电力电子电路建模与分析大作业要点
西安理工大学
研究生课程论文/研究报告
课程名称：电力电子系统建模与分析
任课教师：
完成日期：2016 年7 月 5 日
专业：电力电子与电力传动
学号：
姓名：
同组成员：
成绩：
题目要求
某用户需要一直流电源，要求：直流输出24V/200W，输出电压波动及纹波均<1%。用户有220V交流电网（±10%波动变化）可供使用：
(1) 设计电源主电路及其参数；
(2) 建立电路数学模型，获得开关变换器传函模型；
(3) 设计控制器参数，给出控制补偿器前和补偿后开环传递函数波特图，分
析系统的动态和稳态性能；
(4) 根据设计的控制补偿器参数进行电路仿真，实现电源要求；
(5) 讨论建模中忽略或近似因素对数学模型的影响，得出适应性结论(量化
性结论：如具体开关频率、具体允许扰动幅值及频率等）。
主要工作
本次设计主要负责电源主电路及其参数的的设计，以及建立电路数学模型并获得开关变换器传函模型这两部分内容，具体如下：
(1) 本次设计电源主电路及其参数，采用从后向前的逆向设计思想。首先根据系统输出要求，设计了后级DC/DC型Buck电路的参数。接着设计了前级不控整流电路以及工频变压器的参数。考虑到主电路启动运行时的安全性，在主电路中加入了软启动电路；
(2) 本次DC/DC变换器的建模并没有采用传统的状态空间平均方法，而是采用更为简单、直观的平均开关建模方法，建立了Buck变换器小信号交流模型。最后，推到出了开关变换器的传递函数模型，并给出了Buck电路闭环控制框图。
1 设计主电路及其参数
1.1主电路设计
根据题目要求，系统为单相交流220V/50Hz 输入，直流24V/200W 输出。对于小功率单相交流输入的场合，由于二极管不控整流电路简单，可靠性高，产生的高次谐波较少，广泛应用于不间断电源(UPS)、开关电源等场合。所以初步确定本系统主电路拓扑为：前级AC-DC 电路为电源经变压器降压后的二极管不控整流，后级DC-DC 电路为Buck 斩波电路，其中Buck 电路工作在电感电流连续模式（CCM ），前后级之间通过直流母线和直流电容连接在一起。系统主电路结构如图1-1所示。
AC
220V/50Hz
L
C 1
C 2R
D S
图1-1 系统主电路结构图
1.2主电路参数设计
本次设计电源主电路参数，采用从后向前的逆向设计思想。先对后级DC/DC 型Buck 电路的参数进行设计，接着对前级不控整流电路以及工频变压器的参数进行设计。下面分别对后级的Buck 电路和前级经变压器降压后的不控整流电路各参数进行分析设计。
1.2.1 输出电阻计算
根据系统电路参数：220,50;24;200i o U V Hz U V P W ===，可计算： 输出电流：
/200/248.33O O I P U W V A ==≈
（1-1）
负载等值电阻：
/24/8.33 2.88O O R U I V A ==≈Ω
（1-2）
1.2.2 BUCK 电路占空比及开关频率选择
根据Buck 电路占空比计算公式：
/o dc D U U =
假定占空比0.5D =，可得：
/24/0.548dc o U U D V V ===
（1-3）
由于开关频率越低，低频扰动频率的选择范围越小，滤波电感的体积越大，整体装置的体积和重量越大。开关频率高，可以用更小的电感来滤除高次谐波，但是开关频率过高会导致开关管功耗变大，发热量显著增加，电路效率变低，散热器体积也更大。因此要折中效率、体积选择开关频率，本次设计选择MOSFET 开关频率100s f kHz =。
1.2.3 BUCK 电路滤波电感选择
由BUCK 电路电感电流连续的临界条件：
12
S L D
RT -≥
可得要保证电路工作在CCM 模式下，则电感应满足：
12
S D
L RT -≥
（1-4）
根据开关频率100s f kHz =，则
5110.5
2.88107.222
S D L RT H uH ---≥
=??= （1-5）
假定电感纹波电流为输出负载电流额定值的30%，此时电感值应为：
5
2424110.048480.38.3310o
o o s
dc U U L H mH I f U δ????=
-=?-= ? ??????
? （1-6） 保留一定余量，本系统实取0.1L mH =。
1.2.4 BUCK 电路滤波电容选择
电容容值越大，输出电压将近似为恒定，但电容越大，装置体积和成本也相应增大，因此本系统根据输出电压的纹波要求选取电容。本设计按输出电压纹波不超过输出电压的1%进行计算：
()
2
2
35
(1)240.5(10.5)
312.5880.1100.2410o o s U D D C F uF L U f --??-≥
=
=?????
（1-7）
保留一定余量，本系统实取500C uF =。
1.2.5 开关管MOSFET 选择
开关导通时MOSFET 端电压近似为0V ，开关关断时MOSFET 承受最大电压为：
2248 1.1=74.7dc U V V =
?? （1-8）
一个开关周期内流过开关管的电流最大值等于电感电流最大值，即：
3
max max 3
110.52240.051060.110
L L o S D
I I I U T A A L
----===
=
???=?（1-9） 综上，考虑裕量，选择MOSFET 的型号为IRF650A ，其额定参数为
200,28DSS D V V I A ==。
1.2.6 整流后直流侧电容选择
直流母线电压通过单相桥式整流而来故每个周期发生2次脉动，单相工频电压的周期为T=0.02s ，在T/2周期内电容完成一个充电和放电的周期。直流侧电容的选择依据有：
（1）有依电流为依据的，例如：每0.5A 电流1000uF （2）有依RC 时间常数为依据的，例如：单相不控整流电路
35
2
RC T ≥
其中，T 为交流电源周期
则：
35
2C T R
≥
（1-10）
（3）还有一种经验数据：
负载电流(A) 2A 1A 0.5-1A 0.1-0.5A ＜0.1A ＜0.05A 滤波电容(μF)4000 2000 1000 500 200-500 200
根据直流侧电压平均值为48V ，则直流侧的等效电流约为 4.17dc I A =，由经验数据可大概估算直流侧电容为10000uF 。本系统实际选择100V/100uF CL20型金属化聚脂膜电容器，采用10只并联。
1.2.7 整流二极管选择
（1）确定整流二极管的耐压值RRM U
根据全桥整流电路中每个二极管所承受的反向电压：
=2R U U 可得整流二极管耐压值为：
22 1.1RRM U U α≥???
（1-11）
其中，2U 为整流桥输入电压有效值，1.1为电压波动系数，2α=为安全系数。 则二极管耐压值为：
442 1.12137RRM U V ≥???≈
（1-12）
（2）确定整流二极管的额定电流值
流过每个二极管的平均电流为直流侧电流的一半，取电流波动系数取1.1，安全系数2α=，则整流二极管额定电流值为：
/22 1.1 4.17/22 1.12 6.5FAVM dc I I A A α≥???=???≈ （1-13）
根据上述参数选择二极管型号为P600D ，查其参数手册可知二极管的通态压降为0.95D U V =,则每个二极管额通态损耗为：
/20.95 4.17/2 1.98Don D dc P U I W W ==?=
（1-14）
1.2.8 变压器选择
电压比：
变压器电压比的计算原则是电路在最大占空比和最低输入电压的条件下，输出电压能达到要求的上限。根据公式：
min max
max i T o U D k U U
≤
+?
其中，min i U 为二极管整流桥输出电压最小值；max D 为最大占空比，取0.9；U ?为 考虑管压降和线压降，取2V ；max o U 为最高输出电压。
实际根据单相二极管不控整流电路的输入输出关系，可得不控整流的输入侧电压，即变压器二次侧电压为：
2/0.948/0.953.33dc U U V V ==≈
（1-15）
则变压器电压比为：
2/ 4.125T S k U U ==
（1-16）
容量：
根据系统输出功率200P W =，考虑电路损耗及效率，变压器容量选择为300VA 。 铁芯截面积：
铁芯截面积是根据变压器总功率P 确定的，根据变压器次级功率为P2=200W 。计算变压器输入功率P1（考虑变压器效率η=0.9）P1=P2/0.9=222.2w 。
则铁芯截面积为：
211.2518.63o S P cm ==
（1-17）
匝数：
变压器匝数的选择（工频变压器50f Hz =)
根据变压器最高输出电压max 21.158.67V o U U ==，电源周期0.02S T s =，铁心截面积42e A 18.6310m -=?，铁心材料所允许的最大磁通密度的变化量
0.2B T ?=,则变压器二次侧绕组匝数为：
max 2-4
e 58.670.02
394220.2418.6310
o S U T N BA ?=
=≈????? （1-18）
则变压器一次侧绕组匝数：
12 4.1253941625T N K N ==?≈
（1-19）
绕组导体截面：
根据流过每个绕组的电流值和预先选定的电流密度c K ，即可计算出绕组导体截面：
2200
1.042484
c c I A mm K =
=≈?
（1-20）
其中，导体电流密度选24/c K A mm =。
1.2.9 主电路软启动设计
由于二极管不控整流后直流侧电容上的初始电压为零，在输入电路合闸的瞬间，会形成很大的瞬时冲击电流，主电路软启动电路不仅可以防止合闸时电路受到浪涌电流的冲击，它还能使电路缓慢的启动，减小了变换器和输出电容上的电流最大值，软启动电路性能的好坏，会直接影响到电源的工作性能，元器件的寿命，所以很重要。常用的软启动有：采用功率热敏电阻电路、采用SCR 、R 电路、继电器与电阻构成的回路、采用定时触发器的继电器与限流电阻的电路等等。根据系统实际的需要为了避免系统启动可能引起系统内浪涌问题，采用加入软启动环节进行处理，如下图1-2所示。先通过电阻R 对输入滤波环节的滤波电容进行预充电，充电完成后接入时间继电器KT 使电阻R 短路。加入了软启动环节后，避免了瞬时大电压及大电流的冲击，保证了系统工作安全及元器件安全。
R
C
KT 桥式
整流电路
图1-2 软启动电路结构图
2 建立电路数学模型，获得开关变换器传函模型
由于状态空间平均方法建模纯粹基于数学，计算推导比较繁琐、模型不直观。而平均开关建模方法，是直接通过电路变换得到电力电子电路小信号交流模型，更直观、使用更方便，所以本次DC/DC 变换器建模采用平均开关方法建模。
2.1建立电路数学模型
任一DC/DC 变换器可分割成两个子电路，一个子电路为线性定常子电路，
另一个为开关网络子电路。线性定常子电路无需进行处理，关键是通过电路变换将非线性的开关网络子电路变换成线性定常电路。如图2-1所示，为Buck 变换器电路。图2-2给出了Buck 变换器的开关网络子电路，开关网络子电路用二端口网络表示，端口变量为1122,,,u i u i 。
u in
C
R
D
+
-
S
L
图2-1
Buck 变换器电路
u 1
D
+-u 2
i 1
i 2+-
S
图2-2
Buck 变换器开关网络子电路
根据开关管导通时2112,u u i i ==，开关管关断时210,0u i ==。将上述开关网络子电路用受控源替代，如图2-3所示。且替代后，受控源网络端口与开关网络子电路端口的电量波形应保持一致。将替代后的开关网络的受控源电路与原来的线性定常子电路组合一起，得到含有受控源的等效Buck 电路如图2-4所示。
u 1
+-
u 2
i 1
i 2+-
图2-3
受控源替代开关网络子电路
C
R
u 1
+-
u 2
i 1i 2L
图2-4
受控源替代开关网络的Buck 电路
应用开关周期平均的概念，对图2-4等效电路中的各个电量作开关周期平均运算：
s
s T T t i t d t i )()()(21=
s
s T T t u t d t u )()()(12=
（2-1）
得到以开关周期平均值表示的等效电路如图2-5所示，该电路仍是一个非线性电路。
C R
)(~t E E +S
T t i )(1S
T
t u )(2+
_
+_
s T t u )(1s
T
t i t d )()(2s T t u t d )()(1L
图2-5
经开关周期变换后的Buck 变换器
采用扰动法，对上述等效电路中的各个电量引入小信号扰动，即令：
)(~)()(~)()
(~
)()
(~
)()
(~
)()
(~
)(2
22111222111t u V t u t u V t u t i I t i t i I t i t d D t d t E E t E s s s s s T T T T T +=+=+=+=+=+=
（2-2）
得到有小信号扰动作用的等效电路如图2-6所示。
C
R
)(~t E E +S
T t i )(1S
T t u )(2+
_
+_
)(~1
1t u V +)
(~22t i I +)](~)][(~[1
1t u V t d D ++)](~)][(~[22t i I t d D ++L
图2-6
小信号扰动的Buck 电路
其中：
)]
(~)][(~[)()()(2221t i I t d D t i t d t i s s T T ++== )](~)][(~[)()()(1
112t u V t d D t u t d t u s s T T ++==
（2-3）
将图2-6等效电路各个电量中含有的二次项忽略(主要是受控源电量) ：
2
22221)(~)](~
[)](~)][(~[)(I t d t i I D t i I t d D t i s T ++≈++=
11
1112)(~)](~[)](~)][(~[)(V t d t u V D t u V t d D t u s T ++≈++=
（2-4）
得到线性近似、受控源表示的小信号等效电路如图2-7所示。
C
R
)(~t E E +S
T t i )(1S
T t u )(2+
_
+
_+_
)]
(~[22t i I D +2)(~I t d )](~[1
1t u V D +1)(~V t d )(~1
1t u V +)(~22t i I +L
图2-7 忽略二次项影响的小信号扰动的Buck 电路
进一步用理想变压器替代受控源，得到线性近似、理想变压器表示的小信号等效电路如图2-8所示。
C
R
)(~t E E +S
T t i )(1S
T t u )(2+
_
+
_+
_
2
)(~
I t d 1)(~V t d **1:D
)(~22t i I +)(~1
1t u V +L
图2-8 用理想变压器表示的小信号等效Buck 电路
2.2开关变换器传递函数模型
由上述建立的Buck 电路小信号交流平均开关模型可推出变换器的传递函数为：
输入至输出的传递函数：
582
2
()0
()0.51 3.4710510()1
o g d s s v D L S S s v s LCs R
--==
=+?+?++ （2-5） 控制至输出的传递函数：
0582
22()0()
1481 3.4710510()11g
o g
s v s v V V L L
D S S
d s s S LCS LCs R R
--==
==+?+?++++ （2-6）
Buck 电路闭环控制框图如图2-9所示。
Gc （s ）
Gm （s ）
Gvd （s ）
H （s ）
Vref （s ）误差信号E(s)
Vc （s ）
d （s ）
Vo （s ）
B （s ）
参考信号
图2-9 Buck 电路闭环控制框图
其中：
（1）)(S G c 为需要设计的控制器； （2）m
m V S G 1
)(=为PWM 调制器传递函数； （3）2
011
)(LCS S R
L D V S G vd ++=
为输出电压对占空比的传递函数；
（4）)(S H 为反馈环节的传递函数。 设计中取1
()1m m
S G V =
=，()1H S =，将计算数值带入闭环控制框图，可
得本系统Buck 电路闭环控制框图如图2-10所示。
Gc （s ）
1
误差信号
E(s)Vc （s ）d （s ）
Vo （s ）
B （s ）
582
48
1 3.4710510S S --+?+?Vref （s ）
参考信号
1
图2-10本系统 Buck 电路闭环控制框图
其中原始回路增益为：
02
582
()()()()
1
1148
1 3.4710510m vd g
m G s H S G S G S V L V S LCS R
S S ?
--==++=
+?+? （2-7）
3 设计控制器参数
没有加控制器补偿前变换器原始回路增益函数：
28501051047.3148
)()()()(S S S G S G S H s G vd m --?+?+=
=
（3-1）
其伯德图如图3-1所示。
-40
-2002040
60System: H
Frequency (rad/sec): 2.55e+004Magnitude (dB): 3.66
M a g n i t u d e (d B )
102
10
3
10
4
10
5
-180
-135-90-45
0System: H
Frequency (rad/sec): 2.86e+004P hase (deg): -179
P h a s e (d e g )
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
图3-1 原始回路增益伯德图
利用超前—滞后补偿网络来校正系统，设计的补偿网络的传递函数为：
s
s s s s S S S S S S G c 4210316428664441071.9108526.30104818.241
10997.8102365.20)1105924.1)(110585.1(1071.9)
110497.4)(1105.4()(----------?+?+?+?+?=+?+??+?+?=
（3-2）
相应的补偿网络的伯德图如图3-2所示。
-100102030
40M a g n i t u d e (d B
)10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
-90
-4504590P h a s e (d e g )
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
图3-2
补偿网络伯德图
补偿后系统开环传递函数伯德图如图3-3所示。
-150-100-50050
100M a g n i t u d e (d B )10
1
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
-270
-180
-90
P h a s e (d e g )
Bode Diagram
Gm = 20.3 dB (at 6.26e+005 rad/sec) , P m = 67.5 deg (at 1.16e+005 rad/sec)
Frequency (rad/sec)
图3-3 补偿后系统伯德图
由图可以看出此时系统的相位余量为67.5°，幅值余量为20.3dB 。
4 电路仿真
根据以上设计的主电路以及控制器参数，在PSIM中搭建仿真电路，并进行仿真验证，仿真模型以及仿真结果如下所示：
图4-1 主电路仿真模型
图4-2 控制电路仿真模型
系统输出电压Uo与输出电流Io的波形如图4-3和4-5所示。
图4-3 输出电压波形图
图4-4 输出电压有效值
图4-5 输出电流波形图
图4-6 输出电压局部放大图
由图4-6可知，输出电压稳态值为24V，波动约为0.02%<1%，满足设计要求，超调量为12.5%，调节时间大约为3ms。
图4-7 突加100%负载输出电压波形图
由图4-7可知，在0.04s时加入100%的负载扰动，输出电压依然稳定在24V，且满足1%的纹波设计要求。
图4-8 输出电路电压、电流波形图
图4-9 输出电路电压、电流有效值
由图4-9中输出电压、电流有效值计算，输出功率约为P=U*I=24*8.3=199.2W,输出功率基本满足设计要求。
5 建模中忽略或近似因素对数学模型的影响
（1）开关频率对电路模型的影响
开关频率越低，低频扰动频率的选择范围越小，滤波电感的体积越大，整体装置的体积和重量越大。开关频率高，可以用更小的电感来滤除高次谐波，但是开关频率过高会导致开关管功耗变大，发热量显著增加，电路效率变低，散热器体积也更大，更加因此要折中效率、面积选择开关频率。
电路模型的开关频率越大，输出结果越接近数学模型，一般开关频率可以取截止频率的100倍。
（2）扰动频率对数学模型的影响
扰动频率过高：如果高于开关频率，由于一般使用正弦信号模拟扰动，在一个开关周期内扰动信号正负分量相互抵消，小信号扰动失去意义。
扰动频率过低：如果扰动频率过低，在多个开关周期内扰动信号基本为恒定值，相当在给定电压上叠加了一个几乎不变的直流量，不能很好地体现其为小信号“动态”模型。
综上，扰动频率的选择应在一个合适的范围内，这样既可以方便地对电路进行分析和控制，又不失动态建模的意义。
（3）扰动幅度的影响
小信号扰动的幅值应远小于稳态工作点的各量的幅值。根据仿真结果可得随着扰动幅度增大，数学模型的输出电压变化幅度较小。扰动幅值不超过±5V时，输出电压纹波仍满足1%的设计要求。
（4）其他影响
实际电路中存在电感的等效电阻、开关管的开通关断时间、管压降等都会对电路模型的输出产生影响，这些量的大小也会影响小信号建模的准确性和适用性。
6 参考文献
[1] 裴云庆,等. 开关稳压电源的设计和应用[M]. 北京：机械工业出版社, 2010.
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[5] 徐德鸿. 电力电子系统建模及控制[M]. 北京：机械工业出版社, 2006.
[6] 张占松蔡宣三. 开关电源的原理与设计(修订版)[M]. 电子工业出版社,
2006.
光伏电子线路分析与设计6.4 太阳能升压草坪灯电路分析与设计
一、教案头 本次课标题：太阳能升压草坪灯电路制作 授课班级光伏上课时间4课时上课地点理工南211 教学目标能力（技能）目标知识目标 能分析超级电容器特性； 能计算超级电容器容量； 能在光伏发电系统应用超级电容器； 单体电池的串联特性； 单体电池的并联特性； 单体电池串并联输出特性； 能力训练任务及案例【案例引导】 测试电路如下图6.13示，当LED1点亮时，测量LED1两端的电压。并用示波器测量A、B、C、D四点的波形图。 L1 100μH Q6 R6 1kΩ Q2 C3 300pF LED1 D2 VCC 1.5V R1 2kΩ C1 10μF A B C D A点波形图 B点波形图 C点波形图 D点波形图 图6.13 太阳能升压草坪灯电路(multisim) 调试电路，发现提供1.5V的电源电压，可以驱动3V LED工作。 【项目任务】 制作太阳能草坪灯升压电路，电源电压1.5V，负载LED电压3V。 【预习练习】 1. 升压草坪灯电路中作为光感器件可以用光敏电阻或太阳能电池。 2. 太阳能草坪灯电路升压原理是BOOST电路。 【信息单】 太阳能草坪灯具有安全、节能、环保、安装方便等特点。它主要利用太阳能电池的能源为草坪灯供电。当白天太阳光照射在太阳能电池上时，太阳能电池将光能转变为电能并通过控制电路将电能存储在蓄电池中。天黑后，蓄电池中的电能通过控制电路为草坪灯的LED光源供电第二天早晨天亮时，蓄电池停止为光源供电，草坪灯熄灭，太阳能电池继续为蓄电池充电，周而复始、循环工作。太阳能草坪灯主要由太阳能电池组件、自
动控制电路、超高亮LED 灯(光源)、免维护可充电蓄电池及灯具外壳等构成太阳能草坪灯的控制电路就是通过外界光线的强弱让草坪灯按上述方式进行工作。下面就介绍几款常用控制电路的构成和简要工作原理。 6.4.1以光敏电阻为光感器件的升压电路 一、电路结构 图6.14是早期的一款太阳能草坪灯控制电路。是通过光敏电阻来检测光线的强弱。当有太阳光时，太阳能电池产生的电能通过D 1为蓄电池DC 充电。光敏电阻R 2也呈现低电阻值，使BG 2基极为低电平而截止。 D1 BG2 R31.2kΩ R5100kΩ L1100μH C1 1μF BG4 R6100kΩ R72.2kΩ C320μF R11 500kΩ Key=A 50 %R427kΩ BG3 C2300pF BG1 LED1 D2 R127kΩ V22.4 V 太阳能电池 蓄电池 光敏电阻 图6.14 太阳能草坪灯电路1（multisim ） 2.电路工作原理 当晚上无光时，太阳能电池停止为蓄电池充电，D 1的设置阻止了蓄电池向太阳能电池反向放电。同时，光敏电阻由低阻变为高阻值，BG 2导通，BG 1基极为低电平也导通，由BG 3、BG 4、C 2、R 5、L 等组成的直流升压电路得电工作，LED 发光。直流升压电路实际上就是一个互补振荡电路，其工作过程是：当BG 1导通时电源通过L 、R 5、BG 2向C 2充电，由于C 2两端电压不能突变，使BG 3基极为高电平，BG 3不导通，随着C 2的充电其压降越来越高，BG 3基极电位越来越低，当低至BG 3导通电压时BG 3导通，BG 4随继导通，C 2通过BG 4放电，放电完毕BG 3、BG 4再次截止，电源再次向C 2充电，如此周而复始，电路形成振荡。在振荡过程中，BG 4导通时电源经L 到地，电流经L 储能。当BG4截止时，L 两端产生感应电动势，和电源电压叠加后驱动LED 发光。 为防止蓄电池过度放电，电路中增加R 4和BG 2构成过放保护，当电池电压低至2V 时，由于R 4的分压使BG 2不能导通，电路停止工作，蓄电池得到保护。 6.4.2以太阳能电池为光敏器件的升压电路 1.电路结构 图6.15是一款目前运用的较多的草坪灯控制电路，BG 3、BG 4,L 、C1和R 5组成互补
现代电力电子技术报告—SEPIC电路分析分析
现代电力电子技术报告
SEPIC 电路分析 一、 电路结构图： 图1为SEPIC 电路拓扑图 V R 图1 SEPIC 电路拓扑图 二、 电路分析 SEPIC 变换器原理电路如图1所示。1L i 、2L i 分别为电感1L 、2L 上的电流，D 表示占空比，T 表示开关周期，on T 、off T 分别表示开关导通和关断的时间。由于SEPIC 电路中存在两个电感，一般定义电路连续或不连续导电模式以整流二极管D 的导电模式为准。在一个开关周期中开关管1Q 的截止时间()1-D T 内，若二极管电流总是大于零，则为电流连续;若二极管电流在一段时间内为零，则为电流断续工作。若二极管电流在T 时刚好降为零，则为临界连续工作方式。假设1C 很大，变换器在稳态工作时，1C 的电压基本保持不变 （1）连续状态 连续导电模式时电路工作可以分为1Q 导通和1Q 关断两个模态： 工作模态1：（0，on T ）模态 V R 图2 1Q 导通时SEPIC 电路等效电路图（连续） 在这个模态中，开关管1Q 导通，二极管D 截止，如图2所示。变换器有三个回路： 第一个回路：电源、1L 和1Q 回路，在g V 的作用下，电感电流1L i 线性增长; 第二个回路：1C ，1Q 和2L 回路，1C 通过1Q 和进行放电，电感电流2L i 线性增长; 第三个回路是2C 向负载供电回路，2C 电压下降，因2C 较大，故2C 上电压下降很少，可以近似地认为2C O U U =,流过1Q 的电流112=+Q L L i i i
1 1=L g di L V dt (1) 2 2 =L o di L U dt (2) 当t=on T 时，1L i 和2L i 达到最大值1max L i 和2max L i 。 工作模态2：（on T ，T ）模态 V R 图3 1Q 关断时SEPIC 电路等效电路图（连续） 在t=on T 时刻，1Q 关断，此时形成两个回路，如图3所示： 第一个回路：电源、1L 、1C 经二极管D 至负载回路，电源和电感1L 储能同时向1C 和负载馈送，1C 储能增加，而1L i 减小; 第二个回路是2L 和D 至负载的续流回路，2L 储能释放到负载，故2L i 下降。因此二极管的电流D i 是1L i 、2L i 的电流之和，且 2 2=L o di L U dt (3) 1 1 1=-L g c o di L V U U dt - (4) 根据1L 上的伏秒原理： ()()1=+g on O C g on V T U U V T T ?-?- (5) 根据2L 上的伏秒原理： 10=C on off U T U T (6) 由上面两式可得: =1o i U D U D - (7) 1==c i g U U V (8) 由输入输出功率平衡有: 1=i L o o U I U I ?? (9) 即：
电力电子技术与电力系统分析matlab仿真
电气2013级卓班电力电子技术与电力系统分析 课程实训报告 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师：
兰州交通大学自动化与电气工程学院 2016 年 1 月日
电力电子技术与电力系统分析课程实训报告 1 电力电子技术实训报告 1.1 实训题目 1.1.1电力电子技术实训题目一 一．单相半波整流 参考电力电子技术指导书中实验三负载，建立MATLAB/Simulink环境下三相半波整流电路和三相半波有源逆变电路的仿真模型。仿真参数设置如下： (1)交流电压源的参数设置和以前实验相关的参数一样。 (2)晶闸管的参数设置如下： R=0.001Ω，L =0H，V f=0.8V，R s=500Ω，C s=250e-9F on (3)负载的参数设置 RLC串联环节中的R对应R d，L对应L d，其负载根据类型不同做不同的调整。 (4)完成以下任务： ①仿真绘出电阻性负载（RLC串联负载环节中的R d= Ω，电感L d=0，C=inf，反电动势为0）下α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L 和晶闸管两端电压U vt1的波形。 d ②仿真绘出阻感性负载下（负载R d=Ω，电感L d为，反电动势E=0）α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L d和晶闸管两端电压U vt1的波形。 ③仿真绘出阻感性反电动势负载下α=90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L d和晶闸管两端电压U vt1的波形，注意反电动势E的极性。 (5)结合仿真结果回答以下问题： ①该三项半波可控整流电路在β=60°，90°时输出的电压有何差异?
电力电子电路I(A)
东 北 大 学 继 续 教 育 学 院 电力电子电路I 试 卷（作业考核 线上2） A 卷（共 4 页） 一、单选题（每小题2分，共10分） 1. 晶闸管的额定电压是（ D ）。 A. 断态重复峰值电压 B.反向重复峰值电压 C. A 和B 中较大者 D. A 和B 中较小者 2. 三相半波可控整流电路一共有（ C ）只晶闸管。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 3. 三相桥式全控整流电路，晶闸管的电流平均值是（ C ）。 A. d I B. d 2 I C. d 3I D. d 6I 4. 两组晶闸管反并联电路，一共有（ C ）。 A. 两种工作状态 B. 三种工作状态 C. 四种工作状态 D. 以上各种状态 5. 120°导电型交-直-交电流变频器，任意时刻有（ B ）导通。 A. 一只开关管 B. 两只开关管 C. 三只开关管 D. 四只开关管 二、多选题（每小题4分，共20分） 1. 三相桥式逆变电路触发脉冲需要满足的条件是（ ABD ）。 A. 宽脉冲或双窄脉冲 B.必须严格按相序给出 C.控制角b 一定小于b min D.控制角b 一定大于b min 2. （ CD ）是电压控制型电力电子器件。 A. P-MOSFET 、GTO B.TRIAC 、GTR C.P-MOSFET 、IGBT D.IGBT 、SITH 3. 自然换流点在相电压波形正半周的电路是（ AC ）。 A. 三相半波共阴极组整流电路 B. 三相半波共阳极组整流电路 C. 三相半波共阴极组逆变电路 D. 三相半波共阳极组逆变电路
4. 晶闸管导通的条件是（ABD ）。 A.阳极电位高于阴极电位 B.在控制极施加对阴极为正的且满足要求的触发脉冲 C.阴极电位高于阳极电位 D.在控制极施加对阳极为正的且满足要求的触发脉冲 5. 下列描述中正确的有（BCD ）。 A. 共阴极组变流电路，整流电压负半波大于正半波。 B. 共阳极组变流电路，整流电压负半波大于正半波。 C. 共阴极组变流电路，逆变电压负半波大于正半波。 D. 共阳极组变流电路，逆变电压正半波大于负半波。 三．（每小题5分，共20分） 1. 晶闸管的维持电流I H是怎样定义的？ 答：控制极开路时，能维持晶闸管继续导通的最小阳极电流。 2. 晶闸管元件导通时，流过晶闸管的电流大小取决于什么？晶闸管阻断时，承受的电压 大小取决于什么？ 答：负载。 电源电压和电路形式。 3. 双向晶闸管有哪四种触发方式？ 答：（ I ＋、I － 、III ＋ 、III － ） 4. 为什么半控桥式电路或带续流二极管的电路不能实现有源逆变？答：不能输出负电压。
电子电路设计软件
电子电路设计软件 我们大家可能都用过试验板或者其他的东西制作过一些电子制做来进行实践。但是有的时候，我们会发现做出来的东西有很多的问题，事先并没有想到，这样一来就浪费了我们的很多时间和物资。而且增加了产品的开发周期和延续了产品的上市时间从而使产品失去市场竞争优势。有没有能够不动用电烙铁试验板就能知道结果的方法呢？结论是有，这就是电路设计与仿真技术。 说到电子电路设计与仿真工具这项技术，就不能不提到美国，不能不提到他们的飞机设计为什么有很高的效率。以前我国定型一个中型飞机的设计，从草案到详细设计到风洞试验再到最后出图到实际投产，整个周期大概要10年。而美国是1年。为什么会有这样大的差距呢？因为美国在设计时大部分采用的是虚拟仿真技术，把多年积累的各项风洞实验参数都输入电脑，然后通过电脑编程编写出一个虚拟环境的软件，并且使它能够自动套用相关公式和调用长期积累后输入电脑的相关经验参数。这样一来，只要把飞机的外形计数据放入这个虚拟的风洞软件中进行试验，哪里不合理有问题就改动那里，直至最佳效果，效率自然高了，最后只要再在实际环境中测试几次找找不足就可以定型了，从他们的波音747到F16都是采用的这种方法。空气动力学方面的数据由资深专家提供，软件开发商是IBM，飞行器设计工程师只需利用仿真软件在计算机平台上进行各种仿真调试工作即可。同样，他们其他的很多东西都是采用了这样类似的方法，从大到小，从复杂到简单，甚至包括设计家具和作曲，只是具体软件内容不同。其实，他们发明第一代计算机时就是这个目的（当初是为了高效率设计大炮和相关炮弹以及其他计算量大的设计）。 电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE；multiSIM7；Matlab；SystemView；MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pro Bright Spark等。下面简单介绍前三个软件。 ①SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）：是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件，1998年被定为美国国家标准。1984年，美国MicroSim 公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE（Personal-SPICE）。现在用得较多的是PSPICE6.2，可以说在同类产品中，它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件，在国内普遍使用。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，都可以得到精确的仿真结果，并可以自行建立元器件及元器件库。 ②multiSIM（EWB的最新版本）软件：是Interactive Image Technologies Ltd在20世纪末推出的电路仿真软件。其最新版本为multiSIM7，目前普遍使用的是multiSIM2001，相对于其它EDA软件，它具有更加形象直观的人机交互界面，特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样，但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色，几乎能够100%地仿真出真实电路的结果，并且它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示波器（对于multiSIM7还具有四踪示波器）、波特仪（相当实际中的扫频仪）、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路、等等还支持自制元器件。MultiSIM7还具有I-V分析仪（相当于真实环境中的晶体管特性图示仪）和Agilent信号发生器、Agilent万用表、Agilent 示波器和动态逻辑平笔等。同时它还能进行VHDL仿真和Verilog HDL仿真。 ③MATLAB产品族：它们的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块，包含了完整的函数集用来对图像信号处理、控制系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和设计。它具有数据采集、报告生成和
电力电子电路建模与分析考试题答案
1.推演单相全桥SPWM 逆变电路的动态模型 L E S 1S3 S 2S 4R L 非线性部分（开关网络）线性部分R 电感内阻 C 电路可看作两部分：线性部分→输出u 0，输入u i ；非线性部分(开关网络) →输出u i ，输入u r (调制波)。 分析：u i 有两种电平，当S 1、S 4导通时，u i =E ； 当S 2、S 3导通时，u i =-E ； ()12-=S E u i ???=导通时、 导通时、S S S S S 324101（1） 由于开关函数S 的存在，使得u i 的幅值变化不连续，故对上式取开关周期平均值； () ()t D S S E u i =-=，12（2） 假设采用如图所示规则采样，则D (t )可推导如下(设载波频率为f W ，对应周期为T W )： u r U tri T w /2Δt D (t ) 可得，()???? ??+=+=U u T t T t D tri r w w 12122?（3） 将（3）代入（2）有： ()()()U u E t D E S E u tri r i =-=-=1212（4） 即：U E u u tri r i = 可得调制器逆变桥输出u i 的开关周期平均值与输入u r 之间的传递函数为： ()()U E S U S U t r i r i = U i 与U o 之间是一个线性电路，不难得出其传递函数为：
()()()???? ??++???? ??++=++=R R s C R R L s LC Cs //R Ls R Cs //R s U s U L L L L i o 11211111 综上可得调制器输入u r 与逆变器输出u o 之间的传递函数为： ()()()()()()U E R R s C R R L s LC s U s U s U s U s U s U tri L L r i i o r o ???? ? ??++???? ??++=?=11211 2.以DC/DC 变换器输出稳定直流电压为例，画出控制系统的一般组成框图，说明对电力电子变换电路进行建模、并且线性化的主要目的何在？ + -Gc （s ） PWM 调制v v ref +-Vin (t ) 补偿网络 DC/DC 变换器反馈控制系统 Gc （s ）Gm （s ）Gvd （s ）H （s ）Vref （s ） 误差信号E(s)Vc （s ）d （s ）Vo （s ） B （s ） 参考信号 控制系统组成框图 答：要满足系统的技术性能指标要求，取决于对控制器的良好设计(含补偿或校正环节)以及设计合适的反馈网络及其参数等，因此需要确切掌握控制器的控制对象的行为特征，即被控对象的数学模型 。 作为电力电子转换的电力电子装置，应用越来越广泛，电力电子装置要满足一定的性能指标，这就要进行系统设计，设计满足性能要求的控制器，这就要借助被控对象的数学模型，设计成满足要求的闭环系统，是系统达到稳准快高性能要求。同时对电力电子电路进行建模，还可以分析不同的电路参数对电路有怎样的影响，为更好地分析，设计做基础。 而电力电子变换电路具有强烈的非线性(开关元件)，与线性系统不同，非线性系统性能与初始条件、工作状态、参量变化范围等等均有关联，难以有统一的数学分析方法，而经典控制理论中关于控制器的设计方法只适用于线性系统，所以，往往需进行线性化近似处理，得到线性化模型，然后按照线性设计方法进行设计。 3.根据开关元件的通、断对电力电子变换器进行分时分段数学描述，指出：按照这样的分段描述“数学模型”对变换器进行闭环系统PI 控制器设计可行吗？为什么？
电路分析基础知识
第一章 1、电流所经过的路径叫做电路，通常由电源、负载和中间环节三部分组成。 2、实际电路按功能可分为电力系统的电路和电子技术的电路两大类，其中电力系统的电路其主要功能是对发电厂发出的电能进行传输、分配和转换；电子技术的电路主要功能则是对电信号进行传递、变换、存储和处理。 3、实际电路元件的电特性单一而确切，理想电路元件的电特性则多元和复杂。无源二端理想电路元件包括电阻元件、电感元件和电容元件。 4、由理想电路元件构成的、与实际电路相对应的电路称为电路模型，这类电路只适用集总参数元件构成的低、中频电路的分析。 5、大小和方向均不随时间变化的电压和电流称为稳恒直流电，大小和方向均随时间变化的电压和电流称为交流电，大小和方向均随时间按照正弦规律变化的电压和电流被称为正弦交流电。 6、电压是电路中产生电流的根本原因，数值上等于电路中两点电位的差值。 7、电位具有相对性，其大小正负相对于电路参考点而言。 8、衡量电源力作功本领的物理量称为电动势，它只存在于电源内部，其参考方向规定由电源正极高电位指向电源负极低电位，与电源端电压的参考方向相反。 9、电流所做的功称为电功，其单位有焦耳和度；单位时间内电流所做的功称为电功率，其单位有瓦特和千瓦。 10、通常我们把负载上的电压、电流方向称作关联方向；而把电源上的电压和电流方向称为非关联方向。 11、欧姆定律体现了线性电路元件上电压、电流的约束关系，与电路的连接方式无关；基尔霍夫定律则是反映了电路的整体规律，其中KCL定律体现了电路中任意结点上汇集的所有支路电流的约束关系，KVL定律体现了电路中任意回路上所有元件上电压的约束关系，具有普遍性。 12、理想电压源输出的电压值恒定，输出的电流值由它本身和外电路共同决定；理想电流源输出的电流值恒定，输出的电压由它本身和外电路共同决定。 13、电阻均为9Ω的Δ形电阻网络，若等效为Y形网络，各电阻的阻值应为3Ω。 I20 A，14、实际电压源模型“20V、1Ω”等效为电流源模型时，其电流源 S
电子工程师应具备的电路设计常识及几十个经典电路解析
电子工程师应具备的电路设计常识及几十个经典电路解析一、接地技术 PCB设计—接地技术 1、接地设计的基本原理 好的接地系统是抑制电磁干扰的一种技术措施，其电路和设备地线任意两点之间的电压与线路中的任何功能部分相比较，都可以忽略不计；差的接地系统，可以通过地线产生寄生电压和电流偶合进电路，地线或接地平面总有一定的阻抗，该公共阻抗使两两接地点间形成一定的压降，引起接地干扰，使系统的功能受到影响。从而影响产品的可靠性。 2、接地目的 接地的目的主要有三个： ◆接地使整个电路系统中所有单元电路都有一个公共的参考零电位，保证电路系统能稳 定地工作。 ◆防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷 通过大地泄放，否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。 另外，对于电路的屏蔽体，若选择合适的接地，也可获得良好的屏蔽效果。 ◆保证安全作。当发生直接雷电的电磁感应时，可避免电子设备的毁坏；当工频交流 电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时，可避免操作人员的触电事故发生。 3、接地分类 ◆ 防雷接地(LGND) 防雷接地是将可能受到雷击的物体与大地相连。当物体位置较高，距离雷云较近时，一定要将物体进行防雷接地。由于雷电的放电电流是脉冲性的，放电电流也较大，所以防雷接地时的接地电阻要小。为了避免由于雷击而造成机房里设备之间的高压差，特别是有电气连接或距离较近的设备之间要采用低电感和电阻搭接。 ★接地电阻：接地电阻不是普通的电阻而是一个阻值，是指电流由接地装置流向大地再由 大地流向无穷远处或是另一个接地装置所需克服的总电阻。接地电阻包括接 地线、接地装置本身电阻、接地装置与大地之间的接触电阻和两接地装置之 间的大地电阻或接地装置与无线远处的大地电阻。接地电阻越小，当有漏电 流或是雷电电流时，可以将其导入大地，不至于伤害人或损坏设备。如果接 地电阻变大，会造成应该导入大地的电流导不下去，因此，接地电阻越小越 安全。 ◆ 保护接地（PGND/PE/FG） 为了保护设备、装置和人身的安全。保护接地主要用于保护工频故障电压对人身造成的伤害。保护接地的工作原理：一是并联分流，当人体接触故障设备时，如果故障设备有保护接地，这时人体和保护接地线呈并联关系，保护接地线的电阻和人体相比是很小的，所以流过人体的电流很小，就会保护人身安全；二是当设备发生碰壳事件后，由于设备有保护接地，事故电流会使相线上得保护装置动作，从而切断电源，起到保障安全的作用。 ★相线：通常工业用电，三根正弦交流电。电流相位（反映电流的方向 大小）相互相差
电力电子电路PCB布线的关键技术分析
电力电子电路PCB布线的关键技术分析 电力电子电路PCB的布线在很大程度上决定了最终产品的好坏。本文主要分析了常用电力电子电路的PCB布线的几个关键技术，主要包括开关节点问题，PCB 布线的宽度、厚度和电感的关系，关键走线如何处理，多层板的地以及散热等问题。 1 引言 一台性能优良的电力电子变换器，除选择高质量的元器件、合理的电路外，印刷线路板的组件布局和电气联机方向的正确结构设计是决定开关变换器能否可靠工作的一个关键问题。对同一种组件和参数的电路，由于组件布局设计和电气联机方向的不同会产生不同的结果，其结果可能存在很大的差异。因而，必须把如何正确设计印刷线路板组件布局的结构和正确选择布线方向及整体仪器的工艺结构三方面联合起来考虑。合理的工艺结构，既可消除因布线不当而产生的噪声干扰，同时便于生产中的安装、调试与检修等。 2 基本电力电子电路 最基本的电力电子电路有三种boost、buck、buck-boost。这三种拓扑取决于电感的链接方式，设置合适的参考地后，可以得到三个不同的端子：输入端、输出端和地端，如图1所示。若电感一端与地相连，则得到buck-boost电路；若电感与输入端相连，则得到boost电路；若电感与输出端相连，则得到buck电路。 图1 电力电子电路的三种拓扑结构：(a) buck-boost拓扑；(b) boost拓扑；(c) buck拓扑。 123456下一页 3 开关节点
在开关器件与二极管之间设置的电感电流换流节点称之为开关节点。电流从电感流入此节点，根据开关状态不同而流入开关或者二极管。任何DC-DC变换器拓扑均有此节点，由二极管参与构成的节点可防止巨大的电压尖峰产生。 节点电流在开关和二极管之间进行转换，因此二极管需要周期性的转换状态，即二极管需在开关导通时加反向电压而在其关断期间加正向电压。因此，节点电压来回振荡，将一示波器探头连接于此节点，探头地接于此拓扑电路的地，所得电压波形为方波。此波形与电感电压波形极为相似，不同之处在于此电压在正电压范围改变，改变幅度由电路拓扑决定。 实际设计PCB时需要特别注意防止在开关节点处布过多铜丝。否则它可能成为一个电磁场天线，向四周辐射射频干扰，输出导线会吸收此干扰并直接传递到输出。 所有集成IC的开关均与其控制部分封装在一起，这样虽然应用方便且价格便宜，但是通常这样的IC对走线寄生电感所产生的噪声更敏感。这是因为其功率级开关节点仅是该IC本身的输出引脚，该引脚将开关节点产生的高频噪声直接传递到控制部分，导致控制失常。 4 PCB走线的宽度、厚度与电感 对于长度为l、直径为d的导线，其电感值可由式（1）表示。 （1） 式中：L和d的单位均为cm。 PCB走线电感的计算公式与导线电感公式区别不大，由式（2）表示。 （2） 式中：ω为走线宽度。 需要注意的是PCB走线电感基本与覆铜厚度无关。从以上对数关系可以看出，若PCB走线长度减少一半，则其电感值也减少一半。但走线宽度必须增加10倍才使其电感减少一半。即仅增加走线宽度用处不大，要减少电感应使走线尽量的短。 过孔电感由式（3）计算，
电力电子电路A
电力电子电路A Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
东北大学继续教育学院 电力电子电路试卷（作业考核线下） A 卷 注：请您单面打印，使用黑色或蓝色笔，手写完成作业。杜绝打印，抄袭作业。 一、单选题（每题3分，共12分） 1. 单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差（）度。 A、60° B、120° C、180° D、360° 2. 三相半波可控整流电路，负载两端分别接（）。 A. 整流变压器输出端和中性点 B. 整流电路输出端和中性点 C. 共阴极组整流电路输出端和共阳极组整流电路输出端 D. 平波电抗器两端 3. 三相输入-三相输出交-交变频电路主要有（）。 A. 三相三线制方式和三相四线制方式 B. 高阻方式和低阻方式 C. 串联方式和并联方式 D. 公共交流母线进线方式和输出Y形联结方式 4. 120°导电型交-直-交电流变频器，任意时刻有（）导通。
A. 一只开关管 B. 两只开关管 C. 三只开关管 D. 四只开关管 二、多选题（每题4分，共8分） 1. 全控型电力电子器件有（）。 A.Thyristor、GTR、P-MOSFET、IGBT B.GTR、P-MOSFET、IGBT、IGCT C.IGBT、MCT、GTR、GTO D.Power Diode、MCT、GTO、IGBT 2. 三相桥式全控整流电路，自然换相点是（）。 A. 三相电源线电压的过零点 B. 三相电源相电压正半周波形的交点 C. 三相电源相电压负半周波形的交点 D. 三相电源线电压正半周波形的交点 三．问答题（每题5分，共30分） 1．试说明晶闸管的动态参数断态电压临界上升率du/dt。 2. 并联谐振式逆变电路利用负载进行换流，为保证换流应满足什么条件
电子电路的分析与应用课程标准
电子电路的分析与应用课程标准 课程名称、代码：电子电路的分析与应用（0212002） 总学时数：340 适用专业：应用电子 一、课程概述 （一）课程性质：专业核心课程 （二）课程定位 电子电路的分析与应用是对电子产品工艺和生产人员、电子工程师、简单电子产品设计人员、自动控制设备检修员、急电设备维护人员等所从事的测试电子元器件、焊接电子线路板、检测电子产品参数、维修电路板及整机产品、开发简单电子产品等典型工作任务进行分析后，归纳总结出来其所要求的元件测试、焊接、调试、检测、维修、设计等能力要求而设置的课程。 该课程分为两个子领域既模拟电子模块和数字电子模块，每一模块又分成若干个项目，将职业行动领域的工作过程融合在项目训练中。学生以学习小组为单位，通过共同完成项目的制作、调试、设计，培养学生基本技能、积极参与意识、责任意识、协作意识和自信心，使教学过程更有目的性和针对性。 （三）课程思路设计 此课程有助于培养具有较高素养的电子、电工技术人员，让他们能够熟练测试与识别电子元件，能分析简单电子电路原理，熟练使用常用电子仪器与检测设备，会查阅元件资料，掌握电路板的焊接方法，能根据不同电路设计电路测试方案，能排除简单电路故障，可设计简单电子产品，并具有较强的安全、环保、成本、产品质量、团队合作等意识。 二、培养目标 1、方法能力目标 （1）培养学生谦虚、好学的态度。 （2）培养学生勤于思考、做事认真的良好作风。 （3）培养学生良好的职业道德。 2、社会能力目标 （1）培养学生的沟通能力及团队协作精神。 （2）培养学生分析问题、解决问题的能力。 （3）培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风。 （4）培养学生的质量意识、安全意识。 （5）培养学生的社会责任心、环保意识。 3、专业能力目标 （1）掌握常见仪表的使用方法。 （2）员器件的正确选择能力。 （3）各种电子手册及资料的检索与阅读能力，把英语作为分析技术资料的辅助工具。 （4）低频、数字电子电路识图与分析能力。 （5）电路安装设计与焊接能力。 （6）电路测试方案设计能力和测试数据分析能力。 （7）电路故障排除能力。 （8）简单电路设计能力。
电力电子电路分析与仿真实验报告模板
电力电子电路分析与仿真 实验报告 学院：哈尔滨理工大学荣成学院 专业： 班级： 姓名： 学号： 年月日
实验1降压变换器 一、实验目的： 设计一个降压变换器，输入电压为220V，输出电压为50V，纹波电压为输出电压的0.2%，负载电阻为20欧，工作频率分别为220kHz。 二、实验内容： 1、设计参数。 2、建立仿真模型。 3、仿真结果与分析。 三、实验用设备仪器及材料： MATLAB仿真软件 四、实验原理图： 五、实验方法及步骤： 1．建立一个仿真模型的新文件。在MATLAB的菜单栏上点击File，选择New，再在弹出菜单中选择Model，这时出现一个空白的仿真平台，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。 2．提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击Simulink调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。
3．仿真模型如图所示。 六、参数设置 七、仿真结果分析
实验2升压变换器 一、实验目的： 将一个输入电压在3~6V的不稳定电源升压到稳定的15V，纹波电压低于0.2%，负载电阻10欧，开关管选择MOSFET，开关频率为40kHz,要求电感电流连续。 二、实验内容： 1、设计参数。 2、建立仿真模型。 3、仿真结果与分析。 三、实验用设备仪器及材料： MATLAB仿真软件 五、实验原理图： 五、实验方法及步骤： 1．建立一个仿真模型的新文件。在MATLAB的菜单栏上点击File，选择New，再在弹出菜单中选择Model，这时出现一个空白的仿真平台，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。 2．提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击Simulink调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。
电力电子 填空
1、为减少自身损耗，提高效率，电力电子器件一般都工作在__开关_______状态。当器 件的工作频率较高时，_开关______损耗会成为主要的损耗。 2、在PWM控制电路中，载波频率与调制信号频率之比称为___载波比__________，当它 为常数时的调制方式称为_同步________调制。在逆变电路的输出频率范围划分成若干频段，每个频段内载波频率与调制信号频率之比为桓定的调制方式称为__分段同步调制__________调制。 3、面积等效原理指的是，_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。 4、在GTR、GTO、IGBT与MOSFET中，开关速度最快的是__MOSFET_______，单管输出功 率最大的是_____________，应用最为广泛的是___IGBT________。 5、设三相电源的相电压为U2，三相半波可控整流电路接电阻负载时，晶闸管可能承受的最大反 向电压为电源线电压的峰值，即根号6 ，其承受的最大正向电压为根号2 。 6、逆变电路的负载如果接到电源，则称为有源逆变逆变，如果接到负载，则称 为无源逆变。 7、___GTR______存在二次击穿现象，____IGBT________存在擎住现象。 8、功率因数由和这两个因素共同决定 的。 9、晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是均压_ 措施。 10、同一晶闸管，维持电流I H 与掣住电流I L 在数值大小上有I L _（2~4）I H 。
11、电力变换通常可分 为：AC-DC 、AC-AC 、DC-DC 和DC-AC 。 12、在下图中，_V1______和__VD1______构成降压斩波电路使直流电动机电动运行，工作 于第1象限；V2___和__VD2_____构成升压斩波电路，把直流电动机的动能 转变成为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于_第2___象限。 13、请在正确的空格内标出下面元件的简称： 电力晶体管GTR ；可关断晶闸管GTO ；功率场效应晶体管 MOSFET ；绝缘栅双极型晶体管 IGBT ；IGBT 是MOSFET 和GTR 的复 合管。 14、晶闸管对触发脉冲的要求是要有足够的驱动功 率、触发前沿要陡幅值要 高和触发脉冲要与晶闸管阳极电压同 步。 15、多个晶闸管相并联时必须考虑均流的问题，解决的方是串专用均流电 抗器。
电力电子课程设计—直流直流升压电路分析与设计电动汽车蓄电池充电器设计
题目1—直流/直流升压电路分析与设计 电动汽车蓄电池充电器设计 一、技术指标 输入电压：12-24 V，输出电压42 V，输出电压纹波<200 mV，负载电阻10 Ω，开关频率50 kHz。 二、设计要求 1). 选择主电路的类型和相应的功率器件，并对功率器件进行设计； 2). 设计电压单闭环反馈补偿器； 3). 给出输出电压的仿真结果来验证你的设计： a)电阻由10 Ω跳变到5 Ω； b)输入电压由12V跳变到24 V。 三、设计方案分析 3.1、DC-DC升压变换器的工作原理 DC-DC功率变换器的种类很多。按照输入/输出电路是否隔离来分，可分为非隔离型和隔离型两大类。非隔离型的DC-DC变换器又可分为降压式、升压式、极性反转式等几种；隔离型的DC-DC变换器又可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等几种。下面主要讨论非隔离型升压式DC-DC变换器的工作原理。 图1（a）是升压式DC-DC变换器的主电路，它主要由功率开关管VT、储能电感L、滤波电容C和续流二极管VD组成。电路的工作原理是，当控制信号Vi为高电平时，开关管VT导通，能量从输入电
源流入，储存于电感L 中，由于VT 导通时其饱和压降很小，所以二极管D 反偏而截止，此时存储在滤波电容C 中的能量释放给负载。当控制信号Vi 为低电平时，开关管VT 截止，由于电感L 中的电流不能突变，它所产生的感应电势将阻止电流的减小，感应电势的极性是左负右正，使二极管D 导通，此时存储在电感L 中的能量经二极管D 对滤波电容C 充电，同时提供给负载。电路各点的工作波形如图1（b ）。 图1 DC-DC 升压式变换器电路及工作波形 3.2、DC-DC 升压变换器输入、输出电压的关系 假定储能电感L 充电回路的电阻很小，即时间常数很大，当开关管VT 导通时，忽略管子的导通压降，通过电感L 的电流近似是线性增加的。即：t L U I i I ?+=LV L ，其中ILV 是流过储能电感电流的最小值。 在开关管VT 导通结束时，流过电感L 的电流为： ON LV LP T L U I I I ?+=，
电力电子课后作业讲解
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。
电子电路设计的一般方法和步骤
电子电路设计的一般方法与步骤 一、总体方案的设计与选择 1.方案原理的构想 (1)提出原理方案 一个复杂的系统需要进行原理方案的构思，也就是用什么原理来实现系统要求。因此，应对课题的任务、要求和条件进行仔细的分析与研究，找出其关键问题是什么，然后根据此关键问题提出实现的原理与方法，并画出其原理框图（即提出原理方案）。提出原理方案关系到设计全局，应广泛收集与查阅有关资料，广开思路,开动脑筋,利用已有的各种理论知识，提出尽可能多的方案，以便作出更合理的选择。所提方案必须对关键部分的可行性进行讨论，一般应通过试验加以确认。 (2)原理方案的比较选择 原理方案提出后，必须对所提出的几种方案进行分析比较。在详细的总体方案尚未完成之前,只能就原理方案的简单与复杂，方案实现的难易程度进行分析比较，并作出初步的选择。如果有两种方案难以敲定，那么可对两种方案都进行后续阶段设计，直到得出两种方案的总体电路图,然后就性能、成本、体积等方面进行分析比较，才能最后确定下来。 2.总体方案的确定 原理方案选定以后，便可着手进行总体方案的确定，原理方案只着眼于方案的原理，不涉及方案的许多细节，因此，原理方案框图中的每个框图也只是原理性的、粗略的，它可能由一个单元电路构成，亦可能由许多单元电路构成。为了把总体方案确定下来，必须把每一个框图进一步分解成若干个小框，每个小框为一个较简单的单元电路。当然，每个框图不宜分得太细，亦不能分得太粗，太细对选择不同的单元电路或器件带来不利，并使单元电路之间的相互连接复杂化；但太粗将使单元电路本身功能过于复杂，不好进行设计或选择。总之,
应从单元电路和单元之间连接的设计与选择出发，恰当地分解框图。 二、单元电路的设计与选择 1.单元电路结构形式的选择与设计 按已确定的总体方案框图，对各功能框分别设计或选择出满足其要求的单元电路。因此，必须根据系统要求，明确功能框对单元电路的技术要求，必要时应详细拟定出单元电路的性能指标，然后进行单元电路结构形式的选择或设计。 满足功能框要求的单元电路可能不止一个，因此必须进行分析比较，择优选择。 2.元器件的选择 (1)元器件选择的一般原则 元器件的品种规格十分繁多，性能、价格和体积各异，而且新品种不断涌现，这就需要我们经常关心元器件信息和新动向，多查阅器件手册和有关的科技资料，尤其要熟悉一些常用的元器件型号、性能和价格，这对单元电路和总体电路设计极为有利。选择什么样的元器件最合适，需要进行分析比较。首先应考虑满足单元电路对元器件性能指标的要求，其次是考虑价格、货源和元器件体积等方面的要求。 (2)集成电路与分立元件电路的选择问题 随着微电子技术的飞速发展，各种集成电路大量涌现，集成电路的应用越来越广泛。今天，一块集成电路常常就是具有一定功能的单元电路，它的性能、体积、成本、安装调试和维修等方面一般都优于由分立元件构成的单元电路。 优先选用集成电路不等于什么场合都一定要用集成电路。在某些特殊情况，如：在高频、宽频带、高电压、大电流等场合，集成电路往往还不能适应，有时仍需采用分立元件。另外，对一些功能十分简单的电路，往往只需一只三极管或一只二极管就能解决问题，就不必选用集成电路。