电力电子课程设计-降压斩波电路5篇

第一篇：电力电子课程设计-降压斩波电路

中北大学电子技术课程设计说明书 引言

高频开关稳压电源已广泛运用于基础直流电源、交流电源、各种工业电源，通信电源、通信电源、逆变电源、计算机电源等。它能把电网提供的强电和粗电，它是现代电子设备重要的“心脏供血系统”。BUCK变换器是开关电源基本拓扑结构中的一种，BUCK变换器又称降压变换器，是一种对输入输出电压进行降压变换的直流斩波器，即输出电压低于输入电压，由于其具有优越的变压功能，因此可以直接用于需要直接降压的地方。

2.降压斩波电路的设计目的

(1).通过对降压斩波电路（buck chopper）的设计，掌握buck chopper电路的工作原理，综合运用所学知识，进行buck chopper电路和系统设计的能力。

(2).了解与熟悉buck chopper电路拓扑、控制方法。

(3).理解和掌握buck chopper电路及系统的主电路、控制电路和保护电路的设计方法，掌握元器件的选择计算方法。

(4).具有一定的电力电子电路及系统实验和调试的能力

2.1降压斩波电路的设计内容及要求

(1).设计内容: 对Buck Chopper电路的主电路和控制电路进行设计，参数如下：直流电压E＝200V，负载中R＝10，L值极大,反电动式E1＝30V。(2).设计要求

(a)理论设计：

了解掌握Buck Chopper电路的工作原理，设计Buck Chopper电路的主电路和控制电路。包括：IGBT电流,电压额定的选择，画出完整的主电路原理图和控制电路原理图、列出主电路所用元器件的明细表。

(b).仿真实验: 利用MATLAB仿真软件对Buck Chopper 电路主电路和控制电路进行仿真建模设计

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2.2.降压斩波电路主电路基本原理

降压斩波电路主电路工作原理图如下：

图1 降压斩波电路主电路工作原理图

t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压U0E，负载电流i0按指数曲线上升。

t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压U0近似为零，负载电流i0呈指数曲线下降。

通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。

当电路工作稳定时，负载电流在一个周期的初值和终值相等如图2所负

U0载电压的平均值为：间，tontEonEEtontoffT式中，ton为V处于通态的时toff为V处于断态的时间；T为开关周期；为导通占空比，简称占空比

I0U0R若负载中L值较小，则在V关断或导通比。负载电流的平均值为：后，到了t2时刻，负载电流已衰减至零，会出现负载电流断续的情况。负载电压U0平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。

3.IGBT驱动电路简介

IGBT 是三端器件，具有栅极G，集电极 C和发射极 E。它是个场控器件，通断由栅射极电压 Uge决定。Uge 大于开启电压Uge(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT 导通。通态时电导调制效应使电阻 R减小，使通态压降减小。当栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT 关断。一般IGBT的开启电

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压Uge（th）在 25度时为2~6V左右，而实际一般驱动电压取15~20V，且关断时施加一定幅值的负驱动电压，有利于减小关断时间和关断损耗。在栅极串入一只低值电阻有利于减小寄生振荡，该电阻值应随被驱动器件电流定额值的增大而减小。.元件参数选择

有题目知P=400W，U=100V，a=0.8，所以负载电阻R=16Ω，有频率f=5KHZ，所以T=1/f=0.0002S，由于反电动势E=0所以m=Em/E=0 ①IGBT的选择：因为本电路设计的E=100V, 因此根据P=400W，U=100V，由于晶闸管安全域量可知所选IGBT的额定电压与额定电流分别为200-300V、7.5A-10A。

②栅极串联电阻Rg的阻值：根据IGBT的选择，由可知知R的值为16。

③其他元器件的选择标准如下：二极管额定电压100V，电感L=100mL，电流有

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/中北大学电子技术课程设计说明书

I10=4.98A和I20=5.02A分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值 e1m有公式 e1判断得电流连续。

输出电压平均值为 得U0=80V

tontxtontxEUoEm1toni2dtm负载电流平均值为 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仿真简介

MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB的优势如下：（1）友好的工作平台和编程环境；（2）简单易用的程序语言；

（3）强大的科学计算机数据处理能力；（4）出色的图形处理功能；（5）应用广泛的模块集合工具箱；（6）实用的程序接口和发布平台；（7）应用软件开发（包括用户界面）。

5.1 主电路的仿真

1.按原理图在MATLAB中搭建模块，搭建好的模型图如下：

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图19 仿真模型图

2．调试与结果

设定占空比为80%,得出输出电流I0和电压U0及其波形如下所示：

输出电流I0波形图

输出电压U0波形图

6.结论分析

有电压电流波形图知在电流在电压为E期间上升，在电压为零期间下降，周期T=1/f=0.0002s，高电平导通时ton=aT=0.8T=0.00016s,U0=100V，低电

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平导通时间toff=0.00004s,U0=0V且电压电流幅值范围分别为，I=4.98A～5.02A，实验结果与理论一致。

7.心得体会

做课程设计我们都感觉入手比较困难，因为它首先要求你对所学的知识都要弄懂，并且能将其联系贯穿起来，因此课程设计是综合性比较强的。这次的电力电子课程设计是我做的最辛苦的一次，主要的原因是这次试验要求我们学习两个从来就没有接触过的软件。而且时间还是有那么紧。首先把设计任务搞清，接下来就是找相关资料，可以通过上图书馆和上网，然后对资料进行整理。找资料说起来好像很简单，但真正做起来是需要耐心的，不是你所找的就一定是有用的，要进行筛选甄别，所以这个过程中是要花费一些时间的，但这其中也拓展了你的知识面。书上原理性的东西与真正的动手操作还是有很大的区别的，要考虑很多因素，比如说，参数的选取和设定，这些对实验结果是有很大的影响的。

通过重温教材知识和翻阅相应的资料，当然还有一部分要归功于我的同学的帮助。通过这次课程设计我们掌握了一定的文档的编排格式，这对于以后的毕业设计及工作需要都有很大的帮助，在完成课程设计的同时我们也再复习了一遍电力电子这门课程，对于以前一知半解的问题有了更深刻的认识。

通过这次课程设计，使我明白了自身的不足，还有就是学习上存在的以应试为目的的陋习，自己真正学到的知识还是相当有限的，而且都是很死板的知识，并没有做到活学活用。而且，在专业软件学习方面还要有很大的提升的需要。

8． 主要参考文献

[1].王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.2009 [2].李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.2005 [3].洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社.2006 [4].钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.2010

第二篇：电力电子升降压变换器课程设计[推荐]

中北大学电子技术课程设计说明书绪论

《电力电子技术》课程是一门专业技术基础课，电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力，使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用，为今后的学习和工作打下坚实的基础。

《电力电子技术》课程设计是配合变流电路理论教学，为自动化专业开设的专业基础技术技能设计，课程设计对自动化专业的学生是一个非常重要的实践教学环节。通过设计能够使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养学生的创新精神和创新能力。

斩波电路(DC Chopper)的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流—直流变换器(DC/DC Converter)。直流斩波电路的种类很多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路，前两种是最基本电路。应用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立了电路的仿真模型，在此基础上对升降压斩波Boost—Buck电路进行了较详细的仿真分析。

本文分析了升降压斩波电路的工作原理，又用Matlab对升压-降压变换器进行了仿真建模，最后对仿真结果进行了分析总结。升降压斩波电路的设计

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2.1升降压斩波电路工作原理

（1）V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1。同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电。

（2）V断时，L的能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。

a)原理图

b)波形图

图（3）升压/降压斩波电路的原理图及波形图

数量关系：

稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即：

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当V处于通态时，uLT0uLdt0

E；当V处于断态时，uLuo；于是：

EtonU0toff所以输出电压为： U0

tontEonEE toffTton1由此可见，改变导通占空比α，就能够控制斩波电路输出电压U。的大小。当0<α<1/2时为降压，当1/2<α<1时为升压，故称作升降压斩波电路。

图（3）b)中给出了电源电流i1和负载电流i2的波形，设两者的平均值分别为I1和I2，当电流脉动足够小时，有：

I1tonI2toff由上式可得：

1I2I1I1

tontoff如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则：EI1UoI2

其输出功率和输入功率相等，可将其看作直流变压器。

2.2根据升降压斩波电路原理图

如图（3），建立升压-降压式变换器仿真模型，如图（4）所示：

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图（4）升压-降压式变换器仿真模型

2.3 的建模和参数设置：

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2.3 的建模和参数设置：

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3.设计结果及分析

1、脉冲发生器中的脉冲宽度设置为脉宽的33.3%，2、仿真结果如图（5）所示： 8

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图（5）控制脉冲占空比33.3% 从图5可以看出，负载上平均电压为10 V，波形为有少许波纹的直流电压；

理论计算：U0EE10V，Uo与E极性相反； 1仿真结果与升降压斩波理论分析吻合。

3、脉冲发生器中的脉冲宽度设置为脉宽的66.6%，4、仿真结果如图（6）所示：

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图（6）控制脉冲占空比66.6% 从图6可以看出，负载上平均电压为40 V，波形为有少许波纹的直流电压； 解 输出10v时的占空比Dc=1／3 则

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 输入40v时的占空比为Dc=2/3 则

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 总结

通过以上的仿真过程分析，可以得到下列结论：

(1)直流斩波电路可将直流电压变换成固定的或可调的直流电压，使用直流斩波技术，不仅可以实现调压的功能，而且还可以达到改善网侧谐波和提高功率因数的目的。直流斩波技术主要应用于已具有直流电源需要调节直流电压的场合。

(2)升降压斩波电路（Boost-Buck Chopper）能够方便的调节输出电压，tontonEEE ；由于输出电压为： U0若改变导通比αtoffTton1，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低，当0<α<1/2时为降压，当1/2<α<1时为升压，轻松实现直流变换中的升压和降压作用，工业生产应用广泛。

(3)直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件，通过控制主电路的接通与断开，将恒定的直流斩成断续的方波，经滤波后变为电压可调的直流输出电压。利用Simulink对降压斩波电路和升降压斩波的仿真结果进行了详细分析，与采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。

(4)采用Matlab/Simulink对直流斩波电路进行仿真分析，避免了常规分析

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方法中繁琐的绘图和计算过程，得到了一种较为直观、快捷分析斩波电路的新方法。同时其建模方法也适用于其他斩波电路的方针，只需对电路结构稍作改变即可实现，因此实用性较强。

(5)应用Matlab/Simulink进行仿真，在仿真过程中可以灵活改变仿真参数，并且能直观的观察到仿真结果随参数的变化情况，方便学习与研究。

体会

本次设计中我查阅了相关书籍、资料，首先对直流斩波电路有了大致的掌握，直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件，通过控制主电路的接通与断开，将恒定的直流斩成断续的方波，经滤波后变为电压可调的直流输出电压。

进一步复习了直流斩波电路的基本类型，包括降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路等，理解了其工作原理，熟悉其原理图及工作时的波形图，掌握了这几种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点，并在理解的基础上能对直流斩波电路进行分析计算，加深了对直流斩波电路的掌握及应用。

通过使用Matlab的可视化仿真工具Simulink对升降压斩波Boost—Buck电路建立仿真模型，我更加熟悉了仿真库里的原器件，增强了画图能力，使用SCOPES（示波器），可以在运行方针时简明地观察到仿真结果，还可将多个结果放在一起以便对比，使我体会到了Matlab的可视化仿真工具Simulink的功能的齐全及使用的便捷。同时在仿真建模的基础上对升降压斩波Boost—Buck电路进行了详细的仿真分析，将仿真波形与常规分析方法得到的结果进行比较，提高了我设计建模的能力、分析总结能力及加强了对Matlab/Simulink软件的熟练程度。

总之，通过这次基于MATLAB的升压-降压式变换器的仿真的设计，我无论在理论分析上还是在建模仿真上都是受益颇多，体会到了Matlab软件在电力电子技术学习和研究中的应用价值，同时它也是能让我们将理论与实践相结合、将所学知识系统化联系在一起的很好的工具，经过仿真能使所学的概念理解的更清晰、知识掌握的更牢固。

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参考文献

[1] 王兆安、黄俊．电力电子技术．机械工业出版社，2009．6 [2] 王忠礼、段慧达、高玉峰．MATLAB应用技术—在电气工程与自动化专业中的应用．清华大学出版社，2007．1 [3] 王辉、程坦．直流斩波电路的Matlab/Simulink仿真研究．现代电子技术，2009．5：174-175

第三篇：《电力电子课程设计》论文

目录

第一章

1.1 1.2 1.3 第二章

2.1 2.2 2.3 2.4 绪论.............................................................................................................................................2 课程设计的目的.........................................................................................................................2 课程设计的任务与要求.............................................................................................................2 MATLAB的原理应用及SIMULINK仿真..............................................................................2 主电路设计及仿真.....................................................................................................................3 设计方案的论证.........................................................................................................................3 主电路结构框图与说明.............................................................................................................3 电路类型选择依据.....................................................................................................................3 整流电路的工作原理及设计.....................................................................................................3 2.4.1 整流电路的基本工作原理...................................................................................................3 2.4.2 整流元件的选择...................................................................................................................4 2.4.3 整流电路的设计与仿真.......................................................................................................4 2.5 逆变电路的工作原理及设计.....................................................................................................5

2.5.1 逆变电路的基本工作原理...................................................................................................5 2.5.2 SPWM波的产生设计...........................................................................................................5 2.5.3逆变电路的设计与仿真........................................................................................................5

第三章 驱动保护电路的设计.................................................................................................................7

3.1 IGBT 驱动电路..........................................................................................................................7 3.2 触发电路选择与设计.................................................................................................................7 第四章 台灯调光电路的设计.................................................................................................................8

4.1台灯调光电路的基本工作原理.......................................................................................................8 4.2焊接与调试.......................................................................................................................................8 第五章 综合设计与仿真.........................................................................................................................9

5.1整体电路设计模型...........................................................................................................................9 5.2 运行仿真并检验是否满足性能指标的要求..................................................................................9 第六章 心得体会...................................................................................................................................11

第一章 绪论

1.1 课程设计的目的

1）掌握三相全桥相控整流电路的结构及其工作原理，明确触发脉冲的相位关系，熟悉整流电路交流侧与直流侧电流、电压关系。

2）掌握单相全桥逆变电路的结构及其工作原理，明确调制信号与载波信号之间的幅值关系，明确驱动脉冲的分配关系，熟悉逆变电路输出电压与直流电压、调制信号幅值之间的关系。

3）熟悉电力电子电路的计算机仿真方法。1.2 课程设计的任务与要求

1）使用Matlab仿真软件实现三相桥式全控整流电路仿真模型，构建触发延时角为0度，30度，60度的三相桥式全控整流电路直流侧平波电感10mH、滤波电容10mF及负载电阻10Ω。采用宽脉冲触发方式。观测电网电压波形、触发脉冲波形、直流侧电压波形和负载电流波形。

2）使用Matlab仿真软件实现三相桥式全控整流电路仿真模型，构建三相全桥PWM逆变电路。直流侧使用400V直流电压源。调制波信号为50Hz正弦波信号。载波信号为1080kHz双极性三角波。

3）将1）、2）构建的仿真模型相组合，实现交-直-交变频电路仿真模型。其中触发延时角设为60度，调制波信号为250Hz正弦波信号。载波信号为10kHz双极性三角波。调制比设为0.9。负载使用5mH+5Ω阻感性负载。观测交流侧A相电网电压波形、相控整流触发脉冲波形、直流电压波形、输出电压给定波形、负载电压波形及电流输出波形。1.3 MATLAB的原理应用及SIMULINK仿真

MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。

本次实验采用MATLAB软件中的SIMULINK平台进行电路设计，并进行仿真。在开环控制时，改变电压，可以实现整流输出电压在不同触发角时波形有着明显的区别，都是对称六脉波。在闭环控制时，其触发角主要由电压反馈电路，电流反馈电路进行调节，在示波器时基因数足够大的观察前提下，调节调压器，使该实验输出稳定的六脉波波形。

第二章 主电路设计及仿真

2.1 设计方案的论证

交交变频电路是把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路。交交变频电路是一种直接变频电路。

和交直交变频电路比较，优点是只用一次变流，效率较高。可方便地实现四象限工作。低频输出波形接近正弦波。

缺点是接线复杂，如采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管。受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低；输入功率因数较低输入电流谐波含量大，频谱复杂。交交变频电路主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低转速的交流调速电路中。2.2 主电路结构框图与说明

主电路系统框图如图2.2.1所示。

三相交流电源380V/50Hz整流电路滤波电路三相逆变电路合成电路三相交流负载电压与相位采集电路同步六脉冲触发电路SPWM脉冲触发电路 图2.2.1 主电路系统框图

整流电路：用来把三相交流电整流成直流电。

滤波电路：用来把整流后的脉动的直流通过储能元件，变为较为平滑的的直流。

逆变电路：用来把直流电逆变为交流电。最常见的是用6个逆变模块组件组成三相桥式逆变电路。

2.3 电路类型选择依据

整流电路：是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。

滤波电路：用来把整流后的脉动的直流通过储能元件，变为较为平滑的的直流。，逆变电路：用来把直流电逆变为交流电。2.4 整流电路的工作原理及设计

2.4.1 整流电路的基本工作原理

整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波

器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。2.4.2 整流元件的选择

晶闸管额定电压：=(2~3)，晶闸管的额定电流:=(1~1.5)K

2.4.3 整流电路的设计与仿真

三相桥式整流电路图如图2.4.1所示。

图2.4.1 三相桥式整流电路图

三相桥式整流电路仿真图如图2.4.2所示。

图2.4.2 三相桥式整流电路仿真图

2.5 逆变电路的工作原理及设计

2.5.1 逆变电路的基本工作原理

逆变电路是把直流电能转换为交流电能的电路。当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。2.5.2 SPWM波的产生设计

SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。前面提到的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。2.5.3逆变电路的设计与仿真

逆变电路图如图2.5.1所示。

图2.5.1逆变电路图

逆变电路仿真电压波形图如图2.5.2所示。

图2.5.2逆变电路仿真电压波形图

逆变电路仿真电流波形图如图2.5.3所示。

图2.5.3逆变电路仿真电流波形图

第三章 驱动保护电路的设计

3.1 IGBT 驱动电路

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。

IGBT驱动电路是驱动IGBT模块以能让其正常工作，并同时对其进行保护的电路。3.2 触发电路选择与设计

触发电路常用的国产单结晶体管的型号主要有BT31、BT33、BT35。单结晶体管在一定条件下具有负阻特性，即当发射极电流I增加时，发射极电压Ve反而减小。利用单结晶体管的负阻特性和RC充放电电路，可制作脉冲振荡器。

图3.2.1为单结晶体管触发电路，电路较简单，温度性能比较好，有一定的抗干扰能力，脉冲前沿陡，输出功率较小，脉冲宽度较窄，只能承受调节RP无法加入其它信号，移相范围≤180°，一般为150°此电路可以用在单相可控硅整流电路要求不高的场合，能触发50A以下的晶闸管。

图3.2.1 单结晶体管触发电路

第四章 台灯调光电路的设计

4.1台灯调光电路的基本工作原理

接通电源前，电容C上的电压为0。接通电源后，电容经由R4、RP（R5）充电，电容的电压V逐渐升高。当到达峰值电压时，e-b1间导通，电容上电压经e-b1向电阻R3放电。当电容上的电压降到谷底电压时，单结晶体管恢复阻断状态。随后，电容又重新充电，重复上述过程，结果在电容上形成锯齿状电压，在R3上则形成脉冲电压。此脉冲电压作为可控硅VT的触发信号。调节RP（R5）的阻值，可改变触发脉冲的相位，控制晶闸管VT的导通角，便改变了灯泡的亮度。4.2焊接与调试

正面实物图如图4.2.1所示。

图4.2.1正面实物图

背面实物图如图4.2.2所示。

图4.2.2 背面实物图

第五章 综合设计与仿真

5.1 整体电路设计模型

交直交变频电路图如图2.5.1所示。

图2.5.1 交直交变频电路仿真图

5.2 运行仿真并检验是否满足性能指标的要求

交直交变频电路电压仿真图如图2.5.2所示。

图2.5.2 交直交变频电路电压仿真图

交直交变频电路电流仿真图如图2.5.3所示。

图2.5.3交直交变频电路电流仿真图

第六章 心得体会

这次的电力电子课程设计让我学到了很多。从一开始的理论课就让我对这个课题产生了浓厚的兴趣，刚开始感觉有点复杂，经过老师耐心的讲解之后，慢慢的懂得了其原理。在这次电子课程设计中，学会了Matlab软件的使用，虽然是刚开始元器件都是英文版的，但是经过反复的练习后，已经能够熟练掌握基本的用法，会搭建电路了。要将这么多的元器件全部焊在电路板上，可以先布线以及元器件的合理摆放的位置。在进行焊接时，还要按照布线图去焊接，这样就不容易出错。在经过好几周努力后，焊接完成，感觉到了成就感，毕竟这是自己亲手焊接完成的，这样的机会也是难得的。决心要把这个课题顺利的完成。通过这次的学习，将理论与实际联系到了一起，在元器件的选取方面，要考虑到很多方面的因素，也认识到自己还有太多的不足。

参考文献

[1]王兆安,刘进军．电力电子技术.第5版.机械工业出版社,2009.[2]童诗白.模拟电子技术基础.4版.北京：高等教育出版社，2006.[3]龙志文.电力电子技术.机械工业出版社，2013.[4]马建国等.电子设计自动化技术基础.清华大学出版社，2004.[5]王维平.现代电力电子技术及应用.东南大学出版社，1999.[6]张崇巍，张兴.PWM整流器及其控制.北京：机械工业出版社，2003.[7]党宏社.电路、电子技术试验与电子实训.华中科技大学.电子工业出版社.2008.[8]何希才、毛德柱编著.新型半导体器件及其应用实例.北京:电子工业出版社 [9]杨帮文编.新型集成器件实用电路.北京:电子工业出版社 [10]黄继昌主编.电子元器件应用手册.北京:人民邮电出版社

[11]曲学基，王增福，曲敬铠编著.稳定电源电路设计手册.北京:电子工业出版社

第四篇：电力电子课程设计报告范文

课题名称

电力电子课程设计报告

学校：哈尔滨理工大学 荣成 院系：电气信息系 专业班级： 学号： 姓名：

指导教师 ：

2010年 月

日 ：采用自关断器件的单相交流调压电路研究

哈尔滨理工大学荣成电力电子技术课程设计报告

目录

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

简述...........................................1。.2指标内容及要求...........................................1。.3主电路原理及设计...........................................第二章：实验内容........................................2

第三章：实验系统组成及工作原理..........................3

第四章：实验设备和仪器..................................4

第五章：实验方法........................................4

第六章：思考及心得体会..................................6

第一章

引言

一

简述

电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的换和控制的科学，是20世纪50年代诞生，70年代迅速发展起来的一门多学科互相渗透的综合性技术学科。这些技术包括以节约能源、提高照明质量为目的的绿色照明技术；以节约能源、提高运行可靠性并更好地满足产要求为目的的交流变频调速技术，以提高电力系统运行的稳定性、可控制性为目的，并可有效节能的灵括（柔性）交流输电技术等等。随着电力半导体制造技求、徽电子技术、汁算机技术，以及控制理论的不断进步．电力电子技求向着大功率、高频化及智能化方向发展，应用的领域将更加广阔。二

指标 内容及要求 见第二章

三

主电路的原理及设计 1 交流调压电路

如果在交流电源和负载之间之间用两个晶间管反并联后串联到交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流电力。这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。在每半个周波内通过对晶间管开通相位的控制，以方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。这种电路还用干对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联，这都是十分不经济的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。但这种交流调压电路控制方便，体积小、投资省计制造简单。因此广泛应用于需调温的工频加热、灯光调节及风机、泵类负载的异步电机调速等场合。

图3．2所示的就是一种采用晶闸管为主开关元件的单相交流调压电路图，这种交流调压电路的主电路仅由一对反并联的晶闸管或一只双向晶闸管构成。2 交流调压电路控制方式

交流调压电路的控制方式有三种：①整周波通断控制；②相位控制：②斩波控制。在 整周波通断控制方式中．晶闸管是作为交流开关使用的，它把负载与电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变通断比来改变负载k的电压有效值。相位控制时，在电源电压 上、下半波的某一相位分别导通VI、VZ晶闸管，改变控制角即可改变负载接通电压的时 间，从而达到调压的目的。斩波控制方式时，晶闸管要带有强迫关断电路或采用IGBT等 可自关断器件，在每个电压周波中，开关元件多次通断，使电压斩波成多个脉冲，改变导 通比即可实现调压。三种控制方式的输出电压波形如图3．l所示、相位控制交流调压又称 相控调压，是交流调压中的基本控制方式，应用最广。

交流调压电路的输出仍是同频率的交流电，原则上可应用于一切需要调压的交流负载，也可通过变压器再调压。交流调压器是通过改变电压波形来实现调压的，因此输出的电压波形不再是完整的正弦波，谐波分量较大。

本实验就是对自关断器件的单相交流调压电路进行研究，目的是是同学们熟悉采用自管段器件的单相交流调压电路的工作原理、特点、波形分析与适用场合，熟悉PWM专用集成电路的组成、功能、工作原理与使用方法，同学们四人一组，分工合作，增加同学们的团

队意识。

第二章

1.PWM专用集成电路性能测试

2.控制电路相序与驱动波形测试

3.带与不带电感时负载与MOS管两端电压波形测试

4.在不同占空比条件下，负载端电压、负载端谐波与输入电流的位移因数测试。

第三章

实验系统组成及工作原理

随着自关断器件的迅速发展，采用晶闸管遗相控制的交流调压设备，已逐步采用自关断器件（GTR、MOSFET、IGBT等）的交流调压斩波所代替，与移相控制相比，斩波调压具有下列优点：

1）谐波幅值小，且最低次谐波频率高，故可采用小容量滤波元件；

2）功率因数高，经滤波后，功率因数接近为1.3）对其他用电设备的干扰小。因此，斩波调压是一种很有发展前途的调压方法，可用于马达调速、调温、调光等设备。本实验系统以调光为例，进行斩波调压研究。

斩波调压的主回路由MOSFET及反并联的二极管组成双向全控电子斩波开关。当MOS管分别由脉宽调制信号控制其通断时，则负载电阻Rl上的电压波形如图5-9b所示（输出端不带滤波环节时），显然，负载上的电压有效值随脉宽信号的占空比而变，当输出环节由滤波环节时的负载端电压波形如图5-9C所示。

脉宽调制信号有专用集成芯片SG3525产生，有关SG3525的内部结构、功能、工作原理与使用方法等可参阅双闭环可逆直流脉宽调速系统实验。控制系统中有变压器T、比较器和或非门等组成同步控制电路以确保交流电源的2端为正时，MOS管VT1导通；而当交流电源的1端为正时，MOS管VT2导通。

第四章

实验设备和仪器

1.NMCL-K1实验挂箱

2.万用表（自备）

3.双踪示波器（自备）

第五章

实验方法

1.SG3525性能测试

先按下开关s1.(1)输出最大与最小占空比测量。PWM波形发生器的“1”和地。

2.控制电路相序与驱动波形测试

将“PWM”波形发生器的1端与暂控式交流调压电路的14端相连。将电位器RP左旋到底，用双踪示波器观察并记录下列各点波形：

（1）控制电路11、12与地间波形，应仔细测量该波形是否对称互补；

（2）控制电路的13、15与地端间波形；

（3）主电路的4与5及6与5端间波形；

3.不带电感时负载与MOS管两端电压波形测试

将主电路的3与4短接，将UPW的电位器RP右旋到大致中间的位置，测试并记录负载与MOS管两端电压波形

4.带电感时负载与MOS管两端电压波形测试

将主电路的3与4不短接，将UPW的电位器RP右旋到大致中间位置，测试并记录负载与MOS管两端电压波形

5.不同占空比D时的负载端电压测试

实验中，将电位器RP从左至右旋转4-5个位置，分别观察并记录SG3525的输出端2端脉冲的占空比、负载端电压大小与波形

6.不同占空比D时的负载端谐波大小的测试

分别观察并记录RP左旋与右旋到底时的负载端波形，从而判断出占空比D大小对负载端谐波大小的影响。

7.输入电流的位移因数测试

（1）将主电路的3、4两端用导线端接，及不接入电感

（2）在不同占空比条件下，用双踪示波器同时观察并记录有2与1端和2与6端间波形。

第六章

思考题

1当主电路接纯电阻负载（即将电感短路）时，可见负载电压波形存在死区，其产生的原因是什么？

答：PWM的上下桥臂的三极管是不能同时导通的。如果同时导通就会是电源两端短路。所以，两路触发信号要在一段时间内都是使三极管断开的。因此电压波形存在死区！

2.当主电路接电感性负载时，在电压的过零点会出现一尖峰脉冲，其幅值随占空比的增大而增大。试分析其产生的原因以及控制方法。

答：根据占空比越大电网的通断时间越长，冲击电流越大谐波分量越大，脉冲越强。

谐波电流对电网危害甚大，必须加以抑制。抑制和消除谐波有两种基本途径，一种是改进电力电子装置，减少注入电网的谐波，另一种是在电力电子装置的侧并联LC无源滤波器，为谐波电流提供频域谐波补偿，或者用电力有源滤波器进行时域谐波补偿。下面就介绍相应的谐波抑制对策：波形叠加法，LC无源滤波器，增加整流相数法，静止无功补偿法，有源电力滤波器补偿法。

心得体会

1．态度 性格决定命运，气度影响格局，态度决定高度，细节决定成败。对于参加课程设计的队员，估计感受颇深。只有我们有丰富的经验，丰富的知识，才能百分百的在到场上赢得胜利。从培训到竞赛是一个漫长的过程，期间心态很重要，会遇到很多问题：训练师不懂的知识，软硬将调不出来，队员之间的矛盾，外界的压力等。其中，最重要的是处理好队员之间的矛盾和心态:不懂的知识可以去学习；波形调不出来，只要有耐心，认真分析就能找出原因；阻碍我们法杖的往往是自己的心胸，心胸开阔，善于接受意见和容忍别人的错误，才能在培训中和设计中有所收获。

2.积累课程设计要求较强的动手能力，讲理论转换为实际的操作时竞赛的必备条件。做课题时要合理分工，发挥各自的特长，严格按要求完成任务。学会看电路图，我们找到很多的资料是电路分析的，就得自己看资料学习。尤其是做原理分析的，资料很多而且较复杂，资料以基本原理居多，可以借助一些综合知识。

3.交流 包括和本组队员之间，其他组之间，指导教师之间以及同爱好者之间。这里着重讲教师及爱好者。教师有着丰富的理论知识和经验，可以为

我们提供丰富的资料；网络上更有丰富的资源，要做的东西网上均能找到相关内容，这也是一个学习的过程，特别是在一些论坛里有着丰富的资源。

最后，向全体参与电力电子课程设计培训的老师说一声：您辛苦了！，感谢你们

对我们的大力支持与帮助。

第五篇：电力电子课程设计报告书

课程设计说明书

课程名称： 电力电子技术课程设计 设计题目： 开关恒流电源设计 专

业： 电气工程及其自动化班级：电自1103班 学生姓名: 学生填写 学

号:(10位数)指导教师: 学生填写 年 月 日

1.引言

电力电子技术课程设计是电气、电子、机电及其相关专业教学中的一个重要组成部分。通过电力电子技术课程设计的训练，可以全面调动学生的主观能动性，融会贯通其所学的电路、电子技术、自动控制和电力电子技术等课程基本原理和基本分析方法，进一步把书本知识与工程实际需要相结合，实现知识向技能的转化。

在电路设计过程中，为了检验所设计的电路性能，必须搭建实际电路，以实验方式检验和联调电路，整体设计过程不仅研制时间长、而且人为因素较大，其设计质量取决于设计者准备工作是否充分，也取决于设计者的经验、技能、信心和耐心。了解、掌握和考核相关应用技术重点和难点就是学习和应用一些工程设计方法和技能，包括了以下几个方面：

（1）技术文献的应用，利用图书、论文和网络资源查找相关和相近的信息，整理和索取所需的资料和参数。

（2）至少掌握一种电路设计辅助软件，本课程设计只要求掌握altium desinger或protel99se，以及相类似电路设计辅助软件。

（3）掌握和使用PCB制板、电路制作工艺，本课程设计对PCB制板和电路制作工艺要求较高，也是课程设计是否成功和达标的关键。

（4）掌握基本测试仪器使用技能，本课程设计要求掌握的仪器有万用表、示波器等。

（5）掌握构建实验和测试条件的方法，课程设计当中往住是分步骤和分测试模块进行的，因此分布构建各步骤和测试模块，成为实验和测试的关键。

（6）掌握一种软件辅助设计软件，如multisim、proteus、matlab或saber等。

2.设计任务

（1）Buck Chopper开关电源设计，要求正确选择控制方案，查阅参考资料。（2）绘制电气控制原理图，包括主电路图，正确选择或设计元器件，订列元器件目录清单；

（3）设计部分工艺图纸（电气控制图，电器元件布置图，安装接线图）；（4）编制完整的设计说明书。

3.设计要求

设计并制作如图1所示开关稳压电源。

开关稳压电源IINIOUIN隔离U1=220VAC变压器U2=18VAC整流滤波DC-DC变换器UORL

图1

Buck Chopper电源电路的原理分析，定量计算，学习和运用有关的辅助设计工具，进行相关的设计、制作、调试和测试。4.Buck Chopper电源电路设计

（1）Buck Chopper电源电路原理分析，定量计算。（2）具体设计要求

 输入：交流90~130Vac。

 输出：电源恒流350mA，工作电压范围40~60V。 开关电源的工作频率为20kHz左右。

 采用脉冲宽度调制控制集成电路HV9910。

5.Buck Chopper工作原理

原理如图2和图3所示。

图2

图3（1）导通状态

IONUUOULt1It1LL

（2）截止状态

UUIOFFLt2Ot2LL

（3）输入输出关系

IONIOFFUOUIt1t1t2

ε称为占空比

6．HV9910介绍

HV9910 是 PWM 高效率LED驱动IC。它允许电压从 8VDC 一直到 450VDC而对HB LED有效控制。HV9910通过一个可升至 300 KHz的频率来控制外部的 MOSFET，该频率可用一个电阻调整。LED串是受到恒定电流的控制而不是电压, 如此可提供持续稳定的光输出和提高可靠度。输出电流调整范围可从MA级到1.0A。

HV9910 使用了一种高压隔离连接工艺，可经受高达 450V的浪涌输入电压的冲击。对一个LED串的输出电流能被编程设定在0和他的最大值之间的任何值，它由输入到HV9910的线性调光器的外部控制电压所控制。另外，HV9910也提供一个低频的PWM调光功能，能接受一个外部达几KHz的控制信号在0-100％的占空比下进行调光。

器件极限参数

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

封装信息 典型应用及工作原理

AC/DC 交流输入应用

HV9910 是一个低成本的可降压, 升压, 升降压的控制芯片特别适合设计驱动多串LED或LED阵列.该芯片既适用于全球通用的AC交流输入, 也适用于8－450V的直流输入.交流输入时, 为提高功率因素, 通过由EN 61000-3-2 Class C所规定的照明设备的交流谐波的限制,在输入功率小于25W, 可很容易的在线路中加入无源功率因素校正电路得以实现.HV9910可驱动上百个高亮度的LED串联或数串高亮度的LED, 这些LED能被设计成一串或串并联结合的方式, HV9910通过调节恒流值可确保LED亮度和光谱并延长寿命.HV9910的特色是使能脚PWM_D可采用脉宽调制(PWM)的方法调节LED亮度, 同时兼作使能端，该端悬空时芯片无输出控制。HV9910也可通过LD端线性调压的方式连续调节LED的输出电流从而控制亮度(也叫线性调光).HV9910内部包含了一个高压线性电源,它向内部所有线路提供能量,也可以提供给外部低压电路.LED 驱动控制

HV9910可控制包括隔离/非隔离, 连续/非连续等类所有的转换器.当GATE端输出高电平驱动外部的功率MOSFET时, LED驱动器将储存到电感或变压器原边电感的输入能量,依赖不同的转换器类型,可能储能和将部分能量直接传LED串，当功率MOSFET关断时, 储存在磁性元件上的能量转换为LED串的驱动电流.(工作在Flyback 模式).当 VDD电压大于UVLO时，GATE端可以输出高电平.此时输出电流通过限制外部功率MOSFET的峰值电流的方式工作.外部电流采样电阻与功率MOSFET的源 极 串 联 , 此采样电阻的电压反馈到HV9910的CS pin脚, 当CS pin脚的电压超过峰值电流的设 定的阈值电压时, GATE的驱动信号结束, 功率管关断.此峰值电流比较仪的阈值电压 在内部设定值为 250mV, 亦可通过LD pin在外部设定.当需要软启动时, 在LD pin连接一个电容,从而允许电压按期望的的速率上升, 因此,确保LED的输出电流是逐渐上升的.很明显,一个简单的无源功率因素校正电路, 由 3 二极管和 2 电容组成,应用线路显示如图1.供电电流

HV9910 需 要 1mA 的启动电流.如框图所示, 此电流由 HV9910的内部产生,无需象其它的电路中需加一个大的启动电阻.此外,在 HV9910的应用中,它能用内部的线性电源连续的向内部的所有线路提供7.5V的电压.设定输出电流

如图1, 选择降压拓扑时, LED中的平均电流是 CS 的峰值电压的一个好的表现.然而,运用这种电流采样方法,有一个相关连的误差需要被计算进去

.此误差的提出是因为电感中的平均电流和峰值电流是不同的.例如电感纹波电流的峰峰值是150mA,要得到500mA的LED电流, 该采样电阻应为 : 250mV/(500mA+ 0.5*150mA)= 0.43Ω.调光

有两种方式可以实现调光,取决不同的应用,可以单独调节也可组合调节.LED 的输出电流能被控制, 也能被线性调节改变, 或通过控制电流的开关来维持电流的不变.第二种调光方式(叫PWM 调光)通过改变输出电流的占空比来控制LED的亮度.线性调光通过调节LD pin脚电压从0到250mV而实现，该控制电压优先于内部CS pin设定值250mV , 从而可输出电流实现编程.例如, 在 VDD和地之间接一个分压器,设定CS pin 的控制电压.当分压器设定的控制电压超过250mV将不会改变输出电流.如希望更大的输出电流, 可以选择一个更小的采样电阻.PWM 调光通过外部PWM信号加在PWM_D pin 端而实现.该PWM 信号可由微控制器或由脉冲发生器按希望的LED的亮度以一定的占空比来实现.在此PWM 方式下, 以该信号的有效和失效转换来调节LED的电流.在此模式,LED的电流处在这两种状态之一: 零或由采样电阻设定的正常电流.它不可能用这个方法去达到比HV9910用采样电阻设定的水平更高的平均亮度.HV9910 用 这 种 PWM控制方法,这灯的输出只能在零到100%之间调整.此PWM调光方法的精度仅仅取决于GATE的最小脉宽的限制, 即此频率的占空比的百分比.这里有一些由应用线路图1,给出的典型的波形阐明PWM 调光方法如下.CH1是指MOSFET的漏极电压, CH2是给PWM_D脚的PWM 信号和CH4是LED灯串的电流.工作频率设定

振荡器的工作频率能被用一个外部电阻ROSC在25kHz到300 kHz之间设定: FOSC =25000/(ROSC [kΩ] + 22)[kHz] 功率因数校正LED驱动器的输入功率不超过25W时, 为了通过标准EN61000-3-2 Class C 的AC谐波的限制, 如 HV9910 的应用线路图1, 可以加一个简单的被动功率因数校正电路.这个典型的应用电路线图表示怎样加这个线路而不影响电路的其它部分.一个由3个二极管和 2个电容器的简单电路被加在ac整流输入的后面去改善输入电流的谐波失真和达到功率因数大于 0.85.电感设计

提及典型的应用电路 ,可以从电感中计算得到希望的 LED波纹电流的峰峰值.但在典 型的应用,这样的波纹电流被选取为正常的LED电流的30%.在这个例子中正常电流ILED是350mA.下一步是得出

LED灯串上的总电压降.例如, 当灯串由10高亮度 的LED组成每个二极管在它的额定电流的正向压降为3.0V;则LED串的总电压VLEDS是30V.可以知道正常的整流后的输入电流Vin=120V*1.41=169V,由此可以决定开关的占空比：D=VLED/VIN=30/169=0.177.然后，给出开关频率，fOSC =50KHz,这样需要计算功率管MOSFET的导通时间：TON=D/FOSC =3.5微秒由此这些必需的值，可以计算出电感: L=(VIN-VLEDS)*TCN/(0.3*ILED)= 4.6 mH

输入大电容

输入滤波电容应该设计在能保持整个AC线电压周期被整流后的电压高于LED串电压的两倍。假定15%的相关电压的纹波穿过电容器，一个简单的公式能给出此输入大电容器的最小值：CMIN=ILED*VLEDS*0.06/VIN^2

CMIN=22UF,这里选用22UF/250V.在被动的PFC电路中需要在输入端使用两个容值为计算出的CMIN的电容串联。这两个电容中的每一个应为输入电压的1/2和容量的两倍

使能控制

HV9910能被关断当PWM_D pin连接到地，此时，HV9910所消耗的静态电流小于1mA 7.参数设计

电容的参数：

C1=22UF C2=0.01UF

C3=0.1F

电感的参数： L1=3.3mH 电阻的参数:

R11=100K Ω

R2=0.62 Ω R13=15K Ω R14=15K Ω

8.原理图设计

9.PCB设计

10.波形测试

11.总结

（要求：说明你通过这几天学习和实践学到什么基本技能，另外说明你对这此课程设计真实感言）

×××××××××（小4号宋体，20磅行距）×××××××××××××××××××××××××

注：1．正文中表格与插图的字体一律用5号宋体；

2．正文各页的格式请以此页为标准复制。