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單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,天津工業(yè)大學電氣工程與自動化學院,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,電源技術,主講人：袁臣虎,,2013,年,7,月,26,日,電源技術主講人：袁臣虎,? 基礎題類,? 通訊類,? 儀器類,? 電力電子類,? 控制類,,電源類,電子設計競賽題目類型,? 基礎題類電源類電子設計競賽題目類型,電力電子技術,應用于電氣領域的電子技術,,,使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術強電（主電路）與弱電（控制電路）結合,1.,電力電子基礎知識,電力電子技術應用于電氣領域的電子技術,使用電力,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,電力電子器件,（,1,）按可控性分類,1,）不控型器件,大功率二極管,2,）半控型器件,SCR,3,）全控型器件,GTR,、,GTO,、,MOSFET,、,IGBT,（,2,）按驅(qū)動信號類型分類,1,）電流驅(qū)動型,SCR,、,GTR,2,）電壓驅(qū)動型,MOSFET,、,IGBT,1.,電力電子基礎知識,電力電子器件（1）按可控性分類1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,SCR,GTO,GTR,MOSFET,IGBT,1.,電力電子基礎知識,SCRGTOGTRMOSFETIGBT1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,AC-DC,1.,電力電子基礎知識,AC-DC1.電力電子基礎知識,DC-DC,1.,電力電子基礎知識,DC-DC1.電力電子基礎知識,AC-AC,1.,電力電子基礎知識,AC-AC1.電力電子基礎知識,電力電子技術的應用,動車組,1.,電力電子基礎知識,電力電子技術的應用動車組1.電力電子基礎知識,直流輸電,1.,電力電子基礎知識,直流輸電1.電力電子基礎知識,柔性交流輸電（,FACTS,）,1.,電力電子基礎知識,柔性交流輸電（FACTS）1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,計算機電源,1.,電力電子基礎知識,計算機電源1.電力電子基礎知識,計算機電源,1.,電力電子基礎知識,計算機電源1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,1.,電力電子基礎知識,1.電力電子基礎知識,相關學科,1.,電力電子基礎知識,相關學科1.電力電子基礎知識,電力電子技術廣泛地應用于工業(yè)、交通、,IT,、通信、國防以及家電等領域，目前全球,600,億美元的電力電子產(chǎn)品市場已經(jīng)形成，支撐著,5700,億美元的電器電子硬件產(chǎn)品。

據(jù)美國國家電力科學研究院分析，,2010,年，大約,80,％的電能將通過電力電子變流器來處理應用前景,1.,電力電子基礎知識,電力電子技術廣泛地應用于工業(yè)、交通、IT、通信,2.,電源基礎知識,電源,,電壓源,電流源,2.電源基礎知識電源電壓源電流源,①,電壓源特性,a.,理想電壓源特性,輸出電壓恒定，輸出電流由,外電路負載決定，輸出功率,可以無窮大但不允許短路，,違背了基爾霍夫電壓定律（,KVL),2.,電源基礎知識,①電壓源特性a.理想電壓源特性輸出電壓恒定，輸出電流由2.電,b.,實際電壓源特性,輸出電壓在一定輸出電流范圍內(nèi)恒定，輸出電流由外電路負載決定，輸出功率由輸出電壓和輸出電流乘積決定不允許短路，否則會燒壞！但是一般電壓源均有限流和短路保護電路2.,電源基礎知識,b.實際電壓源特性輸出電壓在一定輸出電流范圍內(nèi)恒定，輸出電流,2,）,.,電流源,a.,理想電流源特性,輸出電流恒定，輸出電壓由,外電路負載決定，輸出功率,可以無窮大但不允許開路，,違背了基爾霍夫電流定律（,KCL),2.,電源基礎知識,2）.電流源a.理想電流源特性輸出電流恒定，輸出電壓由2.電,b.,實際電流源特性,輸出電流在一定輸出電壓范圍內(nèi)恒定，輸出電壓由外電路負載決定，輸出功率由輸出電壓和輸出電流乘積決定。

不允許開路，否則會燒壞！但是一般電流源均有限壓和開路保護電路2.,電源基礎知識,b.實際電流源特性輸出電流在一定輸出電壓范圍內(nèi)恒定，輸出電壓,3,）,.,線性電源,優(yōu)點：無任何,EMI,輻射，輸出電壓紋波小，成本低缺點：體積大，重量大，效率低①,.,線性電源基本原理,2.,電源基礎知識,3）.線性電源優(yōu)點：無任何EMI輻射，輸出電壓紋波小，成本低,②.,電源性能指標參數(shù),a),穩(wěn)壓系數(shù),,定義為負載一定時，穩(wěn)壓電路輸出電壓相對變化量與其輸入,電壓相對變化量之比,S,r,表明電網(wǎng)電壓波動的影響，其值愈小，電網(wǎng)電壓變化時,輸出電壓的變化愈小2.,電源基礎知識,②.電源性能指標參數(shù)a) 穩(wěn)壓系數(shù) 定義為負載一定時，,c),電流調(diào)整率（負載調(diào)整率）,b),電壓調(diào)整率,,在額定負載且輸入電壓產(chǎn)生最大變化的條件下，輸出電壓產(chǎn)生的變化量△,Uo,，稱為電壓調(diào)整率在輸入電壓一定且負載電流產(chǎn)生最大變化的條件下，輸出電壓產(chǎn)生的變化量△,Uo,，稱為電流調(diào)整率，也稱為負載調(diào)整率d),電源效率,η,2.,電源基礎知識,c) 電流調(diào)整率（負載調(diào)整率）b) 電壓調(diào)整率,③.,穩(wěn)壓電路及其工作原理,T,為調(diào)整管,D,Z,,為穩(wěn)壓管,A,為線性放大器,串聯(lián)穩(wěn)壓電路,2.,電源基礎知識,③.穩(wěn)壓電路及其工作原理T 為調(diào)整管DZ 為穩(wěn)壓管A 為線性,2.,電源基礎知識,2.電源基礎知識,2.,電源基礎知識,2.電源基礎知識,T,為大功率調(diào)整管，工作于線性,放大狀態(tài),，輸入電壓和輸出電壓相差越大功耗越大，效率很低。

調(diào)整管極限參數(shù)的確定必須考慮輸入電壓由于電網(wǎng)波動而產(chǎn)生的變化，以及輸出電壓的調(diào)節(jié)和負載電流的變化所產(chǎn)生的影響④,.,線性電壓調(diào)節(jié)器,LM317,調(diào)壓器,I,ADJ,很小可以忽略不記2.,電源基礎知識,T 為大功率調(diào)整管，工作于線性放大狀態(tài)，輸入電壓,,線性穩(wěn)壓輸出模塊,(LM78XX),和,負電壓,輸出模塊,(LM79XX),要求輸入電壓和輸出電壓之間由電壓差，且輸出電流需要的電壓差越大，其典型值為,1-3V,，最大可達,35V,2.,電源基礎知識,線性穩(wěn)壓輸出模塊(LM78XX)和負電壓輸出模塊(L,4,）,.,開關電源,優(yōu)點：效率高、體積小、重量輕,缺點：,EMI,、成本高,,,,AC,DC,AC,DC,2.,電源基礎知識,4）.開關電源優(yōu)點：效率高、體積小、重量輕缺點：EMI、成本,（,1,）,.,開關電源電路分析方法,①,各功率開關管（三極管或二極管）換流時刻作為各開關模態(tài)的轉換時刻②,假設條件充分合理a.,開關管均為理想開關，導通壓降為零，關斷電阻為無窮大b.,大電容等效為恒壓源，大電感等效為恒流源2.,電源基礎知識,（1）.開關電源電路分析方法 ① 各功率開關管（三極管,（,2,）,.,開關電源基本電路拓撲,a.,降壓型,BUCK,變換器,,Q,、,D,為理想開關管,C,充分大，輸出電壓基本不變。

假設條件：,2.,電源基礎知識,（2）.開關電源基本電路拓撲a.降壓型BUCK變換器Q、D為,開關模態(tài),1,2.,電源基礎知識,開關模態(tài)12.電源基礎知識,開關模態(tài),2,根據(jù)伏秒積平衡原理，可推得,D=T,on,/T,占空比,2.,電源基礎知識,開關模態(tài)2根據(jù)伏秒積平衡原理，可推得D=Ton/T 占空比2,,電壓控制型,BUCK,變換器,,電壓控制,PWM,波形,2.,電源基礎知識,電壓控制型BUCK變換器電壓控制PWM波形2.電源基礎知識,,,電流控制型,BUCK,變換器,電流控制,PWM,波形,2.,電源基礎知識,電流控制型BUCK變換器電流控制PWM波形2.電源基礎知識,b.,升壓型,BOOST,變換器,,Q,、,D,為理想開關管,C,充分大，輸出電壓基本不變假設條件：,2.,電源基礎知識,b.升壓型BOOST變換器Q、D為理想開關管C充分大，輸出電,開關模態(tài),1,開關模態(tài),2,根據(jù)伏秒積平衡原理，可推得,2.,電源基礎知識,開關模態(tài)1開關模態(tài)2根據(jù)伏秒積平衡原理，可推得2.電源基礎知,c.,推挽型,DC/DC,變換器,,推挽型,DC/DC,變換器,,2.,電源基礎知識,c.推挽型DC/DC變換器推挽型DC/DC變換器 2.電源基,,,,模態(tài),1,,模態(tài),2,,模態(tài),3,,2.,電源基礎知識,模態(tài)1 模態(tài)2 模態(tài)3 2.電源基礎知識,驅(qū)動脈沖,2.,電源基礎知識,驅(qū)動脈沖2.電源基礎知識,d.,半橋型,DC/DC,變換器,,半橋型,DC/DC,變換器,,2.,電源基礎知識,d.半橋型DC/DC變換器半橋型DC/DC變換器 2.電源基,,,,模態(tài),1,,模態(tài),2,,模態(tài),3,,2.,電源基礎知識,模態(tài)1 模態(tài)2 模態(tài)3 2.電源基礎知識,驅(qū)動脈沖,2.,電源基礎知識,驅(qū)動脈沖2.電源基礎知識,e.,全橋型,DC/DC,變換器,,全橋型,DC/DC,變換器,,2.,電源基礎知識,e.全橋型DC/DC變換器全橋型DC/DC變換器 2.電源基,,模態(tài),1,,,模態(tài),2,,,模態(tài),3,,2.,電源基礎知識,模態(tài)1 模態(tài)2 模態(tài)3 2.電源基礎知識,驅(qū)動脈沖,2.,電源基礎知識,驅(qū)動脈沖2.電源基礎知識,,e.,反激式,DC/DC,變換器,反激式,DC/DC,變換器,,2.,電源基礎知識,e.反激式DC/DC變換器反激式DC/DC變換器 2.電源基,模態(tài),1,,模態(tài),2,,驅(qū)動脈沖,,2.,電源基礎知識,模態(tài)1 模態(tài)2 驅(qū)動脈沖 2.電源基礎知識,（,3,）,.,開關電源控制芯片,電壓控制芯片,SG3525,2.,電源基礎知識,（3）.開關電源控制芯片電壓控制芯片SG35252.電源,2.,電源基礎知識,2.電源基礎知識,電流控制芯片,UC3842/3,2.,電源基礎知識,電流控制芯片UC3842/32.電源基礎知識,設計出有一定輸出電壓范圍和功能的數(shù)控電源。

其原理示意圖如下：,1994,簡易數(shù)控直流電源,一、設計任務,,3.,歷年競賽題目分析,設計出有一定輸出電壓范圍和功能的數(shù)控電源1994簡易,二、設計要求,1,．基本要求 ?。?1,）輸出電壓：范圍,0,～＋,9.9V,，步進,0.1V,，紋波不,大于,10mV,；?。?2,）輸出電流：,500mA,； ?。?3,）輸出電壓值由數(shù)碼管顯示； ?。?4,）由“＋”、“－”兩鍵分別控制輸出電壓步進,增減； ?。?5,）為實現(xiàn)上述幾部件工作，自制一穩(wěn)壓直流電源，,輸出,±15V,，＋,5V,2,．發(fā)揮部分　?。?1,）輸出電壓可預置在,0,～,9.9V,之間的任意一個值；　?。?2,）用自動掃描代替人工按鍵，實現(xiàn)輸出電壓變化（步進,0.1V,不變）；　　（,3,）擴展輸出電壓種類（比如三角波等）3.,歷年競賽題目分析,二、設計要求3.歷年競賽題目分析,3.,歷年競賽題目分析,3.歷年競賽題目分析,單片機,AT89C51,DAC0832,運算放大器,3.,歷年競賽題目分析,單片機 AT89C51DAC0832運算放大器3.歷年競賽題,1997,直流穩(wěn)定電源,一、任務,設計并制作交流變換為直流的穩(wěn)定電源。

二、要求,1,．基本要求　　（,1,）,穩(wěn)壓電源,,,在輸入電壓,220V,、,50Hz,、電壓變化范圍＋,15%,～－,20%,條件下：,a,．輸出電壓可調(diào)范圍為,+9V,～,+12V,,b,．最大輸出電流為,1.5A,,c,．電壓調(diào)整率≤,0.2%,（輸入電壓,220V,變化范圍＋,15%,～－,20%,下，空載到滿載）,d,．負載調(diào)整率≤,1%,（最低輸入電壓下，滿載）,e,．紋波電壓（峰,-,峰值）≤,5mV,（最低輸入電壓下，滿載）,f,．效率≥,40%,（輸出電壓,9V,、輸入電壓,220V,下，滿載）,g,．具有過流及短路保護功能,3.,歷年競賽題目分析,1997直流穩(wěn)定電源一、任務3.歷年競賽題目分析,（,2,）,穩(wěn)流電源,在輸入電壓固定為＋,12V,的條件下：,a,．輸出電流：,4,～,20mA,可調(diào),b,．負載調(diào)整率≤,1%,（輸入電壓＋,12V,、負載電阻由,200Ω,～,300Ω,變化時，輸出電流為,20mA,時的相對變化率）,（,3,）,DC-DC,變換器,在輸入電壓為,+9V,～,+12V,條件下：,,a,．輸出電壓為,+100V,，輸出電流為,10mA,,b,．電壓調(diào)整率≤,1%,（輸入電壓變化范圍,+9V,～,+12V,）,c,．負載調(diào)整率≤,1%,（輸入電壓,+12V,下，空載到滿載）,d,．紋波電壓（峰,-,峰值）≤,100mV,（輸入電壓,+9V,下，滿載）,3.,歷年競賽題目分析,（2）穩(wěn)流電源在輸入電壓固定為＋12V的條件下：　a．輸,2,．發(fā)揮部分　　（,1,）擴充功能,a,．排除短路故障后，自動恢復為正常狀態(tài),b,．過熱保護,c,．防止開、關機時產(chǎn)生的“過沖”　　（,2,）提高穩(wěn)壓電源的技術指標,a,．提高電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率,b,．擴大輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和提高最大輸出電流值　?。?3,）改善,DC-DC,變換器,a,．提高效率（在,100V,、,100mA,下）,b,．提高輸出電壓　?。?4,）用數(shù)字顯示輸出電壓和輸出電流,3.,歷年競賽題目分析,2．發(fā)揮部分　?。?）擴充功能　　a．排除短路故障后，自,穩(wěn)壓電源,,3.,歷年競賽題目分析,穩(wěn)壓電源 3.歷年競賽題目分析,穩(wěn)流電源,3.,歷年競賽題目分析,穩(wěn)流電源3.歷年競賽題目分析,3.,歷年競賽題目分析,3.歷年競賽題目分析,一、任務,,設計并制作數(shù)控直流電流源。

輸入交流,200,～,240V,，,50Hz,；,輸出直流電壓≤,10V,其原理示意圖如下所示鍵盤,控制器,電流源,負載,顯示器,電源,2005,年數(shù)控直流電流源,二、要求,1,、基本,要求,（,1,）輸出電流范圍：,200mA,～,2000mA,；,（,2,）可設置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對值,≤,給定值的,1,％,+,10 mA,；,3.,歷年競賽題目分析,一、任務鍵盤控制器電流源負載顯示器電源2005年數(shù)控直流電流,2,、發(fā)揮部分,（,1,）輸出電流范圍為,20mA,～,2000mA,，步進,1mA,；,（,2,）設計、制作測量并顯示輸出電流的裝置,(,可同時或交替顯示電流的給定值和實測值,),，測量誤差的絕對值≤測量值的,0.1,％,+3,個字；,（,3,）改變負載電阻，輸出電壓在,10V,以內(nèi)變化時，要求輸出電流變化的絕對值,≤,輸出電流值的,0.1,％,+,1 mA,；,（,4,）紋波電流,≤,0.2mA,；,（,5,）其他3,）具有“,+”,、“,-,”,步進調(diào)整功能，步進,≤,10mA,；,（,4,）改變負載電阻，輸出電壓在,10V,以內(nèi)變化時，要求輸出電流變化的絕對值,≤,輸出電流值的,1,％,+,10 mA,；,（,5,）紋波電流,≤,2mA,；,（,6,）自制電源。

3.,歷年競賽題目分析,2、發(fā)揮部分（3）具有“+”、“-”步進調(diào)整功能，步進≤10,3.,歷年競賽題目分析,3.歷年競賽題目分析,3.,歷年競賽題目分析,3.歷年競賽題目分析,運放工作于線性放大狀態(tài),3.,歷年競賽題目分析,運放工作于線性放大狀態(tài)3.歷年競賽題目分析,3.,歷年競賽題目分析,一、任務,設計并制作一個三相正弦波變頻電源，輸出線電壓有效值為,36V,，最大負載電流有效值為,3A,，負載為三相對稱阻性負載,(Y,接法,),變頻電源框圖如下圖所示2005,年三相正弦波變頻電源,3.歷年競賽題目分析一、任務 2005年三相正弦波變頻電源,3.,歷年競賽題目分析,二、要求,1,、基本要求,（,1,）輸出頻率范圍為,20Hz,～,100Hz,的三相對稱交流電，各相電壓有效值之差小于,0.5V,；,（,2,）輸出電壓波形應盡量接近正弦波，用示波器觀察無明顯失真；,（,3,）當輸入電壓為,198V,～,242V,，負載電流有效值為,0.5,～,3A,時，輸出線電壓有效值應保持在,36V,，誤差的絕對值小于,5%,；,（,4,）具有過流保護,(,輸出電流有效值達,3.6A,時動作,),、負載缺相保護及負載不對稱保護,(,三相電流中任意兩相電流之差大于,0.5A,時動作,),功能，保護時自動切斷輸入交流電源,3.歷年競賽題目分析二、要求,2,、發(fā)揮部分,（,1,）當輸入電壓為,198V,～,242V,，負載電流有效值為,0.5,～,3A,時，輸出線電壓有效值應保持在,36V,，誤差的絕對值小于,1%,；,（,2,）設計制作具有測量、顯示該變頻電源輸出電壓、電流、頻率和功率的電路，測量誤差的絕對值小于,5%,；,（,3,）變頻電源輸出頻率在,50Hz,以上時，輸出相電壓的失真度小于,5%,；,（,4,）其他。

2、發(fā)揮部分,3.,歷年競賽題目分析,3.歷年競賽題目分析,3.,歷年競賽題目分析,3.歷年競賽題目分析,3.,歷年競賽題目分析,3.歷年競賽題目分析,3.,歷年競賽題目分析, DC/DC,模塊構成的并聯(lián)供電系統(tǒng)（見圖,1,）3.,歷年競賽題目分析,2011開關電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng) 一、任務3.歷年競賽題目分,二、,要求,1.,基本要求,（,1,）調(diào)整負載電阻至額定輸出功率工作狀態(tài)，供電系統(tǒng)的直流輸出電壓,UO=8.0±0.4V,2,）額定輸出功率工作狀態(tài)下，供電系統(tǒng)的效率不低于,60%,3,）調(diào)整負載電阻，保持輸出電壓,UO=8.0±0.4V,，使兩個模塊輸出電流之和,,IO=1.0A,且按,I1:I2=1:1,模式自動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對誤差絕對值不大于,,5%,4,）調(diào)整負載電阻，保持輸出電壓,UO=8.0±0.4V,，使兩個模塊輸出電流之和,,IO=1.5A,且按,I1:I2= 1:2,模式自動分配電流，每個模塊輸出電流的相對誤差絕對值不大于,,5%,3.,歷年競賽題目分析,二、要求 3.歷年競賽題目分析,2.,發(fā)揮部分,（,1,）調(diào)整負載電阻，保持輸出電壓,UO=8.0±0.4V,，使負載電流,IO,在,1.5~3.5A,之間變化時，兩個模塊的輸出電流可在（,0.5~2.0,）范圍內(nèi)按指定的比例自動分配，每個模塊的輸出電流相對誤差的絕對值不大于,2%,。

2,）調(diào)整負載電阻，保持輸出電壓,UO=8.0±0.4V,，使兩個模塊輸出電流之和,IO=4.0A,且按,I1:I2=1:1,模式自動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對誤差的絕對值不大于,2%,3,）額定輸出功率工作狀態(tài)下，進一步提高供電系統(tǒng)效率4,）具有負載短路保護及自動恢復功能，保護閾值電流為,4.5A,（調(diào)試時允許有,±0.2A,的偏差）5,）其他3.,歷年競賽題目分析,2.發(fā)揮部分3.歷年競賽題目分析,。

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