电源技术与应用课设大作业
1909 大连理工大学电源技术大作业
大连理工大学电源技术大作业姓名：袁伟学号：190019128677学习中心青岛博川经济专修学院学习中心题目五：大中型UPS逆变器分析总则：围绕大中型UPS逆变器，介绍其工作原理及其电路，并简述其在实际中的应用。
撰写要求：一、大中型UPS逆变器的工作原理在市电发生故障、异常时，很可能会对正在用电的用户造成数据损坏、硬件故障、编写程序的缺失等一系列问题。
不间断电源UPS 的出现使这个问题得到了解决，从此负载设备的供电质量上升到了一个新的台阶。
为了方便使用，UPS 被安置于市电电网与负载之间。
当市电电网发生故障异常甚至断电时，在电网与负载之间的不间断电源可以起着继续维持负载运行的作用。
在电力电技术子及相关产业不断发展时，大到航天飞机、超级计算机这些与国家战略方针息息相关的产业，小到笔记本电脑，医疗器械，开关等人民生活必需品，UPS 可谓无处不在，而这也显示了互联网时代人们对数据存储，程序设计可靠性的逐渐重视。
UPS 的种类多种多样，按照不同功率划分课划分为大、中、小三类；按照输入输出方式划分单进单出、三进三出等；还有早期的UPS 采用的是柴油机转换电能，不需要功率器件，这种UPS 是动态UPS，而采用功率器件连续向负载负载供电的UPS 称为动态UPS，动态UPS 和静态UPS 是按照UPS 的工作原理划分。
在线式UPS 的两条输出通道分别是交流旁路输出通道和AC/DC、DC/AC变换的输出通道。
交流旁路通道在UPS 未开机时是处于闭合状态。
在UPS 开机后，微处理器立即开始初始化操作程序，然后在线式UPS 进入软起动状态，接着在线式UPS 的逆变器开始正常工作，UPS 电源向负载供电。
(1)在市电对负载正常供电的情况下，在市电电压经过功率因数校正环节后，一方面为逆变器供电，由于逆变器逆变输出的波行是不平滑的，所以还需要经过LC 低通滤波转换为平滑的正弦波交流电提供给负载使用；另一方面，市电会经过充电器处理，之后对蓄电池充电，让电池处于饱和状态，以备不时之需。
电力电子应用技术大作业
2.3.1.
一般而言，手机在充电时对充电器输出电压电流的要求是：当电池电量较小，即电压较低时，能够进行恒压充电；当电池电量达到一定程度，即电压较为平稳时，进行恒流充电。
所以，假定电池最高电压是5V，恒流充电时电流所需为50mA，具体要求如下：
1)输入电压降压变换。将输入AC220V降压将为DC9~15V。
此处为Buck降压电路的其中一部分，其开关部分已整合至LM2576芯片之中。
临界电感的计算：
当输入约为12V时，取L=56-70mH即可。
依据使用说明可知：芯片的4号管脚所接入的是芯片自身的1.23V电压比较器，所以依据：
选定R3=3.1kΩ，R4=1kΩ时，通过闭环反馈调压，即可使输出电压V0恒定为5V。
[2]莫正康.电力电子应用技术（第3版）[M].北京.机械工业出版社，2004.
[3]侯圣语，刘建坤.电力电子技术的发展及应用[J].企业技术开发.2011(12)
[4]王青林，黄曼霞.浅析电力电子技术与发展前景[J].山东电力高等专科学校学报（3）35
[5]朱磊，侯振义，张开.电力电子技术的发展及应用[J].电源世界2008（06）
LM2576为开关型降压稳压器。该芯片的主要特点：
1)开关与PWM控制集成一体，最高输入电压40VDC
2)固定工作频率52kHz
3)最大输出电流3A
4)内部参考电压1.23V
5)反馈端用于稳定输出电压
芯片内部：
设计恒流恒压电路如下：
设计思路：
恒压：应为LM2576自身便是开关稳压芯片，而且能高效地稳定输出5V直流电压，所以实现恒压的功能只需依据该芯片中说明即可实现。如上图可以看出：
开关电源技术 大作业
Beijing Jiaotong University开关电源设计—push-pull converter结题报告姓名：TYP班级：电气0906学号：09291183组别：第九组指导老师：游小杰完成日期：2012.11.28一、设计题目设计push-pull converter变换器。
其中，输出电压48V，功率为100W，输入电压为直流70V 30V。
二、设计步骤三、具体设计流程1.基本push—pull converter 主电路结构：其工作原理如下：Q2导通时，变压器原边施加正电压，副边D1导通，电感电流上升；Q2截止时，变压器原边施加零电压，副边D1、D2导通，电感电流下降；Q1导通时，变压器原边施加负电压，副边D2导通，电感电流上升； Q1截止时，变压器原边施加零电压，副边D1、D2导通，电感电流下降。
2. 主电路参数 ①基本关系：首先根据电感电压半个周期内积分为0，得到：D N NV V ps d o ⨯⨯=2，其中)5.0,0(∈D 又o V =48V ，o P =100W ，d V =70±30Vooo V P I ==100/48=2.083A ooo I V R ==48/2.083=23.04Ω 又V V d ]100,40[∈,则]8048,20048[∈⨯D N N p s 即]6.0,24.0[∈⨯D N N p s ，则]2.1,48.0[min ∈ps N N 又d pso V N N V >⨯考虑一般p s N N 为整数，取ps N N为2，满足输入输出要求。
②选取原边参数：原边开关管、二极管工作环境相同，条件也相同，由工作原理可知： 开关管最大反向电压TP V =2*max d V =200V ，二极管最大反向电压DP V =2*max d V =200V ， 取开关管频率为10KHZ ， 考虑裕量问题，裕量50%裕量，开关管：V=1.5*200=300V ，I=1.5*4.166=6.25A ， 二极管：V=1.5*200=300V ，I=1.5*4.166=6.25A 。
大工17秋《电源技术》离线作业答案
基于分时段线性电路这一思想，按V处于通态和处于断态两个过程来分析，初始条件分电流连续和断续。
电流连续时得出
（1-3）
（1-4）
上式中：
I10和I20分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。
把式（1-3）和式（1-4）用泰勒级数近似，可得
（1-5）
平波电抗器L为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。
直流变换技术已被广泛的应用于开关电源及直流电动机驱动中，如不间断电源（UPS）、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆的无级变速及20世纪80年代兴起的电动汽车的控制。从而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。直流变换系统的结构如下图-1所示。由于变速器的输入是电网电压经不可控整流而来的直流电压，所以直流斩波不仅能起到调压的作用，同时还能起到有效地抑制网侧谐波电流的作用。
当 时，电路为电流断续工作状态， 是电流断续的条件，即
输出电压平均值为
负载电流平均值为
根据上式可对电路的工作状态做出判断。该式也是最优参数选择的依据。
三、直流斩波电路的应用
直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC变换器,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路.直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。
大连理工大学电源技术大作业
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题目三：降压斩波电路分析
大工13秋《电源技术》大作业及要求
大工13秋《电源技术》大作业及要求注意：请从以下题目中任选其一作答！要求添加自己对于本门课程的学习心得！题目一：现代电源技术发展综述总则：论述现代电源技术的发展现状及应用，并结合电力电子技术的发展，分析现代电源技术的发展趋势。
撰写要求：（1）介绍现代电源技术的发展概况。
（2）介绍现代电力电子技术的发展概况。
（3）选择一种电源，介绍其发展及应用。
（4）总结（需要说明的问题）。
（5）为区分实验报告是否独立完成，请写些自己对该课程的想法或者学习心得。
作业具体要求：1. 封面格式封面名称：大连理工大学电源技术大作业，字体为宋体加黑，字号为小一；姓名、奥鹏卡号、学习中心等字体为宋体，字号为小三号。
2. 文件名大作业上交时文件名写法为：[姓名奥鹏卡号学习中心]（如：戴卫东101410013979浙江台州奥鹏学习中心[1]VIP）；以附件形式上交离线作业（附件的大小限制在10M以内），选择已完成的作业（注意命名），点提交即可。
如下图所示。
截止时间：2014年3月4日23:59:59前。
3. 正文格式作业正文内容统一采用宋体，字号为小四，字数在2000字以上。
注意：作业应该独立完成，不准抄袭其他网站或者请人代做，如有雷同作业，成绩以零分计。
引用他人文章的内容，需在文中标注编号，文章最后写出相应的参考文献。
引用内容不得超过全文的20%。
鼓励大家对本地区的相关政策制定及实施情况进行调查了解，给出相关数据，进而有针对性的提出自己的看法。
题目二：设计高频高压直流电源总则：根据给定基本内容，完成高频高压直流电源的设计，包括短路保护，过流保护，欠压保护，主电路部分给出详细参数及计算过程。
撰写要求：（1）画出所设计的电路原理图；简要分析各组成部分的功能。
（2）设计出每个功能框图的具体电路图，并根据下列技术参数的要求，计算电路中所用元件的参数值，列举器件选择原因。
（3）技术参数和设计要求：输入：AC 220V±10% 50Hz输出：DC 40KV功率：1KW纹波：<3%效率：>90%（4）总结（需要说明的问题）。
大工20春《电源技术》大作业参考答案
大连理工大学电源技术大作业姓名：学号：功率因数校正（PFC）技术的研究随着减小谐波标准的广泛应用，更多的电源设计结合了功率因数校正(PFC)功能。
设计人员面对着实现适当的PFC段，并同时满足其它高效能标准的要求及客户预期成本的艰巨任务。
许多新型PFC拓扑和元件选择的涌现，有助设计人员优化其特定应用要求的设计。
1 IC UC3854的内部结构及工作原理功率因数是衡量电器设备性能的一项重要指标。
功率因数低的电器设备，不仅不利于电网传输功率的充分利用，而且往往这些电器设备的输入电流谐波含量较高，实践证明，较高的谐波会沿输电线路产生传导干扰和辐射干扰，影响其它用电设备的安全经济运行。
如对发电机和变压器产生附加功率损耗，对继电器、自动保护装置、电子计算机及通讯设备产生干扰而造成误动作或计算误差。
因此。
防止和减小电流谐波对电网的污染，抑制电磁干扰，已成为全球性普遍关注的问题。
国际电工委与之相关的电磁兼容法规对电器设备的各次谐波都做出了限制性的要求，世界各国尤其是发达国家已开始实施这一标准。
1.1功率因数校正基本原理功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。
基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。
开关电源供应器上的功率因数校正器的运作原理是去控制调整交流电电流输入的时间与波型，使其与直流电电压波型尽可能一致，让功率因数趋近于。
这对于电力需求量大到某一个水准的电子设备而言是很重要的, 否则电力设备系统消耗的电力可能超出其规格，极可能干扰铜系统的其它电子设备。
PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。
基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。
批次《电源技术》大作业题目及要求
批次《电源技术》大作业题目及要求部门： xxx时间： xxx整理范文，仅供参考，可下载自行编辑网络教育学院《电源技术》课程设计题目：学习中心：层次：高中起点专科专业：年级：年春/秋季学号：学生：辅导教师：完成日期：年月日摘要本论文围绕当前流行的单片开关电源芯片进行的小功率通用开关稳压电源的设计与制作。
该开关电源共选用3片主要的集成电路——TOP246Y型6端单片开关电源、线性光耦合器PC817A及可调式精密并联稳压器TL431。
利用TOP246Y型6端单片开关电源的PWM技术控制开关的占空比来调整输出电压的，以达到稳定输出的目的。
b5E2RGbCAP设计主要完成的内容有：<1）根据设计需要选择开关电源电路；<2）设计输入整流滤波电路，并确定相关器件参数；<3）基于TOP246Y的开关电源设计<4）设计高频变压器，计算确定变压器的变比与绕线匝数；<5）设计输出整流滤波电路，并确定相关器件参数；关键词：单片开关电源；PWM；占空比；高频变压器1.1.1开关电源的基本工作原理开关稳压电源的电路原理框图如图1.1.1所示。
p1EanqFDPw图1.1.1开关电源电路框图交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压通过功率转换电路进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。
反馈控制电路为脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。
这部分电路目前己集成化，制成了各种开关电源专用集成电路。
控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。
DXDiTa9E3d1.2.1开关电源的种类选择1. 单端反激式开关电源单端反激式开关电源的典型电路如图 1.2.1所示。
电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。
所谓的反激，是指当开关管VT1导通时，高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，副边上没有电流通过，能量储存在高频变压器的初级绕组中。
电源技术大作业
大连理工大学电源技术大作业姓名: 奥鹏卡号:学习中心:现代电源技术发展综述一、现代电源技术的发展趋势现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。
在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具体应用。
电源设备是一种技术含量高、知识面宽、更新换代快的产品。
现今已广泛应用到工业、能源、交通、运输、信息、航空、航天、航运、国防、教育、文化等领域。
在信息时代，上述各行各业都在迅猛地发展，发展的同时又对电源产业提出了更多更高的要求。
如节能、节电、节材、缩体、减重、防止污染，改善环境、可靠、安全等。
这就迫使电源工作者在电源研发过程中不断探索，并利用各种相关技术，做出合格电源产品，以满足各行各业的需求。
随着科学技术的发展，对电源技术的要求越来越高，规格品种越来越多，技术难度越来越大，涉及的学术领域也越来越广。
特种电源（工业电源）应用的对象具有多样性、新颖性和复杂性，要求特种电源设备不仅要保证内在性能的完美，而且要赋予其各式各样特定的外在特性以及与外部的接口方式，这就决定论特种电源技术必须兼收众多的学科的精华，融会各行各业的科技成果。
电源技术的创新促进电源技术的迅速发展，它将为生产和科技技能做出更大的贡献，可以预言，电源技术和电源设备将成为新世纪的主导技术和主流产品。
二、现代电力电子技术的发展概况现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。
在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具体应用。
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。
电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。
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前级Boost PFC 设计
前级指标：
输入电压有效值V AC=90～265V 输出电压平均值V o=385V 输出满载功率Po=100W 效率η≥90%
前级采用CRM Boost PFC 电路，使用L6512A 控制芯片。
Boost PFC 电感设计为临界连续变频电感设计。
最大输入电流i pk_max 在满载最低输入电压的峰值点取得。
由输入输出的瞬时功率不平衡关系可得：
_min _max
2/2
pk pk o v i P η⋅=
（1-1）
其中，v pk_min 为最低输入电压的峰值。
带入数据，可得i pk_max =3.5A 。
此时占空比D=1-v in /V o =0.67。
在输入电压峰值处开关频率可取f s =50kHz 。
由此时的伏秒积关系，有
_max in pk in on s
v D
L i v T f ⋅==
（1-2）
带入数据，得电感L=481uH 。
磁芯采用天通铁氧体型号为RM8，其AL=3300nH/N 2。
绕线采用0.1×25的利兹线。
绕线50匝，开气隙后测得电感感值L=412uH ，加入3.0A 直流偏置，电感感值下降为304uH 。
PFC 级测试波形
1.不同输入电压下的电流波形（Po=84.91W ）
(a) Vin=90V (b) Vin=110V
(c) Vin=220V (d) Vin=264V 图1 前级PFC不同输入电压下的电流波形
2.不同负载条件下的输入电流波形（输入电压Vin=220V）
(a) Po=42.37W (b) Po=84.91W
(c) Po=129.14W
图2前级PFC不同负载下的电流波形
3.前级的输入电流总谐波失真THD及功率因数PF
4.前级的Vds谷底检测波形
图3 Mos管的谷底检测
5.前级的母线电压Vbus的二次纹波脉动与输入电流的相位关系
图4 前级的母线电压脉动与输入电流
后级反激设计
本电路中反激变换器工作于QR 或DCM 模式，可以按照DCM 反激变换器的设计方法来完成后级主电路的设计。
设计指标： 输出电压V o=19V 满载功率Po=90W
输入电压300V~400V ，额定输入电压380V 对于断续反激，输出电流平均值：
212
o R i I T T ∆=
⋅ （2-1）
其中，i 2为变压器副边电流，T 为开关周期，T R （T R <T off ）为副边电流流通时间。
对于副边电流，由伏秒积公式有：
2
2
o R
i U L T ∆= （2-2）
从而可得，副边电流流通时间：
R T =
（2-3）
由变压器的安匝平衡可知
1122N i N i ∆=∆
（2-4）
222
1212
//L L N N n ==
联立上式可得：
2221211
22o o o
i n L i L I T U TU ∆∆=⋅=
（2-5）
对于原边电流，由伏秒积公式可得
111
i i on U U D i T L fL ∆=
= （2-6）
带入式（2-5）可得
212i i
o o
U TD U I L U =⋅
（2-7）
考虑到效率η，可得输出电压：
2212i o o U D U L I f
η
=
（2-8）
从式（2-8）中还可以看出，在保证开关频率和初级电感量不变的条件下，如果输出功率不变，则U i D=U '为常数。
若要满足全负载范围电路都工作在安匝断续模式，则初级电感
221_max
2i o U D L fP η
≤
（2-9）
最大输出功率
22_max
1
2i o U D P fL η
=
（2-10）
或者
222
_max
222
(1)122o o pk U D P L I f fL -==
（2-11）
选定反激开关管FCP380N60，其电压定额V （BR ）DS =600V ，考虑到最大输入电压时，Mos 管的电压应力最大，该电压应力为：
_max _max DS in o V V nV =+
（2-12）
要保证Mos 管正常工作，且考虑到反激变压器原边漏感带来的振荡，应留有一定的裕量，可取V DS_max =500V 。
而输出电压恒定为V o =19.5V ，最大输入电压为前级Boost PFC 的输出V bus =385V ，带入到式（2-12）可得n=5.89。
故可取匝比n=6。
为保证前级不空载开机，假设最大占空比为0.5，取最低输入电压为200V ，则有V in_min D max =100V 。
当前级母线电压上升至385V 稳定时，由U i D 为常数可知此时占空比最小，D min =100/385=0.26。
带入到式（2-9），并取效率η=90%，可得初级电感量L 1≤667uH 。
取L 1=650uH 。
变压器设计
由于反激变压器为耦合电感，且自身能实现磁复位，故可依照非饱和限制的设计方法完成设计。
选择磁芯为天通铁氧体PQ26/20，其AL=5500nH/N 2。
原边电流峰值
11
i p U TD U I L fL '
=
=
（2-13）
原边电流有效值
11I I =（2-14）
输出电流
2
2122R o o
T U I i T fLU '=∆=
（2-15）
次级电流峰值
21p p I nI =
（2-16）
次级电流有效值
22I I = （2-17）
考虑满载输出时，Po=90W 。
带入数据，可得变压器原边电流有效值的最大值I 1_max =0.63A ，变压器副边电流有效值的最大值I 2_max =4.93A 。
选择原边线圈为线径d 1=0.45mm 的漆包线,取铜线电流密度为J=7A/mm 2，则能原边能流通的电流有效值为I 1_Cu =1.1A 。
I 1_Cu >I 1_max ，满足要求。
副边线圈为0.1×100的利兹线，副边能流通的电流有效值为I 2_Cu =5.5A 。
I 2_Cu >I 2_max ，满足要求。
副边使用N 2=6匝，正好可以将骨架高度绕满，形成满层。
考虑到原副边匝比n=6，可取原边取N 1=36匝。
为减小漏感，原副边绕线采用18+6+18的三明治夹绕方法。
校核窗口利用系数k=0.3<1，满足磁芯尺寸要求。
此时如果变压器不垫气隙，则原边电感量L=AL ×N 12=7.1mH>>650uH 。
因此考虑开气隙，气隙长度由具体电感量测试决定。
最终加气隙后测试结果为原边电感量L p=607uH，此电感量包含了原边的激磁电感和漏感，即L p=L1+Lσ1，测试得原边漏感Lσ1=4.5uH，副边电感L s=17.9uH。
忽略副边漏感，则L s=L2。
从而得到了以下一组变压器参数：
原边激磁电感L1=602.5uH
原边漏感Lσ1=4.5uH
副边激磁电感L2=602.5uH
后级反激测试
1.不同输入电压下Mos管的漏源级电压Vds (Po=33W)
（a）Vin=200V （b）Vin=300V
(c) Vin=400V
图5不同输入电压下Mos管的漏源级电压波形
2.不同负载条件下的Mos管的漏源级电压Vds （Vin=400V）
（a）Po=33.72W (b) Po=55.81W
(c) Po=82.63W
图6 不同负载条件下的Mos管的漏源级电压Vds波形3.输出电压V o脉动波形
图7 反激变换器输出电压的高频脉动
两级测试
1.两级测试数据
2.效率，THD，PF曲线（1）效率曲线
（2）THD曲线
（3）PF值曲线。