第一篇：电力电子技术调光台灯的设计报告
目录
调光台灯的设计........................................2 1.设计目的...........................................2 2.调光灯电路.........................................3 3.元器件选择.........................................3 4.元器件认识.........................................4 4.1 单向晶闸管......................................4 4.1.1 单向晶闸管的工作特点：......................4 4.1.2 单向晶闸管的主要参数........................4 4.1.3 单向晶闸管简易检测..........................5 4.1.4触发电路...................................6 5 电路仿真............................................9 6 总结：..............................................9
调光台灯的设计
1.设计目的
电力电子技术是研究应用电力半导体开关器件实现电能的变换及控制的一门技术，又称为功率电子技术。它有4种电能转换方式：AC→DC，DC→AC，AC→AC，CD→DC。电力电子技术的创新已成为世界各国工业自动化控制和机电一体化领域竞争最激烈的阵地，各发达国家均在这一领域投入了大量的人力、物力和财力进行研发。电力电子技术的作用及发展：
(1)优化电能使用。
(2)改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。
(3)电力电子技术高频化和变频技术的发展，将使机电设备突破 工频传统，向高频化方向发展。
(4)电力电子智能化的进展，在一定程度上将信息处理与功率处理合一，使微电子技术与电力电子技术一体化，其发展有可能引起电子技术的重大改革。2.调光灯电路
各组成部分作用如下：
• 整流电路——将交流电变成单方向的脉动直流电。• 触发电路——给晶闸管提供可控的触发脉冲信号。
• 晶闸管——根据触发信号出现的时刻（即触发延迟角α的大 小），实现可控导通，改变触发信号到来的时刻，就可改变灯泡两端交流电压的大小，从而控制灯泡的亮度。
3.元器件选择
表1 调光台灯电路元件明细表 序号123分类VD1～VD4VUVTR1、R3R2名称整流二极管单结晶体管晶闸管电阻器电阻器电阻器灯泡电容器带开关电位器型号规格IN4007BT333CT151100Ω470Ω1kΩ220V、25W0.1μF100kΩ实验板（万能板）、导线数量41121111145678R4HLCRP其他
4.元器件认识
4.1 单向晶闸管
4.1.1 单向晶闸管的工作特点：
1）单向晶闸管的导通条件是阳极与阴极间加正向电压，同时在门极与阴极间也加上正向电压。
2）晶闸管一旦导通后，门极即失去控制作用。要使导通后的晶闸管关断，可将阳极电压降低到一定程度或改变阳极电压的极性。3）晶闸管具有以弱电控制强电的作用，即利用弱电信号（即触发信号）对门极的控制作用，就可使晶闸管导通去控制强电系统 4.1.2 单向晶闸管的主要参数
（1）断态重复峰值电压UDRM ：结温为额定值时，门极断开，允许重复加在晶闸管A、K间的正向峰值电压。
（2）反向重复峰值电压URRM ： 结温为额定值时，门极断开，允许重复加在晶闸管A、K间的反向峰值电压。
（3）通态平均电流IT(AV)：在规定的环境温度和散热条件下，结温为额定值，允许通过的工频正弦半波电流的平均值。（4）通态平均电压UT(AV)：结温稳定，通过正弦半波额定的平均电流，晶闸管导通时，阳极A和阴极K间的电压平均值，习惯上称为导通时的管压降，一般为1V左右。
（5）维持电流IH ：在规定环境温度下，门极断开时，维持晶闸管继续导通所必需的最小电流。4.1.3 单向晶闸管简易检测
1）极性的判断
将万用表置于“R×1k”或“R×100”挡，如果测得其中两个电极的正向电阻较小，而交换表笔后测得反向电阻很大，那么以阻值较小的一次为准，黑表笔所接的就是门极G，而红表笔所接的就是阴极K，剩下的电极便是阳极。
2）质量的判断
将万用表置于“R×10”挡，黑表笔接阳极，红表笔接阴极，指针应接近∞，如图1所示。当合上S时，表针应指很小的阻值，约为60～200Ω，表明单向晶闸管能触发导通；断开S，表针回不到∞，表明晶闸管是正常的（有些晶闸管因为维持电流较大，万用表的电流不足以维持它导通，当S断开后，表针会回到∞，也是正常的）。如果在S未合上时，阻值很小，或者在S合上时表针也不动，表明晶闸管质量太差或已击穿、断极。
4.1.4触发电路
单结晶体管等效电路图
(1)单结晶体管的基本特性 A、B1间的电压为：
UARB1RB1RB2UBBUBB 式中，η称为分压比，其值一般在0.3～0.9之间。(2)单结晶体管的导通条件是：
UE﹥η UBB + UD(UD为PN结的正向压降)结论：只要改变UE的大小，就可以控制单结晶体管的导通与截至。从而获得从RB1输出的脉冲电压。(3)单结晶体管触发电路
工作原理：
电源接通后，通过可调电阻RP和电阻R3给电容C充电，当电容充电电压UE上升到大于ηUBB + UD时，单结晶体管导通，C迅速放电，在R2上形成一个很窄的正脉冲。此 图7-21 单结晶体管触发电路时电容C两端的电压几乎为零。第一个周期过后，由于UCC继续通过RP和R3给电容C充电，这样连续不断重复上述过程，从而获得晶闸管所需要的触发脉冲电压调光灯电路结构及工作过程
工作过程：
接通电源后，交流电经桥式整流后给单向晶闸管阳极提供正向电压，并经过R2、R3加在单结晶体管的基极上，同时经过电阻R1、RP和R4给电容器C充电，当C两端的电压大于单结晶体管的导通电压时，单结晶体管导通，给晶闸管提供一个触发脉冲信号，调节电位器RP，就可以改变单向晶闸管的触发延迟角α的大小，改变单结晶体管触发电路输出的触发脉冲的周期，从而即改变输出电压的大小，这样就可以改变灯泡的亮暗。5 电路仿真 总结：
这次设计我们完成了对于设计的基本要求，但由于对一些元器件的了解甚少，一些地方的连接方式是参照典型连接方式的，或许不是本设计最为理想的连接方式！为此，我认识到基础知识十分重要，往后的应进一步努力巩固和理解基础知识和基本原理。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
第二篇：亮度稳定的调光台灯
亮度稳定的调光台灯
该调光台灯不但灯光亮度可调，而且调整后的亮度不因电网电压波动而变化。
工作原理
电路如右图所示。由R2、RPl和C1组成的阻容移相电路决定可控硅的导通角。当C1两端电压经R2、RPl充电上升到双向触发管的导通电压时，双向可控硅VS被触发导通，当交流电过零时，双向可控硅自行关断，调节RPl可改变C1的充电时间，从而改变双向可控硅在交流电正、负半周时的导通角，以便得到需要的亮度。
图中R3、RP2及光敏电阻R4串联后和C1并联。在R3、RP2固定的情况下，分流的大小由光敏电阻R4的阻值来决定。当电网电压上升，灯光亮度增加；光敏电阻R4受到的照度增大，阻值减小，分流增大。C1两端电压上升变慢，可控硅导通角减小，灯光亮度下降；反之当电网电压下降；灯光变暗，光敏电阻R4受到照度减小，阻值增加，分流减小，C1两端电压上升加快，可控硅导通角增大，输出电压增加，灯光的亮度也相应增加，这样就自动地将输出电压稳定在需要数值，保证了灯光亮度不变。元器件选择与制作
双向可控硅VS可选3A／400V的。RPl为47KΩ带开关电位器。双向触发管可用日光灯启辉器氖泡代用。其它元件无特殊要求。
光敏电阻R4可安装在台灯的装饰品上，要求能受到台灯的光照。调试时，先将RP2调到最小值，并用纸挡住光线，使光敏电阻不受灯光照射，接通电源，调节RPl使灯光处于最亮。然后将纸拿开，如灯光稍有变化，说明此时RP2不需调节。如在R4受照后亮度不变则应调节RP2使灯光稍有下降即可。如R4受照后，亮度变化很大，则应增加R3的阻值，RP2经一次调整后不需再调。
第三篇：调光台灯电路设计
摘 要
为了节能和保护视力，市场上出现各种各样的调光台灯，也有很多的人研究更节能的调光方法。通过multisim10.0仿真，设计出一种调光台灯，通过控制单向晶闸管的导通角来改变灯泡的亮度。CD4017的输出接不同的电阻，高电平经过这些不同大小的电阻对电容进行充电，充电的快慢不一样，单向向晶闸管的触发脉冲移动，导通角发生变化，从而达到调光的目的。
关键词：
Multisim；调光；CD4017十进制计数译码器；单向晶闸管；单相桥式整流电路
调光台灯电路设计
目 录
一 设计任务........................................................3 1.1设计目的和意义...............................................3 1.1.1目的...................................................3 1.1.2意义...................................................3 1.2初始参数和要求...............................................3 1.2.1 初始参数...............................................3 1.2.2要求...................................................3 二 系统设计.........................................................4 2.1系统工作原理.................................................4 2.1.1CD4017工作原理..........................................4 2.1.2单向晶闸管.............................................6 2.1.3单相桥式整流电路.......................................7 2.1.4调光台灯电路原理.......................................8 2.2 器件选择....................................................9 2.3电路设计.....................................................9 2.4 电路仿真测试...............................................13 三 总结............................................................14 3.1结论........................................................14 3.2优点与不足..................................................14 3.3 心得与体会.................................................15 参考文献...........................................................15
调光台灯电路设计
一
设计任务
1.1设计目的和意义
1.1.1目的
1、熟悉和学会multisim的使用；
2、学会进行设计电路的方法；
3、通过查资料了解各种元件的功能、参数等；
4、了解调光电路的工作原理并进行设计；
5、以节能和保护视力为目的设计调光台灯电路。1.1.2意义
1、学会并熟练掌握multisim的使用；
2、培养创新的能力；
3、使台灯可以达到节能的目的；
4、学会应用已经学过的知识。
1.2初始参数和要求
1.2.1 初始参数
CD4017的输出端所接的电阻在10Ω-100Ω之间分散取，以达到多级的调光目的；电源选择220V 50Hz的交流电源；灯泡选用230V的，由于电源电压是220V，所以灯泡选择230V的可避免灯泡烧坏。触发电路的电阻阻值为100Ω，电容为47μF,起保护LED灯作用的电阻阻值为300Ω。
1.2.2要求
每次按动按钮开关，CD4017的10个输出就变换输出高电平“1”，并影响灯泡的亮度。
调光台灯电路设计
二 系统设计
2.1系统工作原理
2.1.1CD4017工作原理
CD4017是调光电路中实现调光功能的主要执行者，它控制着调光的级数和各级的亮度，其引脚图和方框图如图(1)和图（2）所示。
图（1）CD4017引脚图
调光台灯电路设计
图（2）CD4017方框图
数字电路CD4017是十进制计数／分频器，它的内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是Q0、Q1、Q2、„、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。
CD4017有10个输出端（Q0～Q9）和1个进位输出端～Q5-9。
每输入10个计数脉冲，～Q5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
CD4017有3个输（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1～Q9）均为低电平。CP0和～CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。
调光台灯电路设计
2.1.2单向晶闸管
单向晶闸管与CD4017组成调光电路的主体部分，CD4017控制晶闸管的触发电路，改变晶闸管的导通角。
晶体闸流管简称晶闸管，也称为硅可控元件，是由三个PN结构成的一种大功率半导体器件，多用于可控整流、逆变、调压等电路，也作为无触点开关。
图（3）晶闸管的结构
晶闸管的内部结构示意图如图（3）（a）所示，它有四层半导体材料组成，四层材料有P型半导体和N型半导体交替组成，分别为P1、N1、P2和N2，它们的接触面形成三个PN结，分别为J1、J2和J3，故晶体管也称为四层器件或PNPN器件。P1区的引出线为阳极A，N2区的引出线为阳极C，P2区的引出线为控制极G0。为了更好的理解晶闸管的工作原理。常将其N1和P2两个区域分解成两部分，使得P1-N1-P2构成一只PNP型管，N1-P2-N2构成一只NPN型管，如图（b）所示；用晶体管的符号表示，如图（c）所示；晶闸管的符号如图（d）所示。
晶闸管的工作原理：当晶闸管的阳极A和阴极C之间加上正向电压且控制极和阴极之间也加上正向电压时，如图（4）所示，J3处于导通状态。若T2管的基极电流为iB2，则其集电极电流为β2 iB2；T1管的基极电流iB1等于T2管的集电极电流β2
调光台灯电路设计
iB2，因而T1管的集电极电流iC1为β1β2 iB2；该电流又作为T2管的基极电流，再一次进行上述放大过程，形成正反馈。在很短的时间内，两只管子均进入饱和状态，使晶闸管完全导通，这个过程称为触发导通过程。晶闸管一旦导通，控制极就失去导通作用，管子依靠内部的正反馈始终维持导通状态。晶闸管导通后，阳极和阴极之间的电压一般为0.6-1.2V，电源电压几乎全部加载负载上；阳极电流iA因型号不同可达几十~几千安。
（a）
(b)
图（4）晶闸管的工作原理
（a）实际电路
（b）等效电路
2.1.3单相桥式整流电路
单相桥式整流电路在调光电路中的作用是为CD4017调光器提供电压。一般的家庭用电是220V的交流电，所以需要单相桥式整流电路变交流为直流，并且降压。
调光台灯电路设计
图（5）单相桥式整流电路的波形图
设变压器副边电压u2=√2·U2·sinωt，U2为其有效值。
当u2为正半周时，电流由A点流出，经D1、RL、D3流入B点，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压，即u0=u2，D2和D4管承受的反向电压为-u2.当u2为负半周时，电流由B点流出，经D2、RL、D4流入A点，负载电阻Rl上的电压等于-u2，即u0=-u2，D1、D3承受的反向电压为u2。
由于D1、D3和D2、D4两对二极管交替导通，致使负载电阻RL上在u2的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，输出电压u0=√2·U2·sinωt。上图所示为单相桥式整流电路各部分的电压和电流的波形。2.1.4调光台灯电路原理
调光台灯电路的主体组成由以上介绍的三部分构成。CD4017十进制计数译码器高电平“1”输出到不同大小的电阻，给电容充电，充电的快慢改变晶闸管的导通角，从而改变灯泡的亮度。220V的交流电通过单相桥式整流电路变成10V的直流，再经5V的稳压 8
调光台灯电路设计
管稳定在5V，接入到CD4017的VDD，为调光器供电。
2.2 器件选择
1、选择CD4017作为调光器，用CD4017十进制计数译码器集成电路制作的调光台灯，具有寿命长、安全、可靠性强和调光级数多并级数细的有点。它省掉了电位器，因而可以防止因电位器磨损而产生的台灯故障；
2、选择一个控制脉冲次数的开关，来控制CD4017的输出；
3、所有的二极管都选用1N4001。选择一个红色的LED灯作为变换亮度的指示灯；
4、单向晶闸管选用BT169；用双向晶闸管也可以，但是由于需要用单结晶体管BT32来触发双向晶闸管，而multisim元件库中没有BT32，所以用单向晶闸管和单向晶闸管触发电路；
5、稳压管用稳压值为5V的1N4689；
6、电源选用220V的交流电源； 7、5V1KHz的时钟信号发生器，来给CD4017输入脉冲信号。
2.3电路设计
1、单相桥式整流稳压电路
电源是220V的交流电源，变压器是10：220的电压器，将220V的电压变为10V，再经过整流管进行整流，整流后稳压二极管将电压稳定在5V。这样整个电路的电源供给设计完成。
调光台灯电路设计
图（6）单相桥式整流稳压电路设计
2、CD4017的工作电路
V2为一个脉冲发生器，它输出脉冲信号。CD4017有2个时钟脉冲输入端，设置2个时钟输入端，级联时比较方便。CLK1接脉冲信号输入，CLK2和R接地。当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，为控制高电平的输出，不让其一直连续依次输出高电平，所以加入一个碰触开关J1，按一下J1就发出一次脉冲。
图（7）CD4017工作电路
3、CD4017的输出电路
CD4017的十个输出端接不同阻值的电阻，按下J1后Q0输出高电平，电阻R2
调光台灯电路设计
接通，再次按下时，Q1输出高电平，电阻R3接通，依次类推，连续按动J1使高电平在Q0`~Q9之间依次输出。电阻前串联二极管来控制电流通过已导通的电阻为晶闸管触发电路的电容充电。
图（8）CD4017输出电路
4、单向晶闸管触发电路
电流整流过来之后的电压是一个个相连的向上拱的波形，当刚接电的时候C1是相当于导线，这时候要是Q9输出高电平的话，就可以触发单向晶闸管，这时候就是最亮的状态；当Q3输出高电平的时候，刚通电的瞬间C1还是相当于导线接地，这时候要慢慢充电，等到到了一定的电压的时候就触发单向晶闸管，这时候导通已经是从波
调光台灯电路设计
图（9）单向晶闸管触发电路 的上升的过程中开始，所以通过灯泡的有效值就减小了，灯泡就暗了！一旦导通单向晶闸管就短路了，电容就立即放电，为下一周期做准备！
5、电路的总体设计
图（10）调光台灯完整电路
将以上的各部分电路设计组合到一起就可以组成一个调光台灯的电路。交流电通过变压器变压整流，经过LED与稳压二极管稳压在5V左右，供给调光器。CD4017构成脉冲上升沿触发、Q0~Q9端依次的“1”电平的计数译码电路。当按钮J1接通时，CD4017相当于输入一正向脉冲，若设此时输出端Q4为“1”电平，其余都为低电平，则“1”电平通过二极管、R6向电容充电，通过单向晶闸管触发电路触发晶闸管，使灯泡得电。要调整亮度，可再按动按钮J1，此时输出端Q5为高电平，此高电平通过二极管、R7向电容充电，由于R7的值比R6小，充电电流较Q4为高电平是大些，电容充电快些，晶
调光台灯电路设计
闸管的导通角大一些，使得灯泡亮度亮一些。根据所设电阻，控制电容C2的充电电流，以达到改变晶闸管导通角的目的。在开关J1的控制下灯泡连续调光，当Q0~Q9依次为高电平时，灯泡连续由暗变亮。
2.4 电路仿真测试
图（11）CD4017组成电路仿真测试
1、按上图接好电路，连续按动开关J1，发光二极管LED2~LED11应依次点亮，表明CD4017的输出端Q0~Q9可依次输出高电平。从而测试出CD4017可以正常工作，此部分设计正确。
调光台灯电路设计
2、在电阻R13两端加上万用表，测出电压为5V，测试出单向桥式整流稳压电路工作正常，可以达到整流稳压的目的。
图（12）电源功能仿真测试
三 总结
3.1结论
调光台灯电路可以分为三个大的组成部分：CD4017十进制计数译码器控制高电平的输出部分，单相桥式整流稳压电路部分和单向晶闸管触发电路。这三部分共同完成了调光电路的调光功能。
3.2优点与不足
优点：
1、用CD4017十进制计数译码器集成电路制作的调光台灯，具有寿命长、安全、可靠性强和调光级数多并级数细的有点。它省掉了电位器，因而可以防止因电位器磨损而产生的台灯故障。
2、多级的调光更能使人调到最舒适的光，更适合多种环境。
调光台灯电路设计
不足：
在调光过程中，变光时会有轻微闪烁，对眼睛有些影响。
3.3 心得与体会
通过本次课程设计，使自己对multisim有了更多的了解，基本可以熟练使用multisim的基本功能。学会了初步的电子仿真设计。锻炼了自己的思考能力和创新能力。自己对电路的设计和看课本上的电路感觉完全不同，在设计过程中要考虑很多的因素，比如器件的选择要考虑到参数，还要看软件中的元件库中有没有此元件，还要通过查资料了解元件的结构和原理。在仿真过程中会有一些错误，所以需要分部分分析电路的错误，因此而学会了如何对电路进行分析测试的方法，并想办法加以改正。
参考文献
[1] 阎石 数字电子技术基础第五版[M] 高等教育出版社 2004年； [2] 华成英 童诗白 模拟电子技术第四版[M] 高等教育出版社 2006年。
第四篇：调光台灯程序
#include
sbit LED = P1 ^ 0;sbit ONOFF = P2 ^ 0;sbit ADD = P2 ^ 1;sbit DEC = P2 ^ 2;
unsigned int Brightness;bit MARK;
//库文件定义（定义单片机为8952系列）//台灯控制端口（LED）//开关键 //变亮键
//变暗键
//亮度值，值域0~255（全局变量）
//状态标志位（目前是开灯还是关灯状态）
/***************************************************************************** 延时程序：时间为1mS /*****************************************************************************/ void Delay1mS(unsigned int a){ //延时程序(ms)
unsigned char i;while(--a!= 0){
for(i = 0;i < 125;i++);
} } /**************************************************************************** 延时程序：驱动程序专用
/****************************************************************************/ void delay(unsigned char d){
// 延时功能函数--由d决定延时长度
unsigned char i;while(--d!= 0){
for(i = 0;i < 2;i++);} }
/**************************************************************************** 灯泡驱动程序：根据亮度值驱动灯泡
/****************************************************************************/ void drive(void){
unsigned char a;
} /**************************************************************************** 开灯判断：
/****************************************************************************/ void open(void){
// a = Brightness;LED = 0;delay(a);a = ~a;LED = 1;delay(a);a = ~a;
// a值取反 使a回到原值继续循环
//
// a控制延时长度
//取得亮度值数据 //点亮灯泡
// 延时长度随a而改变
// a值取反 决定灯灭时的占空比
if(ONOFF == 0){
}
//如果ONOFF为0则证明开关键按下 //等待20毫秒躲过按键不稳定的状态 //再看开关键是否被按下 //将标志位变成开灯状态 //等待按键放开 Delay1mS(20);
if(ONOFF == 0){
MARK = 1;
while(ONOFF == 0);}
} /**************************************************************************** 关灯判断：
/****************************************************************************/ void close(void){
//
} /**************************************************************************** 变亮判断：
/****************************************************************************/ void add(void){
// if(ADD == 0){
//如果ADD为0则证明变亮键按下
} Brightness++;if(Brightness > 254){ }
//亮度值加1
//如果亮度值大于最大值时 //则保持最大值状态 if(ONOFF == 0){ Delay1mS(20);
} if(ONOFF == 0){ MARK = 0;
}
//将标志位变成关灯状态
while(ONOFF == 0);
Brightness = 254;
} /**************************************************************************** 变暗判断：
/****************************************************************************/ void dec(void){
if(DEC == 0){
} Brightness--;if(Brightness < 1){ Brightness = 1;}
//
} /**************************************************************************** 初始化： /****************************************************************************/ void init(void){ LED
} ONOFF ADD DEC Brightness MARK =
1;
//
//灯泡和按键初始状态设置
= 1;= 1;= 1;= 130;= 0;
//初始化亮度值
//状态切换标志位
/**************************************************************************** 主循环体：
/****************************************************************************/ void main(void){
// 主函数 实现程序流程
init();
//调用初始化程序
while(1){
if(MARK == 0){
}
} open();
} if(MARK == 1){
} drive();close();add();dec();
//状态标志为关灯状态时 //等待开关键按下（开灯）//状态标志为开灯状态时
//驱动灯泡
//判断开关键按下（关灯）
//判断变亮键按下 //判断变暗键按下
第五篇：电力电子技术报告
电力电子技术调查报告电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。
电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。
电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。电力电子技术现阶段在各方面的应用都非常的广泛！
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源), 同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器, 将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合, 整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
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