件的模块上，一般都带有一个测量输出端口，通过输出端m可以观测器件的电压和电流。本实验将电力电子器件和负载电阻串联后接至直流电源的两端，给器件提供触发信号，使器件触发导通。 （三）实验内容 （1）在MATLAB/Simulink中构建仿真电路，设置相关参数。 （2）改变器件和触发脉冲的参数设置，观察器件的导通情况及负载端电压、器件电流的变化情况。 （四）实验过程与结果分析 1．仿真系统 Matlab平台 2．仿真参数 （1）Thyristor参数设置： 直流源和电阻参数：
《电力电子装置及系统》 课程设计 题目：基于UC3842的单端反激 开关电源的设计 学院电力学院 专业电子科学与技术 姓名 学号 指导教师 完成时间2016.11.25
目录 摘要 (1) 第一章：开关电源的概述 1.1：开关电源的发展历史 (2) 1.2：开关稳压电源的优点 (2) 1.2.1：内部功率损耗小，转换效率高 (2) 1.2.2：体积小，重量轻 (3) 1.2.3：稳压范围宽 (3) 1.2.4：滤波效率大为提高，滤波电容的容量和体积大为减小 (3) 1.2.5：电路形式灵活多样，选择余地大 (3) 1.3：开关稳压电源的缺点 (3) 1.3.1：开关稳压电源存在着较为严重的开关噪声和干扰 (4) 1.3.2：电路结构复杂，不便于维修 (4) 1.3.3：成本高，可靠性低 (4) 第二章：UC3842的原理及技术参数 2.1：UC3842的工作原理 (5) 2.2：UC3842的引脚及技术参数 (6) 第三章：单端反激开关电源 3.1：单端反激开关电源的原理 (7) 3.2：反激式开关电源设计 (9) 3.2.1：输出直流电压隔离取样反馈外回路 (9) 3.2.2：初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路 (11) 总结 (13) 参考文献 (13)
基于UC3842的单端反激开关电源的设计 摘要 开关电源是一种利用现代电子技术，控制开关晶体管和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，也是一种效率很高的电源变换电路，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）和MOSFET构成。具有高频率，高功率密度，高可靠性等优点。 本文主要介绍一种以UC3842作为控制核心，根据UC3842的应用特点，设计了一种基于UC3842为控制芯片，实现输出电压可调的开关稳压电源电路。 关键词：开关电源脉冲宽度调制 UC3842
概念部分（小题） 1、电力电子装置的主要类型：AC/DC、DC/DC、DC/AC、AC/AC、静态开关 通信电源交流稳压电源 充电电源通用逆变电源 3、直流电源装置电解电镀直流电源交流电源装置不间断UPS电源 开关电源 4、缓冲电路的主要作用：抑制开关器件的di/dt 、du/dt，改变开关轨迹，减少开关损耗 ，使之工作在安全工作区内。 5、常用耗能式缓冲电路：无极性、有极性、复合型注：p14电路模型区分。 6、过电流保护方法：（1）利用参数状态识别对单个期间进行自适保护 （2）利用常规方法进行最终保护。 7、为防止桥臂中两个开关器件直通，通常对两个开关器件的驱动信号进行互锁并设置死区 8、缓冲电路类型（判断或者填空） 无源功率因数校正（在电源输入端加入低频大电感） 9、功率因数校正有源滤波器无功谐波补偿 有源功率因数校正 功率因数校正电路(单项有源校正装置主要是 boost，可分为不连续电流模式和连续电流模式) 10、UPS典型结构：稳压器整流器逆变器转换开关 UPS主要分类：后备式、双变换在线式、在线互动式、双变换电压补偿在线式（delta 变换式） 其中：后备式是以市电供电为主的UPS，一般后备式UPS功率多在2kV A以下。其工作原理图见书P95图4.2 双变换在线式是以逆变器为主的工作方式，原理图书P95图4.3 11此外，在相同开关频率下，单极性的波动频率较双极性波提高一倍。 13、无源的功率因数校正是在输入端加电容电感进行被动补偿这是一种预补偿 有源的是主动补偿比如我们讲的Boost功率因数校正器 14、逆变类型：全桥半桥推挽 15、开关电源结构， 16、功率因数校正概念， 17、逆变器结构， 18、感应加热电源 （这些有的没有写出答案的大家自己对着书看一下啊，要断电了，来不及找了）
第一章绪论 1、电力电子技术的核心是电能形式的变换和控制，并通过电力电子装置实现其应用。 2、电力电子装置定义：以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制的装置。 3、电力电子控制系统：电力电子装置和负载组成的闭环控制系统称为电力电子控制系统。 4、电力电子装置的主要类型： AC/DC变换器（整流器） DC/DC变换器（采用PWM控制的变换器也叫直流斩波器） AC/AC变换器（输入输出频率相同叫做交流调压器，频率变化叫变频器） DC/AC变换器（逆变器） 静态开关（静态开关通、断时没有触点动作，从而消除了电弧的危害。且静态开关由电子电路控制，自动化程度高。） 5、电力电子装置的应用 （1）直流电源装置：通信电源、充电电源、电解电镀直流电源、开关电源 （2）交流电源装置：交流稳压电源、通用逆变电源、不间断电源UPS （3）特种电源装置：静电除尘用高压电源、超声波电源、感应加热电源、焊接电源 （4）电力系统用装置：高压直流输电、无功功率补偿装置和电力有源滤波器、电力开关（5）电机调速用电力电子装置：直流、交流 （6）其他实用装置：电子整流器和电子变压器、空调电源、微波炉、应急灯等电源 6、电力电子装置的发展前景：交流变频调速、绿色电力电子装置、电动车、新能源发电、信息来源 7、半导体电力电子开关器件：电力二极管、晶闸管、电力晶体三极管、电力场效应晶体管、绝缘门极双极型晶体管IGBT 8、电力转换模块：把同类或不同类的一个或多个开关器件按一定的拓扑结构及转换功能连接并封装在一起的开关器件组合体。 功率集成电路PIC：将电力电子开关器件与电力电子变换器控制系统中的某些环节制作在一个整体上，就叫功率集成电路。 电源管理集成电路：可以提供各种方式来控制电源转换并管理各种器件的集成电路。 9、散热： （1）为什么要散热？答:PN结是电力电子器件的核心，PN结的性能与温度密切相关，因而每种器件都规定最高允许结温，器件运行不得超过这个温度，否则许多特性参数改变，甚至使器件永久性烧坏，不散热，100A的二极管长时间流过50A也可能被烧坏。 （2）散热的原理。散热途径有三种，但电力电子器件采用热传导和热对流两种方式。（3）散热措施：减少器件损耗：采用软开关电路，增加缓冲电路等措施。 散热措施：提高接触面光洁度，涂导热硅脂，施加合适安装压力。 选择有效散热面积大的散热器。 结构设计注意风道的形成，可以用水、油等介质管道帮助冷却。 10、缓冲电路： （1）作用：抑制开关器件的di/dt、du/dt，改变开关轨迹，减少开关损耗，使之工作在安全工作区域内。 （2）普通晶闸管用无极性缓冲电路，GTO、BJT、IGBT等自关断器件，工作频率比SCR高得多，用有极性缓冲电路。
电力电子装置及系统概述 张密李静怡牟书丹李子君 0 引言 在电力系统中，许多功能的实现都需要靠电力电子装置来完成。比如说可再生能源的并网发电、无功和谐波的动态补偿、储能装置的功率转换、配用电能的双向流动、交直流电网的柔性互联等。 随着科技的日益发展，大功率、高电压电力电子器件的发展，变换器单元化、模块化以及智能化水平的提高，控制策略和调制策略性能的提升，电力电子装置在电力系统中的作用会越来越大。 1 电力电子装置及系统的概念 电力电子装置是以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制的装置。 电力电子装置和负载组成的闭环控制系统称为电力电子控制系统，其基本组成如图所示。它是通过弱电控制强电实现其功能的。控制系统根据运行指令和输入、输出的各种状态，产生控制信号，用来驱动对应的开关器件，完成其特定功能。 2 电力电子装置的主要类型 电力电子装置的种类繁多，根据电能转换形式的不同，基本上可以分为5大类：交流-直流变换器（AC/DC）、直流-交流变换器（DC/AC）、直流-直流变换器（DC/DC）、交流-交流变换器（AC/AC）和电力电子静态开关。 1.AC/DC变换器 AC/DC变换器又称整流器。用于将交流电能变换为直流电能。 2.DC/DC变换器 DC/DC变换器用于将一种规格的直流电能变换为另一种规格的直流电能。采用PWM 控制的DC/DC变换器也称直流斩波器，主要用于直流电机驱动和开关电源。 3.DC/AC变换器 DC/AC变换器又称逆变器。用于将直流电能变换为交流电能。根据输出电压及频率的变化情况，可分为恒压恒频（CVCF）及变压变频（VVVF）两类，前者用作稳压电源，后者用于交流电动机变频调速系统。 4.AC/AC变换器 AC/AC变换器用于将一种规格的交流电能变换为另一种规格的直流电能。输入和输出频率相同的称为交流调压器，频率发生变化的称为周波变换器或变频器。 5.静态开关 静态开关又称无触点开关，它是由电力电子器件组成的可控电力开关。 根据需要，以上各类变换可以组合应用。此外，各类变换器正在向模块化发展，可方便地组成不同功率等级的变换器。 3 电力电子装置的应用概况 3.1发电阶段中的应用 （1）发电机组励磁。 大型发电机组应用静止励磁技术，与励磁机相比，具有调节速度快、控制简单的特点，显著提高
电力电子装置与系统考试资料仅供参考 学院：机电学院 专业：应用电子 班级： 学号： 姓名：
摘要：本文简单回顾了电力电子技术及其器件的发展过程，介绍了现在主流的电力电子器件的工作原理、应用范围及其优缺点，探讨了在21世纪中新型电力电子器件的应用展望。关键词：电力电子技术；晶闸管；功率集成电路； 引言 电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。从1958年美国通用电气（GE）公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始，电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子技术的诞生。到了70年代，晶闸管开始形成由低压小电流到高压大电流的系列产品。同时，非对称晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等晶闸管派生器件相继问世，广泛应用于各种变流装置。由于它们具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、响应快等优点，其研制及应用得到了飞速发展。 由于普通晶闸管不能自关断，属于半控型器件，因而被称作第一代电力电子器件。在实际需要的推动下，随着理论研究和工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展，先后出现了GTR、GTO、功率MOSET等自关断、全控型器件，被称为第二代电力电子器件。近年来，电力电子器件正朝着复合化、模块化及功率集成的方向发展，如IGPT、MCT、HVIC等就是这种发展的产物。 电力整流管 整流管产生于本世纪40年代，是电力电子器件中结构最简单、使用最广泛的一种器件。目前已形成普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管等三种主要类型。其中普通整流管的特点是：漏电流小、通态压降较高（1.0～1.8V）、反向恢复时间较长（几十微秒）、可获得很高的电压和电流定额。多用于牵引、充电、电镀等对转换速度要求不高的装置中。较快的反向恢复时间（几百纳秒至几微秒）是快恢复整流管的显著特点，但是它的通态压降却很高（1.6～4.0V）。它主要用于斩波、逆变等电路中充当旁路二极管或阻塞二极管。肖特基整流管兼有快的反向恢复时间（几乎为零）和低的通态压降（0.3～0.6V）的优点，不过其漏电流较大、耐压能力低，常用于高频低压仪表和开关电源。目前的研制水平为:普通整流管（8000V/5000A/400Hz）；快恢复整流管（6000V/1200A/1000Hz）；肖特基整流管（1000V/100A/200kHz）。
DJDK-1 型电力电子技术及电机控制实验装置简介及操作 1-1 控制屏介绍及操作说明 一、特点 (1)实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，故结构紧凑、使用方便、功能齐全、综合性能好，能在一套装置上完成《电力电子技术》、《自动控制系统》、《直流调速系统》、《交流调速系统》、《电机控制》及《控制理论》等课程的主要实验。 (2)实验装置占地面积小，节约实验室用地，无需设置电源控制屏、电缆沟、水泥墩等，减少基建投资；实验装置只需三相四线的电源即可投入使用，实验室建设周期短、见效快。 (3)实验机组容量小，耗电小，配置齐全；装置使用的电机经过特殊设计,其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组。 (4)装置布局合理，外形美观，面板示意图明确、清晰、直观；实验连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电设备，造成该设备损坏；电路连接方式安全、可靠、迅速、简便；除电源控制屏和挂件外，还设置有实验桌，桌面上可放置机组、示波器等实验仪器，操作舒适、方便。电机采用导轨式安装，更换机组简捷、方便；实验台底部安装有轮子和不锈钢固定调节机构，便于移动和固定。 (5)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，切实保护操作者的安全，为开放性的实验室创造了安全条件。 (6)挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者有明显区别，不能互插。 (7)实验线路选择紧跟教材的变化，完全配合教学内容，满足教学大纲要求。 二、技术参数 (1)输入电压三相四线制380V±10% 50Hz (2)工作环境环境温度范围为-5—40℃,相对湿度<75%,海拔<1000m (3)装置容量：＜１.5kVA (4)电机输出功率:＜200W (5)外形尺寸：长×宽×高=1870㎜×730㎜×1600㎜ 1-2 DJK01电源控制屏 电源控制屏主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流励磁电源等；同时为实验提供所需的仪表，如直流电压、电流表，交流电压、电流表。屏上还设有定时器兼报警
《电力电子装置及控制》课程教学大纲 Power Electronic Devices and Control 课程编号：2000151 适用专业：电气工程及其自动化 学时数：48 学分数：3 执笔者：叶斌编写日期：2002.5 一、课程的性质和目的 课程性质：《电力电子装置及控制》是电气工程及其自动化专业的专业课、必修课，主要内容为电力电子实用技术和典型电力电子装置的控制技术。 主要任务 1．使学生了解电力电子技术在国民经济中的重大作用以及电力电子技术的发展现状，扩大学生视野，启发学生创新思维； 2．在先修课“电力电子器件”和“电力电子技术”课程的基础上，进一步介绍大功率变流电路的结构、工作原理、功能指标，理解大功率电力电子实用装置的构成、基本电量的计算方法和所有装置需解决的共同技术问题； 3．介绍几类电力电子实用装置，使学生掌握其工作原理、运行特性、以及依据装置所服务的实际负载特点所采用的控制手段，培养学生面向生产、面向实际、面向工程的实际运用能力。 4．本门课是在学生学习过多门技术基础课的基础上开设的，它涵盖知识的内容多，面广，难度大，实用性强，能培养学生融会贯通知识、提高综合应用知识解决实际问题的能力。 二、课程教学内容 第一章整流装置（6学时） 内容：介绍大功率整流电路的典型结构和控制方式；整流装置的功能指标、改善功率因数的措施；电力电子装置的谐波及其抑制、快速静止无功补偿装置的基本原则。 学习要求及重点：掌握大功率整流的典型电路结构，技术性能，功能指标、抑制谐波以及提高功率因数的措施。 作业本章作业4~6题，内容：大功率多相整流基本电量计算2题；多重化整流电路的谐波分析计算2题；功率因数的计算1题；静止无功补尝装置原理分析1题。 第二章逆变装置（6学时） 内容：重点介绍逆变器输出谐波的抑制及波形的改善、三点式逆变电路工作原理、谐振直流环节逆变器以及DC/AC变换技术的应用。 学习要求及重点：重点掌握谐波的抑制、SPWM波调制技术、三电平逆变器和谐振直流环节逆变器的工作原理，以及DC/AC变换技术的应用。 作业：基本逆变电路的计算2题；逆变器的多重化技术2题；结合教学内容，查阅文献资料，写出有关逆变技术的应用论文1篇。 第三章直流传动装置（10学时） 内容：本章主要内容为由AC/DC和DC/DC变流装置供电的直流电动机系统特性及典型系统的控制技术。重点介绍V—M系统的开、闭环控制特性、直流电动机不可逆双闭环调速系统及可逆调速系统的控制技术及系统性能。
一、电力电子装置GC 1．电力电子装置是以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现和控制的装置。 2．电力电子装置和负载组成的闭环控制系统称为电力电子控制系统。3．电力电子装置及其控制系统的基本组成：它是通过弱电控制强电实现其功能的 4．电力电子装置的主要类型 （1）根据电能转换形式的不 同，基本上可以分为5大 类：交流-直流变换器(AC/ DC)、直流-交流变换器（D C/AC)、直流-直流变换器 （DC/DC)、交流-交流变换 器（AC/AC)和电力电子静 态开关。 ① AC/DC变换器又称整流器。用于将交流电能变换为直流电能。 ② DC/DC变换器用于将一种规格的直流电能变换为另一种规格的直流 电能。 ③ DC/AC变换器又称逆变器。用于将直流电能变换为交流电能。 ④ AC/AC变换器用于将一种规格的交流电能变换为另一种规格的交流 电能。 ⑤静态开关又称无触点开关，它是由电力电子器件组成的可控电力开 关。 5．电力电子装置的应用概况： （1）电力电子装置在供电电源、电机调速、电方至统'等方面都得到了广泛的应用。 ①直流电源装置通信电源充电电源电解、电镀直流电源开关电源 ②交流电源装置交流稳压电源通用逆变电源不间断电源UPS ③特种电源装置静电除尘用高压电超声波电源感应加热电源焊 接电源④电力系统用装置高压直流输电无功功率补偿装置和电力有源滤 波器电力开关 ⑤电机调速用电力电子装置交、直流调速装置 ⑥其他实用装置电子整流器和电子变压器空调电源微波炉、应急 灯等电源 6．发展前景 （1）交流变频调速绿色电力电子装置电动车新能源发电信息电源7．应用技术： （1）散热技术：PN结的性能与温度密切相关，每种电力电子器件都要规定最高允许结温Tim，器件在运行时不应超过7V和功耗的最大允许值Pm，否则器件的许多特性和参数都要有较大变化，甚至使器件被永久性地烧坏。 （2）缓冲电路：抑制开关器件的di/dt、du/d t，改变开关轨迹，减少开关损耗，使之 工作在安全工作区内。能量以热的形式 消耗在缓冲电路的电阻上。采用有极性 的缓冲电路，以便加快电容或电感的抑 制作用。 （3）保护技术 ①防止过电流的措施：为了防止桥臂中两个 开关器件直通，通常对两个开关器件的 驱动信号进行互锁并设置死区。 1）互锁就是桥臂中一开关器件有驱动信号 时，绝对不允许另一开关器件有驱动信号，可以利用门电路将桥臂中两个驱动信号进行互锁。 2）死区是指桥臂中两个开关器件都不允许开通的时间。一般元件的关断时间往往大于开通时间，当接收到开通信号后应该推迟一定的死区时间再驱动开关管，才能避免（死区t取关断t1.5~2倍） ②电流信号检测慢速型快速型；输出过压保护；输入瞬态电压抑制； 输入欠压保护；过温保护；器件控制极保护；自锁式保护电路 二、高频开关电源 1 / 4
三相正弦波变频电源设计 1设计任务分析 设计并制作一个三相正弦波变频电源，输出频率范围为20-100Hz，输出线电压有效值为36V，最大负载电流有效值为3A，负载为三相对称阻性负载（Y型接法）。三相正弦波变频电源原理方框图如图1-1所示。 图1-1 三相正弦波变频电源原理框图 2 三相正弦波变频电源系统设计方案选择 2.1 整流滤波电路方案选择 方案一：三相半波整流电路。该整流电路在控制角小于30°时，输出电压和输出电流波形是连续的，每个晶闸管按相序依次被触发导通，同时关断前面已经导通的晶闸管，每个晶闸管导通120°；当控制角大于30°时，输出电压，电流的波形是断续的。 方案二：三相桥式整流电路。该整流电路是由一组共阴极电路和一组共阳极电路串联组成的。三相桥式的整流电压为三相半波的两倍。 三相桥式整流电路在任何时候都有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管中一个是共阴极组的，一个是共阳极组的。他们同时导通，形成导电回路。 比较以上两种方案，方案二整流输出电压高，纹波电压较小且不存在断续现象，同时因电源变压器在正，负半周内部有电流供给负载，电源变压器得到了充分的
利用，效率高，因此选用方案二。滤波电路用于滤波整流输出电压中的纹波，采用负载电阻两端并联电容器C的方式。 2.2 逆变电路方案选择 根据题目要求，选用三相桥式逆变电路 方案一：采用电流型三相桥式逆变电路。在电流型逆变电路中，直流输入是交流整流后，由大电感滤波后形成的电流源。此电流源的交流内阻抗近似于无穷大，他吸收负载端的谐波无功功率。逆变电路工作时，输出电流是幅值等于输入电流的方波电流。 方案二：采用电压型三相桥式逆变电路。在电压型逆变电路中，直流电源是交流整流后，由大电容滤波后形成的电压源。此电压源的交流内阻抗近似于零，他吸收负载端的谐波无功功率。逆变电路工作时，输出电压幅值等于输入电压的方波电压。 比较以上两种方案，电流型逆变器适合单机传动，加，减速频繁运行或需要经常反向的场合。电压型逆变器适合于向多机供电，不可逆传动或稳速系统以及对快速性要求不高的场合。根据题目要求，选择方案二。 2.3 SPWM（正弦脉宽调制）波产生方案选择 在给设计中，变频的核心技术是SPWM波的生成。 方案一：采用SPWM集成电路。因SPWM集成电路可输出三相彼此相位严格互差120°的调制脉冲，随意可作为三相变频电源的控制电路。这样的设计避免了应用分立元件构成SPWM波形发生器离散性，调试困难，稳定性较差。 方案二：采用AD9851DDS集成芯片。AD9851芯片由告诉DDS电路，数据输入寄存器，频率相位数据寄存器，告诉D/A转换器和比较器组成。由该芯片生成正弦波和锯齿波，利用比较器进行比较，可生成SPWM波。 方案三：利用FPGA通过编程直接生成SPWM波。利用其中分频器来改变脉冲信号的占空比和频率，主要是可通过外部按钮发出计数脉冲来改变分频预置数，实现外部动作来控制FPGA的输出信号。
无锡市技工院校 教案首页 课题：变频器常用电力电子器件 教学目的要求：1. 了解变频器中常用电力电子器件的外形和符号2.了解相关电力电子器件的特性 教学重点、难点： 重点：1. 认识变频器中常用电力电子器件 2. 常用电力电气器件的符号及特性 难点：常用电力电气器件的特性 授课方法：讲授、分析、图示 教学参考及教具（含多媒体教学设备）： 《变频器原理及应用》机械工业出版社王延才主编 授课执行情况及分析： 在授课中，主要从外形结构、符号、特性等几方面对变频器中常用的电力电子器件进行介绍。通过本次课的学习，大部分学生已对常用电力电子器件有了一定的认识，达到了预定的教学目标。
板书设计或授课提纲
电力二极管的内部也是一个PN 结，其面积较大，电力二极管引出了两个极，分别称为阳和阴极K 。电力二极管的功耗较大，它的外形有螺旋式和平板式两种。2.伏安特性：电力二极管的阳极和阴极间的电压和流过管子的电流之间的关系称为伏安特性。 如果对反向电压不加限制的话，二极管将被击穿而损坏。（1）正向特性：电压时，开始阳极电流很小，这一段特性 曲线很靠近横坐标。当正向电压大于时，正向阳极电流急剧上升，管子正向导 通。如果电路中不接限流元件，二极管将 被烧毁。
晶闸管的种类很多，从外形上看主要由螺栓形和平板形两种，螺栓式晶闸管容量一般为10~200A；平板式晶闸管用于200A3个引出端分别叫做阳极A、阴极 控制极。 结构 晶闸管是四层（（Ｐ1Ｎ1Ｐ2Ｎ2）三端（Ａ、Ｋ、Ｇ）器件。 晶闸管的导通和阻断控制 导通控制：在晶闸管的阳极A和阴极K间加正向电压，同时在它的门极 正向触发电压，且有足够的门极电流。 晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，因此门极所加的触发电压一般为脉冲电压。 管从阻断变为导通的过程称为触发导通。门极触发电流一般只有几十毫安到几百毫安， 管导通后，从阳极到阴极可以通过几百、几千安的电流。要使导通的晶闸管阻断，必须将阳极电流降低到一个称为维持电流的临界极限值以下。 三、门极可关断晶闸管（GTO） 门极可关断晶闸管，具有普通晶闸管的全部优点，如耐压高、电流大、控制功率大、使用方便和价格低；但它具有自关断能力，属于全控器件。在质量、效率及可靠性方面有着明显的优势，成为被广泛应用的自关断器件之一。 结构：与普通晶闸管相似，也为PNPN四层半导体结构、三端（阳极 ）器件。 门极控制 GTO的触发导通过程与普通晶闸管相似，关断则完全不同，GTO 动电路从门极抽出Ｐ2基区的存储电荷，门极负电压越大，关断的越快。 四、电力晶体管（GTR） 电力晶体管通常又称双极型晶体管（BJT），是一种大功率高反压晶体管，具有自关断能力，并有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等优点。它被广泛用于交直流电机调速、中频电源等电力变流装置中，属于全控型器件。 工作原理与普通中、小功率晶体管相似，但主要工作在开关状态， 承受的电压和电流数值较大。 五、电力MOS场效应晶体管（P-MOSFET） 电力MOS场效应晶体管是对功率小的电力MOSFET的工艺结构进行改进，在功率上有
第五章电力电子装置的设计知识 1、电力电子装置的设计概念、设计流程、设计依据。 2、用电流互感器和霍尔传感器进行电流信号检测各有什么特点。 3、对输入瞬态电压可采取什么措施进行抑制？ 4、可采取何措施对电压控制型功率晶体管进行控制极保护？ 5、试说明电磁兼容的概念，其包含哪些内容？ 6、试说明差模干扰、共模干扰概念；常用的差模干扰、共模干扰滤波电路，试说明其原理； 7、说明热学的欧姆定律；如何设计功率半导体器件的散热器？ 8、缓冲电路有哪些类型？试说明RCD缓冲电路工作原理及各元器件的作用及其参数确定。 9、如何对电力电子装置进行过流保护？ PWM直流电源装置 1、直流电源装置有哪些类型？ AC/DC DC/DC DC/AC/DC 2、AC/DC变换器中输入源电流谐波与输出电压波纹的含义是什么。 输入源电流谐波是指输入源电流除了基波外还有高次谐波，输出电压文波是指输出直流电压中含有的工频交流成分。 3、为什么SCR整流电路不能用大电容滤波电路；对于二极管整流电路，在采用大电容滤波电路时，必须在电路上采取什么措施，为什么？ 晶闸管采用相控方式，由于大电容阻碍电压变化，所以不能用大电容滤波电路：二极管整流电路，在采用大电容滤波会产生启动冲击电流问题，因此要在电路中采用启动限流电路，会产生高脉冲电流峰值，谐波电流大，污染电网，降低功率因数，因此要加功率因数校正电路。二极管整流的缺陷及措施 输出中交流分量高滤波（大L C 大L,C） 启动时浪涌电流带NTC（负温度系数热敏电阻） 输入电流呈窄脉冲状，谐波含量高，PF低 4、简述AC/DC整流器功率因数校正的意义与校正原理。传统的整流器为什么会使电网电流产生畸变？进行APFC的必要条件是什么？可采用哪些DC/DC变换器电路进行APFC？ AC侧虽然输入交流电压是正玄的，但输入的交流电流的波形却严重畸变，由于谐波电流的存在，使整流电路输入端功率因数下降，负载课得到的实际功率减少，在电网中产生畸变的电流，其谐波电流对电网有危害作用。 有源功率因数校正控制技术原理有源功率因数校正技术主要采用一个变换器串入整流滤波与变换器之间, 通过特殊的控制, 一方面强迫输人电流跟随输人电压, 从而实现单位功率因数,另一方面反馈输出电压使之稳定, 从而使变换器的输人实现预稳。 传统的整流方式通常采用二极管整流或相控整流方式。采用二极管整流方式的整流器存在电网吸取畸变电流，造成电网的谐波污染。采用相控的整流器也存在深度相控下交流侧功率因数很低，因换流引起电网电压波形畸变。 APFC的必要条件一、能高频离散化处理输入电流脉冲二、使输入电流强迫工作在正弦
第一章 电力电子装置及系统的概念 电力电子控制系统 ---电力电子装置和负载组成的闭环系统。在设计电路参数时，必须考虑负载因素(功率、特性等)。 定义：以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制的装置 电力电子装置的主要类型： AC/DC 变换器（整流器） DC/DC 变换器（采用PWM 控制的变换器也叫直流斩波器） AC/AC 变换器（输入输出频率相同叫做交流调压器，频率变化叫变频器） DC/AC 变换器（逆变器） 静态开关（静态开关通、断时没有触点动作，从而消除了电弧的危害。且静态开关由电子电路控制，自动化程度高。） 散热： 散热措施： 减少器件损耗：采用软开关电路，增加缓冲电路等措施。 散热措施：提高接触面光洁度，涂导热硅脂，施加合适安装压力。 选择有效散热面积大的散热器。 结构设计注意风道的形成，可以用水、油等介质管道帮助冷却。 缓冲电路 关断缓冲电路 开通缓冲电路 复合缓冲电路 过电流保护： 防止过电流： 互锁：桥臂中一开关器件有驱动信号时，绝对不允许另一开关器件有驱动信号，可以利用门电路将桥臂中两个驱动信号进行互锁。 死区：桥臂中两个开关器件都不允许开通的时间。时间为器件关断时间的1.5-2倍 电流信号检测
过电流保护方法： ①利用参数状态识别对单个器件进行自适应保护。当饱和压降超过限定值的时候，器件驱动电路自动封锁脉冲。②利用常规办法进行最终保护。晶闸管用快速熔断器，高频开关器件用电流检测，过流时限制电流，必要时封锁驱动脉冲。 第二章 1高频开关电源的基本组成： （1）输入环节：输入浪涌电流抑制、瞬态电压抑制、线路滤波器、输入整流滤波 浪涌电流：在合闸的瞬间，由于输入滤波电容的充电，交流电源端阻抗低，产生浪涌电流。抑制方法：限流电阻加开关（将限流电阻串接于交流线路或整流桥后的直流母线上，开关与电阻并联）、采用负温度系数热敏电阻NTC、功率很小的开关电源直接在线路中串接电阻限制浪涌电流。 瞬态电压：在交流线路间并联压敏电阻或者瞬态电压抑制二极管（TVS）抑制输入瞬态电压 （2）功率变换电路（Buck变换、Boost变换、Buck/Boost变换、正激、反激、推挽、半桥、全桥） （3）控制驱动保护电路：PWM电压控制模式、PWM峰值电流控制模式 3高频开关电源的控制模式： PWM电压控制模式：容易但响应慢（最基本的一种控制方式：单一的电压闭环） 电压控制的原理如下图所示，它只有一个电压反馈环，误差放大器的输出与恒定频率的三角波相比较，通过脉冲宽度调制，得到要求的输出电压。单一回馈的电压环使设计和调试都比较容易；但是当输入电压或负载发生突变时，要经过主电路的输出电容和电感L延时，以及电压放大器时的延时，再传至PWM比较调制脉宽，使输出电压变化，这几个延时是电压控制模式瞬时响应慢的主要因素。 改善电压模式瞬态响应慢：采用电压前馈模式控制PWM（斜坡可变化，响应快） 输入电压对电阻、电容（R ff、C ff）充电产生可变化的锯齿波，当输入电压增高，充电电流
目录 1设计要求 (2) 2设计原理 (3) 2.1高频开关电源的基本组成 (3) 2.1.1开关电源的输入环节 (3) 2.1.2功率变换电路 (4) 2.1.3 控制及保护电路 (5) 2.2单端反激电源基本原理 (7) 2.2.1共同关系式 (7) 2.2.2连续工作模式 (8) 2.2.3不连续工作模式（含临界工作模式） (8) 3单端反激AC-DC-DC电源的设计 (9) 3.1 整流环节设计 (9) 3.2滤波环节设计 (12) 3.2.1滤波原理 (12) 3.2.2 RC滤波电路 (12) 3.2.3 LC滤波电路 (13) 3.2.4 滤波参数设计 (14) 3.3 主电路设计 (16) 3.3.1单端反激式开关电源电路的设计 (16) 3.3.2反馈环设计 (16) 4 模型仿真 (18) 4.1 AC DC整流滤波电路仿真 (18) 4.2开环系统仿真 (19) 4.3 闭环系统仿真 (22) 5 小结 (25) 参考文献 (26)
单端反激AC-DC-DC电源（20V，10W） 设计 1 设计要求 初始条件： 设计一个AC-DC-DC电源，具体参数如下：三相交流输入220V/50Hz，输出直流电压20V,纹波系数<5%，功率10W。 要求完成的主要任务: （1）对AC-DC-DC 电源进行主电路设计； （2）控制方案设计； （3）给出具体滤波参数的设计过程； （4）在MATLAB/Simulink搭建闭环系统仿真模型，进行系统仿真；（5）分析仿真结果，验证设计方案的可行性。
2 设计原理 2.1高频开关电源基本组成 高频开关电源主要由输入环节、功率变换电路以及控制驱动保护电路3大部分组成。 2.1.1开关电源的输入环节 1）输入浪涌电流和瞬态电压的抑制 （1）输入浪涌电流抑制 在合闸的瞬间，由于输入滤波电容的充电，在交流电源端会呈现非常低的阻抗，产生大的浪涌电流，为了将浪涌电流控制在安全范围内，根据高频开关电源功率的大小，一般采取以下两种方法：一种是限流电阻加开关，另一种是采用负温度系数热敏电阻的方法。 限流电阻加开关的方法，是将限流电阻串接于交流线路之中或整流桥之后的直流母线上，开关与限流电阻并联，当滤波电容充满电荷后，开关导通，短接电阻，因此可用晶闸管组成无触点开关。 选择具有负温度系数的热敏电阻NTC取代上述电阻，就不需要开关。在合闸的瞬间NTC电阻的阻值很大，流过电流之后，温度上升，阻值迅速变小，既可以限制浪涌电流，又可以保证输入环节在稳态工作时不消耗太大的功率。 对于功率很小的开关电源，可以直接在线路中串接电阻限制浪涌电流。 （2）输入瞬态电压抑制 通常是在交流线路间并联压敏电阻或者瞬态电压抑制二极管来抑制输入瞬态电压。瞬态电压抑制二极管简称TVS器件，当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低，允许大电流听过，并将电压钳制到预定水平，它的应用效果相当一个稳压管，但TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦，其钳位响应时间仅为1ps。在脉冲时间10ms条件下，TVS允许的正向浪涌电流可达 50A~200A。双向TVS适用于交流电路，单向TVS用于直流电路
第5章 常用电力电子器件 在开关电源中，电力电子器件是完成电能转换以及主电路拓扑中最为关键的元件。为降低器件的功率损耗，提高效率，电力电子器件通常工作于开关状态，因此又常称为开关器件。电力电子器件种类很多，按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将电力电子器件分为①不可控器件，即二极管；②半控型器件，主要包括晶闸管(SCR)及其派生器件；③全控型器件，主要包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、电力晶体管(GTR)、电力场效应晶体管(电力MOSFET)等。半控型及全控型器件按照驱动方式又可以分为电压驱动型、电流驱动型两类，上述分类见图5-1。 电力电子器件 不可控器件 二极管半控型器件 SCR 全控型器件 IGBT 电力MOSFET GTR GTO 晶闸管 电力电子器件 电压驱动型 电流驱动型 电力MOSFET IGBT SCR GTO 晶闸管GTR 图5-1电力电子器件的分类 随着半导体材料及技术的发展，新型电力电子器件不断推出，传统电力电子器件的性能也不断提高，这成为包括开关电源在内的各种电力电子装置的体积、效率等性能指标不断提高的重要因素。了解和掌握各种电力电子器件的特性和使用方法是正确设计开关电源的基础。 在开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT 和MOSFET 。SCR 在开关电源的输入整流电路及其软起动中有少量应用，GTR 由于驱动较为困难、开关频率较低，也逐渐被IGBT 和MOSFET 所取代。因此这里将主要介绍二极管、IGBT 和MOSFET 的工作原理，主要参数及驱动方法。 5. 1二极管 二极管是最为简单但又是十分重要的一种电力电子器件，在开关电源的输入整流电路、逆变电路、输出高频整流电路以及缓冲电路中均有使用。 1、二极管的基本结构及工作原理 开关电源中应用的二极管除电压、电流等参数与电子电路中的二极管有较大差别外，其基本结构和工作原理是相同的，都是由半导体PN 结构成，即P 型半导体与N 型半导体结合构成，其结构见图5-2。 P 型半导体是在半导体中添加三价元素，因此硅原子外层缺少一个电子形成稳定结构，即形成空穴。N 型半导体是在半导体中添加五价元素，因此它在形成稳定结构后，半导体晶体中能给出一个多余的电子。在纯净的半导体中，空穴和电子成对出现，数量极少，所以导电能力很差。而P 型或N 型半导体中的空穴或自由电子数量大大增加，导电能力大大增强。在P 型半导体中空穴数远远大于自由电子数，因此空穴称为多子，自由电子称为少子。在N 型半导体中则相反，空穴为少子，自由电子为多子。
华北水利水电大学 《电力电子装置及系统》 课程设计 题目基于STM32高频开关电源的初步设计 学院电力学院 专业电子科学与技术 姓名陶志豪 学号201312227 指导教师常继远 完成时间2016.11.25
基于STM32高频开关电源的初步设计 摘要 随着时代的进步和科技的发展，电子设备已经趋于大众化，给我们带来极大方便。在智能设备中，单片机占有很高地位，其中STM32单片机备受人们喜爱，以STM32位主控芯片的各种智能设备极其广泛。随着智能设备的发展，其对电源的需求越来越高，不仅仅要求电源质量的优越，在小型化上要求越来越高。本高频开关电压源，主要基于STM32F103芯片设计，极大利用单片机内部资源，为其他32位单片机提供电源设计方案。 本设计由主电路、驱动电路、控制电路三大部分组成。另外，为了实现高集成，本次采用高频变压器进行变压；其次，通过逆变电路得到高频矩形波，然后通过整流滤波得到的直流电压的信号质量将会更加优越。PWM控制电路采用单片机内置ADC采样模块，采集输出电压信号并将采集到的电压量与参考电压进行比较，通过调节PWM输出的占空比，实现PWM的控制。驱动电路采用IR2110驱动芯片，通过接收单片机传输过来的PWM信号，从而实现对主电路4个开关管的驱动控制，而且，IR2110芯片有光电隔离和电磁隔离，不需要再外加隔离芯片保护。 关键词：高频变压；整流逆变；光电隔离；A/D转换；PWM。
目录 摘要 (1) 第1章绪论 (4) 1.1本课题研究背景 (4) 1.2本课题研究的意义 (5) 1.3本课题主要研究内容 (5) 第2章设计方案 (7) 2.1设计思路 (7) 2.2方案论证 (7) 2.3系统方案 (8) 第3章硬件设计 (10) 3.1硬件总体框图 (10) 3.2主电路设计 (10) 3.2.1整流、滤波电路 (10) 3.2.2逆变电路 (11) 3.2.3高频变压电路 (12) 3.2.4低压整流输出电路 (13) 3.3驱动电路设计 (14) 3.4控制电路设计 (16) 3.4.1单片机系统设计 (16) 3.4.2PWM产生设计 (18) 3.4.3采样电路设计 (19) 3.5辅助电源电路 (22) 第4章软件设计 (24) 4.1PWM产生控制 (24) 4.2AD采样设计 (25) 4.3逆变控制 (26) 总结 (27)
一、简答题 1.电力电子装置的主要类型有哪几种 AC/DC转换、DC/AC转换、DC/DC转换、AC/AC转换、静态开关 2.晶闸管能否控制其关断双向晶闸管与普通晶闸管额定电流的定义 只能控制开；双向晶闸管额定电流按照有效值，普通晶闸管按照通态平均值3.电力电子器件需要散热的重要性其散热途径有哪几种 PN结是电力电子器件的核心，由于PN结的性能与温度密切相关超过规定最高值时，器件的许多特性和参数都会有较大变化，甚至使器件被永久性的烧坏。散热：热传导、热辐射、热对流 4.电力半导体器件多工作在硬开关方式下，为减小开关损耗需要增加什么电路该电路的主要作用是什么 缓冲电路；作用：抑制di/dt,du/dt,改变开关轨迹，减少开关损耗，使之工作在安全工作区内。 [ 5.电力电子开关器件防止过电流保护的措施有哪些 对两个开关器件的驱动信号进行互锁并设置死区。 6.高频开关电源的输入浪涌电流和输入瞬态电压如何抑制 浪涌：限流电阻加开关、采用负温度系数热敏电阻 瞬态电压：在交流线路间并联压敏电阻、瞬态电压抑制二极管 7.常用的功率因素校正的方法有几种分别如何实现功率因素校正的原理 无缘功率因素矫正：在电源输入端加入电感量很大的低频电感，以便减小滤波电容充电电流的尖峰。 有缘功率因素矫正：使电源的输入功率因数提高到1 8.后备式UPS的原理是什么，其优点是什么 正常情况，电网对UPS充电；故障时，UPS将蓄电池中存储的备用直流电变换为50HZ/220V电压队负载供电 - 9.锁相环包含哪几个基本部件简述锁相环的工作原理 包括：鉴相器、环路滤波器、压控振荡器 工作原理：鉴相器检测输入信号与反馈信号的相位偏差，利用相位偏差产生控