全国大学生电子设计竞赛2014年大学生电子设计TI杯竞赛论文设计报告
题目：电能无线传输装置（F题）
学校：西安交通大学城市学院
指导老师：张
参赛队员姓名：李佑辰
日期：2014年8月15日
F题：电能无线传输装置
摘要：本文设计了一套基于磁耦合串联谐振原理的无线电能传输装置。利用具有低功耗、内部资源丰富的单片机4123
TM C G作为控制芯片，产生互补的PWM波，通过TPS28225驱动芯片，驱动一个15VDC供电的H桥激励源，将直流电压逆变成方波电压。经过串联谐振耦合接收线圈，再通过电容滤波的全桥整流电路向负载LED供电。
关键词：磁耦合谐振；无线供电；驱动电路；4123
TM C G
Abstract:This paper designs a series resonant magnetic coupling-based wireless power transmission system. TPS28225 is used as a control chip due to its low power consumption and rich internal resources. Complementary PWM waves generated by TPS28225 drives a H-bridge circuit, and then inverts the 15V DC voltage into a high-frequency square-wave voltage. The square-wave voltage drives a series LC circuit. The energy is received by the receiving coil and then the AC voltage is rectified into an output DC voltage, which drives a LED.
Keyword:magnetic resonant coupling；wireless power supply；driver circuit；4123
TM C G
一、方案论证与比较
1.1 整体方案选择
首先，通过单片机TM4C123G输出PWM波，将其输入给一个全桥驱动电路，全桥电路将直流变成交流。再通过发射线圈与接收线圈来传递电能。
最后用一个整流桥将交流变为直流负载供电。
PWM波TM4C123波
波
波
波
波
波
波
波
波
波
波
波
波
波
波
波
波
波
波
波波
图1 整体方案图
1.2 控制芯片选择
方案 1 采用现在比较通用的51单片机
优点：51系列单片机的发展已经有比较长的时间，应用比较广泛，各种技术都比较成熟。
缺点：此系列单片机形体较大，进行采样检测时还要外接A/D转换器，增加电路复杂度和功耗。
方案2 采用TM4C123G
该系列单片机制造工艺较高，质量较好，并且具有低功耗，内部资源丰富，程序都是模块化的，接口相对简单些，因为它自身带好多功能，工作速度也快。
方案确定：结合题目对功率的要求以及考虑TM4C123G的系统的特点，选用TM4C123G单片机。
1.3振荡电路
方案1 采用KA3525芯片产生振荡的电路
优点：该芯片使用比较方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能，频率可调。
缺点：本系统无双通道正反信号输出，多了一些不必要的功耗。且频率只能达到400KHz，频率相对来说较低。MAX038与KA3525的用途相同，其输出频率在MHz级可调，但芯片价格昂贵，不经济，因此也同时放弃使用。
方案2 采用单片机输出PWM波产生振荡的电路
优点：单片机能够产生频率和脉宽可调的PWM波，可以根据所绕线圈的电感来匹配PWM波的频率并可以通过按键来控制PWM波的频率。
缺点：由于需要产生振荡电路，所以对单片的频率要求很高，为了避免这一缺点，必须共同调节电感与单片机的频率，使其达到一致。
方案选择：结合各方案优缺点及系统要求，选用方案二。
1.4 驱动电路
方案一单管驱动电路
用一个控制信号控制管子的开断，进而驱动LC网络。
优点：电路采用MOS管830
IRF，功耗低，耐压高。单端信号更容易控制。
缺点：振荡器输出电压不足以驱动单管，MOS管存在级间电容。
方案一H桥驱动电路
优点：H桥驱动电路利用轮流开关两对MOS管，产生方波电压。MOS管工作于开关状态，损耗小，有利于能量的传输，而且此时的效率较高。
缺点：H桥对输入的两端PWM信号波形及驱动能力，要求比较严格，相互之间需要配合。
方案选择：结合实际测试选用方案二。
二、电路与程序设计
2.1 基本工作原理
根据电磁感应原理，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。变压器就是基于这一原理工作的，它通过交变磁场把电源输出的能量传送到负载。一般的变压器的原边和副边由闭合铁心（或其他磁性材料）连接在一起，原线圈和副线圈之间紧密耦合，不可分离。如图2(a)或图(b)所示。
图2 (a) (b)
本文提出的无线供电原理与变压器类似。但与一般变压器不同的是，它的原边和副边是分离的，没有任何物理上的连接接触，并且是空心的线圈。相对于紧密耦合的变压器来说，这种疏松耦合的结构具有相对较大的漏磁。原边和副边之间的空隙(GAP)越大，漏磁越大。因此，随原边和副边相隔距离的拉长，传输效
率越低。另外，与变压器能量传输方式不同的是：变压器采用“电磁感应”方式，而本设计采用“磁耦合谐振式”传输电能。对于后者，具有可将电力传输到距离数m 远的地方。
2.2 耦合谐振无线电能传输模型
图3 磁共振电路模型
图4 耦合电感
1112
2122
*1112++Re[]sin U j L I j M I U j M I j L I P U I M I I ωωωωωα
=??=??==???
图5 向量图 正弦稳态向量分析 2.3 效率优化
假定电能损失由发射线圈和接收线圈等效电阻ESR （R1和R2）造成，如下所示。
2
21222221122
2sin sin =,sin sin R r MI I I R M R MI I I R r r M
αωαωηωααω?-
-=
+?+? 12
I r I = 方案一：
11
(1)0sin 190sin sin /rR M
ηηααααω?=->?=?=?+。
方案二：
0max 1sin r η
ηα
?=?=?=?
方案三：max 0fom fom η?>?=→∞?
Fom
等于fom =
=Q1、Q2分别是发射和接收端品质因数。
基于以上方案，在耦合系数K(一般很低)的限制下，为提高传输效率应最大
化提高发射与接收端品质因数，这里我们发射和接收线圈采用Litz （利兹）线。另外，使原边发射线圈工作于稍感性模式，而副边接收线圈工作于串联磁谐振模式，从而使H 桥MOS 工作于软开关（ZVS ）模式，减少开关管损耗，进一步提高传输效率。
2.4 单元电路设计原理
（1）能量发送单元
工作原理：首先给H 桥加上15V 直流电压，再通过4123TM C G 产生二路互补的合适频率的PWM 方波控制信号，驱动H 桥逆变电路对功率进行放大最后通过LC 串联谐振将能量发送出去。发射和接收线圈采用Litz 线，可以有效地减小交流电阻，从而提高系统效率。逆变器开关频率初定在500kHz ，电容取值2nF,谐振频率等于开关频率：
ω
由以上公式可以计算出发射线圈和接收线圈电感量均为50uH 。电路图见附录一。
（2）能量接受单元
工作原理：由LC 串联谐振负责能量接收，经过全桥整流电路形成直流电压，从而对LED 或负载电阻进行供电。电路图见附录二。
（3）MOS 驱动单元
工作原理：利用高频同步驱动器TPS28225驱动H 桥，其自带死去保护、欠压保护等电路，具有优良的驱动特性，并且可以简化单片机PWM 产生单元程序编程。电路图见附录三。
（4）扩展部分
通过4123TM C G 来作为互补PWM 的发生模块，通过外接键盘可步加步减频率，使接收模块工作于磁谐振耦合方式，使效率及传输功率达到最优化。
2.5 程序设计
程序功能: 产生二路互补的占空比一定的PWM 波，并能通过外接键盘步加减改变PWM 波信号频率。程序见附录四。
三、 测试方法与测试结果 3.1 测试仪器
（1）多功能万用表；（2）函数信号发生器；（3）数字示波器；（4）滑动变阻器；（5）尺子。
3.2测试结果
（1）逆变器工作频率为525kHz ，两线圈之间距离为10CM ，输出电流为0.5A 时的效率测量22
11
*100o o U I U I η=
，设负载电阻为R ，输出电压为2U ,输出电流为2I ，输入电压为1U ,输入电流为1I 。
通过调节负载R 的阻值，使其达到相应的测试参数值。当R =46.38欧姆时，输入电压恒定115U V =,输入电流1 1.2I A =,输出电流可稳定在20.5I A =,输出
2238U V V =>,则此时的功率η=64%。
(2)设x 为发射线圈与接收线圈之间的距离，在输入电压恒定115U V =，输入电流11I A <时，测量x 的最远距离。在此距离内能够使两个串联的LED 灯发光。
测量结果如下:
通过测试，可得出。在满足所有参数的要求下，发射线圈与接收线圈之间的最长距离x大约为70cm左右。
测试数据：(输入限流2A)
3.3测试结果分析
通过测试影响本设计电能传输效率主要有以下几方面：H桥MOS管损耗、发射与接收线圈电阻损耗、整流桥二极管损耗等。
改进方法：
1）使用性能更好的器件，如换用导通电阻更小的电力MOS管，采用低阻电容；2）优化圆形空心线圈缠绕结构，削弱趋肤效应和临近效应影响，减小交流电阻；3）采用同步式开关电源的方案，用电力MOS管代替肖特基二极管以减小损耗；4）采用更好的材料及谐振结构设计，最大化提高发射与接收端的品质因数。
四、竞赛设计总结
本设计课题最终是实现了目标任务要求，但是整体上还是有些不足：一是传输效率不高的问题。二是安全性问题，无线传输能量产生的电磁波对生物的辐射作用多大还没有认知，在某些场合若形成谐振回路会影响系统工作，也存在一些不安全因素。三是有效传输距离的远近，目前在几十厘米的距离内传输，离实用相差很远。四是传输功率的大小。另外，由于时间仓促，本设计可以闭环控制实现预定输出，并外加LCD输出，丰富设计。
无线供电技术有着广泛的应用前景。就目前情况而论，该项技术还处于探索阶段，虽然已有一些初级产品，在实用化、普及化之前，还有大量的工作要做，存在的问题也有待解决。人们期待无线供电技术有新的突破，真正实现无限输送能量，方便人们的生活。
五、参考文献
（1）《模拟电子基础》，申忠如、郭华，西安交通大学出版社
（2）《工程电磁场导论》，王仲奕，西安交通大学出版社
（3）《电力电子技术》，王兆安、进军，机械工业出版社，2008
（4）《高频电子线路》，曾兴雯，西安电子科技大学出版社，2009
（5）《数字电子技术基础》，申忠如，西安交通大学出版社，2010
（6）《无限能量传输技术理论研究》，雷进辉、杜留峰，福建电脑，2009 （7）《单片机应用基础及实践》，王建校、张倩、申淼，交通大学出版社，
附录一：
发射端主电路图：
PCB布线：
接收端电路原理图：
驱动电路原理图：
附录四：
附录五：
辅助电源模块图：
设计装置总电路图
附录六：
PWM波的程序：
需#include "stdint.h"
要#include "stdbool.h"
程#include "inc/hw_ints.h"
序#include "inc/hw_memmap.h"
P/sysctl.h"
C#include "driverlib/systick.h" B#include "driverlib/uart.h"
板#include "pwm.h"
Q#include "adc.h"
Qvoid PWM_PeriodSet(uint32_t p); 2578846658
#define PWM_PERIOD_BASE 450
#define PWM_PERIOD_RANGE 50
unsigned int CurrentPeriod = 490;
void
PortEIntHandler()
{
if(GPIOIntStatus(GPIO_PORTE_BASE, true) & GPIO_INT_PIN_1)
{
GPIOIntClear(GPIO_PORTE_BASE, GPIO_INT_PIN_1);
if(GPIOPinRead(GPIO_PORTE_BASE, GPIO_PIN_1) == 0)
{
if(CurrentPeriod < PWM_PERIOD_BASE + PWM_PERIOD_RANGE)
{
CurrentPeriod ++;
PWM_PeriodSet(CurrentPeriod);
PWM_PeriodSet(CurrentPeriod);
}
}
}
}
void
GPIO_FALLING_EDGE);
//Enable the interrupts
GPIOIntEnable(GPIO_PORTE_BASE, GPIO_INT_PIN_1 | GPIO_INT_PIN_2); }
uint32_t AdcValue;
float Step;
#include
#include
#include "inc/hw_memmap.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "driverlib/interrupt.h"
#include "driverlib/pin_map.h"
#include "driverlib/pwm.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
#include "pwm.h"
GPIOPinConfigure(GPIO_PB7_M0PWM1);
GPIOPinTypePWM(GPIO_PORTB_BASE, GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7);
PWMGenConfigure(PWM0_BASE, PWM_GEN_0, PWM_GEN_MODE_DOWN |
PWM_GEN_MODE_NO_SYNC);
PWMGenPeriodSet(PWM0_BASE, PWM_GEN_0, PWM_PRELOAD_COUNTER);
PWMPulseWidthSet(PWM0_BASE, PWM_OUT_0, PWM_PRELOAD_COUNTER/2); PWMPulseWidthSet(PWM0_BASE, PWM_OUT_1, PWM_PRELOAD_COUNTER/2);
PWMOutputInvert(PWM0_BASE, PWM_OUT_1, true);
PWMOutputState(PWM0_BASE, PWM_OUT_0_BIT | PWM_OUT_1_BIT, true); }
void
PWM_PeriodSet(uint32_t p)
{
PWMGenPeriodSet(PWM0_BASE, PWM_GEN_0, PWM_PRELOAD_COUNTER/p);
PWMPulseWidthSet(PWM0_BASE, PWM_OUT_0, PWM_PRELOAD_COUNTER/(p*2));
PWMPulseWidthSet(PWM0_BASE, PWM_OUT_1, PWM_PRELOAD_COUNTER/(p*2));
PWMGenEnable(PWM0_BASE, PWM_GEN_0);
GPIOPinTypePWM(GPIO_PORTB_BASE, GPIO_PIN_6);
}
#include "stdint.h"
#include "stdbool.h"
#include "inc/tm4c123gh6pm.h"
#include "inc/hw_memmap.h"
#include "driverlib/adc.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
#include "driverlib/pin_map.h"
#include "driverlib/gpio.h"
void ADCInit()
{
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_ADC0);
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOE);
GPIOPinTypeADC(GPIO_PORTE_BASE, GPIO_PIN_3);
ADCReferenceSet(ADC0_BASE, ADC_REF_INT);
ADCSequenceConfigure(ADC0_BASE, 0, ADC_TRIGGER_PROCESSOR, 0);
ADCSequenceStepConfigure(ADC0_BASE, 0, 0, ADC_CTL_CH3 |
ADC_CTL_END);
}
}
}
/************************lcd写指令*****************************/ }
}
/************************lcd初始化*****************************/ void initial_lcd(void)
{
delay(20);
write_com(0x38);
delay(15);
write_com(0x0c);
delay(15);
write_com(0x06);
delay(15);
write_com(0x01) ;
}
void Display(double n)
{
n = n/1024*3.3*1000; //在中断中读取adc值cn =data;
a[0]=((long)n/1000%10+0x30);
a[1]=0x2e;
a[2]=((long)n/100%10+0x30);
a[3]=((long)n/10%10+0x30);
a[4]=((long)n/1%10+0x30);
a[5]='\0';
//for(j = 0;j <= 618;j++) //扫描延时，稳定显示
//{
LCD_Display(0,0,"Voltage=");
LCD_Display(0,14,"V");
LCD_Display(0,8,a);
//LCD_Display(1,1,"No:22 copyright");
// }
}
/************************主函数*****************************/ TACCR0 = 30; // Delay to allow Ref to settle
TACCTL0 |= CCIE; // Comvolre-mode interrupt.
TACTL = TASSEL_2 | MC_1; // TACLK = SMCLK, Up mode.
// LPM0; // Wait for delay.
TACCTL0 &= ~CCIE; // Disable timer Interrupt
//__disable_interrupt();
*/
}
// ADC10 interrupt service routine
/*
#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR
__interrupt void ta0_isr(void)
{
TACTL = 0;
// LPM0_EXIT; // Exit LPM0 on return
data = ADC10MEM*25/10240;
}
*/
#pragma vector=ADC10_VECTOR
__interrupt void ADC10_ISR (void)
{
n += ADC10MEM;
j++;
if(j>=2000)
{
Display(n/2000);
j=0;
n=0;
}
ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC;
}
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）
第二章习题答案 2. 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或者U AK >0且U GK >0 3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。 4. 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im , 试计算各波形的电流平均值I d1,I d2,I d3与电流有效值I 1，I 2，I 3 解:a) Id1=Im 2717.0)12 2(2Im )(sin Im 214≈+∏=∏?∏∏t ω I1= Im 4767.021432Im )()sin (Im 2142≈∏+=∏?∏∏wt d t ? b) Id2=Im 5434.0)12 2(2Im )(sin Im 14=+=∏?∏∏wt d t ? I2=Im 6741.021432Im 2)()sin (Im 142≈∏ +=∏?∏∏wt d t ? c) Id3=?∏=∏20Im 4 1)(Im 21t d ω I3=Im 2 1)(Im 21202=∏?∏ t d ω 5.上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶阐管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少?这时,相应的电流最大值Im1,Im2,Im3各为多少? 解:额定电流I T(A V)=100A 的晶闸管,允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知 a) Im135.3294767 .0≈≈ I A, Id1≈0.2717Im1≈89.48A b) Im2,90.2326741.0A I ≈≈Id2A 56.1262Im 5434.0≈≈
一总体方案设计级总体框图 1、1总体方案设计 根据任务湖中的，本次设计的是dcdc降压变换器。DC-DC变换 器有两类：一类由两级电路组成DC-AC-DC变换，第一级为逆变，实现DC-AC变换，第二级为整流，实现AC-DC变换。另一类变 换器由晶体管和二极管开关组合成PWM开关，将输入直流电 压斩波后，再经滤波后输出。由于第一类比较复杂，方针起来 比较麻烦。第二类简单方便，比较贴合课本中的知识。第二类 dcdc降压电路有以下几种： BUCK PWM变换器在CCM下的工作原理（如图2-2）：一个开 关周期内，开关晶体管的开，关过程将直流输入电压斩波，形 成脉宽为onT的方波脉冲（onT为开关管导通时间）。当开关晶 体管导通时，二极管关断，输入端直流电流电源Vi将功率传送 到负载，并使用电感储能（电感电流上升）：当开关晶体管关断 时，二极管导通，续流，电感储能向负载释放（电感电流下降）。 一个开关周期内，电感电流的平均值等于负载电流OI（忽略滤 波电容C的ESR）。根据原理和电路拓扑可以推导出工作在CCM 下的DC-DC PWM变换器的输出-输入电压变换比: DVi Vo （2-1）
占空比D总是小于1的，所以BUCK变换器是一种降压变换器。 升降压型BUCK-BOOST技术 图2-4 升降压反极性（BUCK-BOOST）变换器电路拓扑 如图2-4所示，极性反转型（BUCK-BOOST）变换器主电路如用 元器件与BUCK，BOOST变换器相同，由开关管，储能电感，整 流二极管及滤波电容等元器件组成。这种电路具有BUCK变换 器降压和BOOST变换器升压的双重作用。升压还是降压取决与 PWM驱动脉冲的占空比D。虽然输入与输出共用一个连接端，但输出电压的极性与输入电压是相反的，故称为降压反极性变 换器。，根据我们的设计要求，是要求把12-18V的直流电压转 换到5V的直流电压，那么分析后可得降压型BUCK转换技术最 适合这次设计。 1、2总体框图设计
1、设计图3.2(a)所示的Buck DC/DC 变换器。电源电压Vs=147～220V ，额定负载电流11A ，最小负载电流1.1A ，开关频率20KHz 。要求输出电压Vo=110V ；纹波小于1%。要求最小负载时电感电流不断流。计算输出滤波电感L 和电容C ，并选取开关管T 和二极管D 。 解：①滤波电感L ： v 1100≡v ，电流连续时M=D=s v v 0。 当s v =147v 时，D=110/147=0.75;当v 220=s v 时，D=110/220=0.5。 所以在工作围占空比D 在0.5~0.75之间变化。要电流连续必须最小负载电流 )1(20min D Lf V I I s OB o -= ≥，应按最小的占空比5.0=D 确定实际运行中的临界负载电流)1(20D Lf V I s OB -=，即要求： H H D I f V L O s 25.11 .110202)5.01(110)1(23min 0=???-?=-≥ 为确保最小负载电流、最小占空比时，电感电流连续，可选取mH L 5.1=。 ②开关关Ｔ和二极管Ｄ的选择： 由)93(-式。电感电流脉动的最大峰－峰值L i ?为： L i ?＝A A D Lf V I I s L L 8.11020105.1)5.01(110)1(3 30min max =???-?=-=-- 所以：A A i I I L O L 9.11)2/8.111(2 1max max =+=?+= A A i I I L O L 1.10)2/8.111(2 1max min =-=?-= 开关关Ｔ和二极管Ｄ通过的最大峰值电流都是A I L 9.11max =，开关管Ｔ承受的最大正向电压为v V s 220=，二极管Ｄ承受的最大反向电压也是v V s 220=。若取电流过载安全系数为5.1倍，取过电压安全系数的2倍，则可选V A 500/20的MOSFET P -开关管和快恢复二
《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
电力电子技术课程设计 题目：直流降压斩波电路的设计 专业：电气自动化 班级：14电气 姓名：周方舟 学号： 指导教师：喻丽丽
目录 一设计要求与方案 (4) 二设计原理分析 (4) 2.1总体结构分分析 (4) 2.2直流电源设计 (5) 2．3主电路工作原理 (6) 2.4触发电路设计 (10) 2.5过压过流保护原理与设计 (15) 三仿真分析与调试 (17) 3.1M a t l a b仿真图 (17) 3.2仿真结果 (18) 3.3仿真实验结论 (24) 元器件列表 (24) 设计心得 (25) 参考文献 (25) 致 (26) 一．设计要求与方案 供电方案有两种选择。一，线性直流电源。线性电源（Linear power supply）是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流电路整流后，得到脉冲直流电，后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。要达到高精度的直流电压，必须经过稳压电源进行稳压。线性电源体积重量大，很难实现小型化、损耗大、效率低、输出与输入之间有公共端，不易实现隔离，只能降压，不能升压。二，升压斩波电路。由脉宽调制芯片TL494为控制器构成BOOST原理的，实现升压型DC-DC变换器，输出电压的可调整与稳压控制的开关源是借助晶体管的开/关实现的。因此选择方案二。 设计要求：设计要求是输出电压Uo=220V可调的DC/DC变换器，这里为升压斩波电路。由于这些电路中都需要直流电源，所以这部分由以前所学模拟电路知识可以由整流器解决。MOSFET的通断用PWM控制，用PWM方式来控制MOSFET的通断需要使用脉宽调制器TL494来产生
黑龙江省精品课程 电力电子技术基础 作业（9-10章） 06 1006141 覃敏亮
第9章电力电子器件应用的共性问题 P206, 9-1； 电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。采用性能良好的驱动电路可使电力电子器件工作在比较理想的开关状态,可缩短开关时间,减少开关损耗,对装置的运行效率、可靠性和安全性都有着重要意义。另外，对电力电子器件或整个装置的一些保护措施也往往就将近设在驱动电路中，或者通过驱动电路来实现，这使得驱动电路的设计更为重要。 9-3； 晶闸管触发电路应满足下列要求： １）触发脉冲的宽度应保证晶闸管的可靠导通； ２）触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的3-5倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达到1-2A/US。 ３）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠出发区域之内。 ４）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。 IGBT驱动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻，IGBT是电压驱动型器件，IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。 GTR驱动电路的特点是：驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿，并有一定的过冲，这样可加速开通过程，减小开通损耗；关断时，驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流，并加反偏截止电压，以加速关断速度。 GTO驱动电路的特点是：GTO要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度，且一般需要在整个导通期间施加正门极电流，关断需施加负门极电流，幅值和陡度要求更高，其驱动电路通常包括开通驱动电路，关断驱动电路和门极反偏电路三部分。 电力MOSFET驱动电路的特点：要求驱动电路具有较小的输入电阻，驱动功率小且电路简单。 9-6。 答:缓冲电路又称为吸收电路，可以分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。关断缓冲电路又称为du/dt 抑制电路，开通缓冲电路又称为di/dt抑制电路。将关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起，称为复合缓冲电路。还可以分类方法：缓冲电路中储能元件的能量如果消耗在其吸收电阻上，则被称为耗能式缓冲电路；如果缓冲电路能将其储能元件的能量回馈给负载或者电源，则被称为馈能式缓冲电路，或称为无损吸收电路。 全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压,du/dt或过电流和di/dt, 减小器件的开关损耗。 RCD缓冲电路中,各元件的作用是: 开通时,Cs经Rs放电,Rs起到限制放电电流的作用;关断时,负载电流经VDs从Cs分流,使du/dt减小,抑制过电压。 补充： 1.关于全控型器件的关断缓冲电路，解答下列问题： 1）关断缓冲电路的主要作用是什么 2）画出IGBT的RCD缓冲电路的配置图，并分析RCD缓冲电路的工作原理及其中各组件的作用。 3）结合图9－1说明有、无RCD缓冲电路时，IGBT器件关断时分别应按照那条电压电流线（工作点轨迹）转移标出转移的方向，并说明理由。
电力电子课程设计 学院：电气信息工程学院 专业： 学号： 姓名：
一． 设计要求 (1)根据给定的参数范围,设计BOOST 电路的参数； (2)根据给定的参数范围,设计CUK 电路的参数； (3)利用MATLAB 对上述电路图仿真实验得出波形； (4)在实验室平台上试验,观测数据与波形,并与仿真图形进行比对； (5)撰写实验报告； 二． 电路设计 1.电路工作原理 （1）Boost 电路 Boost 电路原理图 基本原理 假设L ，C 值很大。当可控开关V 处于通态的时候，电源E 向电感L 充电，充电的电流基本恒定不变I 1，同时电容C 向负载R 放电。因为C 很大，基本保持输出电压U 0不变。当可控开关处于断态的时候，E 和电感L 上积蓄的能量共同向电容C 充电并向负载R 提供能量。当电路工作处于稳态时，一个周期T 中电感L 积蓄的 能量与释放的能量相等，即： 化简得： ()off o on t I E U t EI 11-=E t T E t t t U off off off on o =+=
基本数值计算： 输出电压U 0与输入电压E 关系： 01 1 1U E E βα==- 输出电流I0与输入电流I1的关系： 01021U I I E E β== 输出电流I0与输出电压U0的关系： 001U E I R R β== （2）Cuk 电路 Cuk 电路原理图 基本原理 当可控开关V 处于通态的时候，E-L1-V 回路和R-L2-C-V 回路分别流过电流。当V 处于断态的时候，E-L1-C-VD 回路和R-L1-VD 回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。
《电力电子技术大作业》作业题目：灯光控制电路 姓名：刘大勇 班级：电气12-04班 学号：11053416 同组人：付晨平12053429 程润泽12053427 中国石油大学（华东） 日期：2014年12月13日
摘要 本篇论文主要是对基于电力电子技术，模拟电子技术和数字电子技术来进行设计的灯光控制电电路进行详细的说明。包括其设计思路，工作原理和功能应用，以及所使用的主要元器件和电路。在整篇论文中，对于元器件和电路形式作了比较详细地介绍，具体说明了其工作原理，基本应用和发展前景。最后表达了对于本次课程设计的收获和感悟。 关键词：亮度调节；定时；色调搭配；三相桥式整流；W7805稳压芯片；NE555定时器；双向晶闸管；电容；发光二极管；
目录 第一章 引言 (2) 1.1 课题设计的背景和意义 (2) 1.2 课题的设计思路、工作原理与功能应用 (2) 第二章 主要电路和元件的介绍 (3) 2.1 三相桥式全控整流电路 (3) 2.2 电力电容器的特性、作用及运行中的问题 (4) 2.3 二极管工作原理及主要应用 (7) 2.4 发光二极管的工作原理及应用 (8) 2.5 W7805稳压器 (9) 2.6 555定时器的基本组成和工作原理………………………………………………….. 10 2.7 双向晶闸管原理及其交流开关应用…………………………………………………. 12 第三章 收获与感悟 (14)
第一章引言 1.1课题设计的背景和意义 照明主要包含天然采光和人工照明这两个方面。电气照明就是指为了进行人工照明通过各种设施而把电能转变为光能。从大的方面来说，我国虽然地域辽阔、资源总量丰富，但是由于人口基数大、资源利用率相对发达国家较低，因次我国的资源同样面临着巨大问题和挑战。而目前我国的电能主要来源于火力发电，只有少部分电能是来源于太阳能发电、风能发电、潮汐发电等，因此节能问题迫不容缓；而从小的方面来说，电气照明节能设计有利于减少企业和家庭的电费开支。 1.2 课题的设计思路、工作原理与功能应用 设计思路： 经过电力电子这门课程的学习，对于电力变换电路，有了比较清晰地认识，在本次设计过程中，运用了三相桥式整流电路。有三相桥式整流电路加上变压器可以得到合适的直流电，作为一些芯片和小功率用电器的供电电源。利用不同颜色发光二极管的串联和并联，可以有效地调节一定范围内的光环境。通过利用稳压芯片可以得到幅值和波形符合要求的电压，为NE555定时器供电。有定时器和其他组合元件搭配而成的定时电路，可通过双向晶闸管实现对主电路的控制，定时时间长度大概在几小时左右，因此可以对各种用电器实现定时控制，通过将灯泡或日光灯与滑动变阻器串联可实现灯光亮度的无极调节。工作原理及应用： 本次电路的设计是基于电力电子技术中的变压和整流来进行的。通过变
浙江大学远程教育学院 《电力电子技术》课程作业 姓名： 应晓兵 学 号： 715236202001 年级： 15春 学习中心： 建德学习中心 ————————————————————————————— 第1章 1．把一个晶闸管与灯泡串联，加上交流电压，如图1-37所示 图 1-37 问：（1）开关S 闭合前灯泡亮不亮？（2）开关S 闭合后灯泡亮不亮？（3）开关S 闭合一段时间后再打开，断开开关后灯泡亮不亮？原因是什么？ 答：（1）不亮；（2）亮；（3）不亮，出现电压负半周后晶闸管关断。 2．在夏天工作正常的晶闸管装置到冬天变得不可靠，可能是什么现象和原因？冬天工作正常到夏天变得不可靠又可能是什么现象和原因？ 答：晶闸管的门极参数IGT 、UGT 受温度影响，温度升高时，两者会降低，温度升高时，两者会升高，故会引起题中所述现象。 3．型号为KP100-3，维持电流I H ＝4mA 的晶闸管，使用在如图1-38电路中是否合理？为什么？（分析时不考虑电压、电流裕量） (a) (b) (c) 图 1-38 习题5图 答：（a ） 故不能维持导通 mA I mA A I H d 42002.010501003 =<==?=
R TM U V U >==3112220(b) 而 即晶闸管的最大反向电压超过了其额定电压，故不能正常工作 （c ） I d =160/1=160A>I H I T =I d =160A<1.57×100=157A 故能正常工作 4．什么是IGBT 的擎住现象？使用中如何避免？ 答：IGBT 由于寄生晶闸管的影响，可能是集电极电流过大（静态擎住效应），也可能是duce/dt 过大（动态擎住效应），会产生不可控的擎住效应。实际应用中应使IGBT 的漏极电流不超过额定电流，或增加控制极上所接电阻RG 的数值，减小关断时的duce/dt ，以避免出现擎住现象。 H d I A I I I >==== 9.957.1/...56.15210220 22
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。
电气工程学院 电力电子课程设计 设计题目:MOSFET降压斩波电路设计专业班级：电气0907 学号：09291210 姓名：李岳 同组人：刘遥（09291212 ） 指导教师： 设计时间：2012年6月25日-29日 设计地点：电气学院实验中心
电力电子课程设计成绩评定表 指导教师签字： 年月日
电力电子课程设计任务书 学生姓名：李岳，刘遥专业班级电气0907 指导教师： 一、课程设计题目： MOSFET降压斩波电路设计（纯电阻负载） 设计条件：1、输入直流电压：U d=100V 2、输出功率：300W 3、开关频率5KHz 4、占空比10%~90% 5、输出电压脉率：小于10% 二、课程设计要求 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； 2. 查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数，对设计方案进行仿真； 3. 完成预习报告，报告中要有设计方案，还要有仿真结果； 4. 进实验室进行电路调试，边调试边修正方案； 5. 撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理、选择元器件参数，说明控制电路的工作原理、绘出主电路典型波形（比较实际波形与理论波形），绘出触发信号（驱动信号）波形，说明调试过程中遇到的问题和解决问题的方法。 三、进度安排
2．执行要求 电力电子课程设计共6个选题，每组不得超过2人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告雷同，甚至完全一样。 四、课程设计参考资料 [1]王兆安，黄俊.电力电子技术（第四版）.北京：机械工业出版社，2001 [2]王文郁.电力电子技术应用电路.北京：机械工业出版社，2001 [3]李宏.电力电子设备用器件与集成电路应用指南.北京：机械工业出版社，2001 [4] 石玉、栗书贤、王文郁.电力电子技术题例与电路设计指导. 北京：机械工业出版社，1999 [5] 赵同贺等.新型开关电源典型电路设计与应用.北京：机械工业出版社，2010 摘要 关键词：整流、无源逆变、晶闸管
1-1所示： VCC T Q D1 C R N1 N2 i p i s V O * *
不为零，与此相反即为电流断续。 如果，在t=T时刻，I smin=0表示导通期间储存的磁场能量刚好释放完毕；也就是临界状态。，I smin>0表示导通期间储存的磁场能量还没有释放完，电路工作在连续状态；Ismin<0表示导通期间储存的磁场能量还没有到时刻就已经释放完毕，即电路工作在断续状态下。 电流连续下的理论波形：
图1-3 理论输出波形 3、实验步骤 1）根据实验设计指标选择所需器件 输入直流电源：Vin 200V；变压器T的参数，L p:10uH, ，L s:5uH,变压器初级线圈匝数：200匝，次级线圈匝数：10匝，变压器励磁电感L m:1m；滤波电容C：110uF,初始电压10V；触发频率：100k,占空比0.8；负载为阻性负载：5Ω。 2）利用所选的元器件，搭建原理图，并按已知参数设置各元件参数，设定仿真控制时间。保存原理图。将MOSFET和二极管D1参数选项中的current flag设置为1，这样可以将电流表缺省直接测得电流波形。 3）点击仿真按钮，双击要观察波形的参数值，点击确定，观察仿真波形。 4、仿真电路图 电路原理图如下：
图1-4 仿真电路图 4、仿真结果 1）电流连续输出波形 按照顺序，图中的I（D1）为变压器次级电流大小，在图中的大致形状是呈线性下降的直线；I（MOS1）是变压器初级电流大小，在图中的大致形状是呈线性增长的直线；图中的Vp1是输出电压， 近似为一条平行于时间轴的一条直线，但略有脉动。
图 1-5 电流连续下仿真结果 2）电流断续输出波形 降低触发电路的占空比，电流将断续，将占空比变为0.5，输出初、次级电流波形如下图1-6所示。 图1-6 电流连续下仿真结果 6、仿真结果分析 观察图1-5的仿真结果，按照所选参数构建的电路，电流连续时，输出电压40V达到了预期制定指标。在开关管MOSFET导通的时间段内，变压器初级电流I（MOSFET）线性上升,此时变压器次级电压为下正上负，使得二极管反偏截止，即I（D）为零,此时负载电流由滤波电容提供。当开关管关断时，存储在L p中的能量不能突变，为维持电流连续，变压器初、次级绕组电压反号，使得二极管正偏导通，给电容C充电并向负载供电。二极管导通，u2便被箝位在V o的水平上，如果滤波电容C的数值很大，输出电压无脉动，则u2=V o，次级绕组电流将线性下降，即i s(t)=I rmax-V o t/L2，直到t=T为止。观察仿真波形发现，输出电压波形是一条与时间轴近似平行的直线，其大小在10V上下略有波动，按照理论来说，尽可能增大滤波电容，输出电压也会更加平稳。 观察图1-6的波形可以看出，当电流断续时与电流连续时，在一个周期内，电流出现了为零的情况，而且在断续运行下，电路遵循的规律与连续时不同。
作业1 指出常用器件可达的功率与频率能力 SCR , GTO, IGBT , MOSFET, 功率能力:SCR(10MW)>GTO(MW)>IGBT(百KW)>MOSFET(10KW) 频率能力:MOSFT(百KHz)>IGBT(10KHz)>GTO(1KHz)>SCR(几百Hz) 一SCR需承受电流平均值100A, 电压峰值300V, 选择其电流电压定额电压定额UTIT(AV)：2*300V=600V 电流定额IT(AV)：*100A=150A 简述SCR正常导通条件, 非正常导通条件 正压,门极触发; 过压,过电压上升率,过温 1,4简述变流器件常用工作状态与损耗种类. 工作状态：通态、断态、开关状态 损耗种类：稳态损耗：通态损耗、断态损耗 动态损耗：开通损耗、关断损耗 作业2 简述器件驱动信号基本要求 足够的幅度、陡度、宽度 及良好的可靠性、抗扰性、电气隔离性。 简述MOSFET、IGBT常用开通与关断正压. MOSFET常用开通电压为10~15V,关断电压为-5~-15V IGBT常用开通电压为15~20v，关断电压为-5~-15V SCR器件串联并联有何作用,有何问题,如何解决
增大电压电流容量;均压均流;选择件同参,并均压电阻,串均流电抗 简述变流设备常用过压过流保护装置、元件。 过压保护装置、元件：避雷器、缓冲电路、RC过电压抑制电路、反阻断式RC电路、雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻、硒堆和转折二极管等。 过流保护装置、元件：快速熔断器、直流快速断路器、过电流继电器 思考判断题1 开关器件 主要工作在开关状态, 关断比导通容易( - ), 断态损耗比通态损耗大( -).高频时开关损耗比通态损耗大(+). 按容量能力是 SCR >FET >IGBT（ -）; 按频率能力比较是SCR 电力电子课程设计报告题目三相桥式全控整流电路设计 学院：电子与电气工程学院 年级专业：201５级电气工程及其自动化 姓名： 学号: 指导教师：高婷婷,林建华 成绩: 摘要 整流电路尤其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要同时也是应用得最为广泛的电路，不仅用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统,能源系统及其他领域,因此对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义,这不仅是电力电子电路理论学习的重要一环,而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用，因此调试三相桥式可控整流电路的相关参数并对不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有一定的现实意义。 关键词：电力电子,三相，整流 目录 1 设计的目的和意义………………………………………１ 2 设计任务与要求 (1) 3 设计方案 (1) ?３.1三相全控整流电路设计 (1) 3.1.１三相全控整流电路图原理分析 (2) ?3.１.2整流变压器的设计 (2) ?3．1.3晶闸管的选择 (3) 3.2 保护电路的设计 (4) 3．2.1变压器二次侧过压保护 (4) ?3．2.2 晶闸管的过压保护………………………………………………４ 3.2．3 晶闸管的过流保护………………………………………………５ 3.3 触发电路的选择设计 (5) 4 实验调试与分析 (6) 4.１三相桥式全控整流电路的仿真模型 (6) 4.2仿真结果及其分析……………………………………………７ 5 设计总结 (8) 6 参考文献 (9) 1 设计的目的和意义 本课程设计属于《电力电子技术》课程的延续，通过设计实践，进一步学习掌握《电力电子技术》,更进一步的掌握和了解他三相桥式全控整流电路。通过设计基本技能的训练,培养学生具备一定的工程实践能力。通过反复调试、训练、便于学生掌握规范系统的电子电力方面的知识，同时也提高了学生的动手能力。 2 设计任务与要求 三相桥式全控整流电路要求输入交流电压2150,10,0.5U V R L H ==Ω=为阻 感性负载。 １.写出三相桥式全控整流电路阻感性负载的移相范围,并计算出直流电压的变化范围 2.计算α=60°时，负载两端电压和电流，晶闸管平均电流和有效电流。 3.画出α=60°时，负载两端 d U 和晶闸管两端 1 VT U 波形。 4.分析纯电阻负载和大电感负载以及加续流二极管电路的区别。 5.晶闸管的型号选择。 ３ 设计方案 ３.１三相全控整流电路设计 填空题 电力电子技术包括电力电子器件、电力电子电路和控制技术 3个部分。 现代电力电子器件分为不可控型器件、半控型器件和全控型器件三类。 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管三种。 晶闸管的外形大致有塑封形、平板型和螺栓形三种。 晶闸管额定电流与有效值电流的关系 IT=1.57IT(AV)。 双向晶闸管的门极控制方式有两种：移向触发和过零触发。 2.判断题 （×）1）普通晶闸管内部有两个PN结。 （×）2）普通晶闸管外部有3电极，分别是基极、发射极和集电极。 （√）3）型号为KP50-7的半导体器件，是一额定电流为50A的普通晶闸管。 （×）4)只要让加在晶闸管两端的电压减小为零，晶闸管就会关断。 （×）5）只要给门极加上触发电压，晶闸管就导通。 （×）6）晶闸管加上阳极电压后，不给门极加触发电压，晶闸管就会导通。 （×）7）加在晶闸管门极上的触发电压，最高不得超过100V。 3.选择题 1）在型号KP100-10G中，数字10表示（ C ）。 A、额定电压为10V B、额定电流为10A C、额定电压为1000V D、额定电流为100A 2)晶闸管内部有（ C ）PN结。 A、1个 B、2个 C、3个 D、4个 3）晶闸管的3个引出电极分别是（ B ） A、阳极、阴极、栅极 B、阳极、阴极、门极 C、栅极、漏极、源极 D、发射极、基极、集电极 4）普通晶闸管的额定通态电流是用（ A ）表示。 A、流过晶闸管的平均电流 B、直流输出平均电流 C、整流输出电流有效值 D、交流有效值 5）当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性触发电压，管子都将工作在（ B ）A、导通状态 B、关断状态 C、饱和状态 D、不定 6）处于阻断状态的晶闸管，只有在阳极与阴极间加正向电压，且在门极与阴极间作（ C ）处理才能使其开通。 A、并联一电容 B、串联一电感 C、加正向触发电压 D、加反向触发电压 7）在晶闸管工作过程中，管子本身产生的管耗等于管子两端电压乘以（ A ） A、阳极电流 B、门极电流 C、阳极电流与门极电流之差 D、阳极电流与门极电流之和 填空题 典型的全控型器件主要有门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双型晶体管四种。 某半导体器件的型号为KP50-7，其中KP表示该器件的名称为反向阻断晶闸管，50表示额定电流50A，7表示额定电压700V。 电力电子技术课程设计任务大全 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 《电力电子技术》课程设计任务书（一） 小功率晶闸管整流电路设计 一、设计的技术数据及要求 1、电路输出的直流电压和电流应满足负载要求； 2、电路应具有一定的稳压和保护功能，同时还具有较高的防止过电压和过电流的抗干扰能力； 3、触发电路满足要求； 4、电网供电电压：三相380V，电动机负载，工作于电动状态。 直流电机参数： 型号额定功率 （KW） 额定电压 （V） 额定电流 （A） 额定转速 （r/min） 电枢回路电感 （mH） Z3-52 7.5 220 40.8 1500 4.42 二、设计内容及要求 1、方案论证及选择； 2、主电路设计（包括整流变压器电压及容量计算，晶闸管元件选择，电 抗器容量等计算）； 3、控制电路设计（触发电路的选择与设计）； 4、保护电路设计（包括过流和过压保护等）； 5、总结及心得体会； 6、参考文献设计； 7、完成电路原理图1份。 《电力电子技术》课程设计任务书（二） 小功率晶闸管整流电路设计 一、设计的技术数据及要求 1、电路输出的直流电压和电流应满足负载要求； 2、电路应具有一定的稳压和保护功能，同时还具有较高的防止过电压和过电流的抗干扰能力； 3、触发电路满足要求。 4、电网供电电压：单相220V，电动机负载，工作于电动状态。 直流电机参数： 型号额定功率 （KW） 额定电压 （V） 额定电流 （A） 额定转速 （r/min） 电枢回路电感 （mH） Z3-52 3 220 17.4 750 17.69 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 第一章作业 1. 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：u AK>0且u GK>0。 2. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 3. 图1-43 中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。 解：（a） (b) (c) 第二章作业 1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0?和60? 时的负载电流I d，并画出u d与i d波形。 解：α＝0?时，在电源电压u2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压u2的负半周期，负载电感L释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压u2的一个周期里，以下方程均成立： 考虑到初始条件：当ωt＝0 时i d＝0 可解方程得： u d与i d的波形如下图： 当α＝60°时，在u2正半周期60?~180?期间晶闸管导通使电感L储能，电感L储藏的能量在u2负半周期180?~300?期间释放，因此在u2一个周期中60?~300?期间以下微分方程成立： 考虑初始条件：当ωt＝60 时i d＝0 可解方程得： 其平均值为 此时u d与i d的波形如下图： 2．图2-9为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁 ；②当负载是电阻或电化问题吗？试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为 2 感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。 答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化的问题。因为单相全波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。 以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。 ①以晶闸管VT2为例。当VT1导通时，晶闸管VT2通过VT1与2个变压器二次绕 。 组并联，所以VT2承受的最大电压为 2 ②当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角a 相同时，对于电阻电力电子技术课程设计报告
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