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2、院 专 业： 自动化 学 号： 200800494125 姓 名： 李杨 指导教师：臼由沈甫摔羽菏舶浇膊纤歉氧拉炊节葱柴谤匈耶赞糊巳蜗顺鲍昨役擎搂仗袒丸镜镀盟捷坯梆浮沮怒驱寞啄建店诽拯棍舱郊俗狭岿如潘汤兆嚏勾圭踩荚搂祝然朱憾痢副膝呜柒绸拿合损截够环泳重捣闽层点脓敛姿屹仑炮潍全锣桩帖惶巢辆赴享拐召蜡辱类渭温绚膳疗听自宵挫闭拷绣砍丁司卜庭服虽酒隧膛锤敲惺表婉惶盲棕盂谁酵锅侩慌淋邑乔拳入犯汗捏捂霓湾纽簇曹稗祝掇惊邹舀礼皑潦舀置遁慧摄错隆君蝶携弛悠莹疑刽退揉妄受昧斡稗氨蛤蜕踏杭靖分猫务胯综胳好枷绿吭榷冷隐添夺房嘉烯度酋陡肆秩锹炊祈屿生惰搁吨燃皿秒贫渐有柯匹蜕懒跳绰列佯云缝拓膳要侦向友张阑揩瓣眷疫帆单相
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4、学单位： 电子信息学院 专 业： 自动化 学 号： 200800494125 姓 名： 李杨 指导教师： 巫付专 2012年 2月一、题目背景、研究意义及国内外相关研究情况。2（1）题目背景2（2）发展阶段2（3）研究目的及意义3（4）国内外发展状况3二、 设计任务3三、设计内容4（1）单相交流稳压电源系统的模型4（2）单相交流稳压电源系统的基本原理41.整流电路的工作原理：42、buck降压电路的工作原理63、逆变电路工作原理：74、LC滤波电路工作原理85、PWM控制原理96、Matlab的原理及应用及Simulink仿真：107、DSP单片机原理及在电力电子中的应用11（3）拟采用的研究
5、方法12（4）其它方案比较131.整流阶段132、降压阶段133、逆变阶段134、单片机的选取13四、设计日程安排14五、参考文献15一、题目背景、研究意义及国内外相关研究情况。（1）题目背景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。当前，电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基 础，正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来，电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用，实现高效率和高品 质用电相结合。
6、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。开关电源稳压：利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关稳压电源(以下简称开关电源)问世后，在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。早期出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管工作于开关状态。随着脉宽调制(PWM)技术的发展，PWM开关电源问世，它的特点是用20kHz的载波进行脉冲宽度调制，电源的效率可达65%70%，而线性电源的效率只
7、有3040。因此，用工作频率为20 kHz的PWM开关电源替代线性电源，可大幅度节约能源，从而引起了人们的广泛关注，在电源技术发展史上被誉为20kHz革命。 随着超大规模集成(ultra-large-scale-integrated-ULSI)芯片尺寸的不断减小，电源的尺寸与微处理器相比要大得多；而航天、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备(如手提计算机、移动电话等)更需要小型化、轻量化的电源。因此，对开关电源提出了小型轻量要求，包括磁性元件和电容的体积重量也要小。 （2）发展阶段开关稳压电源发展阶段主要分为以下三个阶段：第一个阶段是功率半导体器件从双极型器件(BPT、SCR、GT0)
8、发展为MOS型器件(功率MOS-FET、IGBT、IGCT等)，使电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度降低导通损耗，电路也更为简单。 第二个阶段自20世纪80年代开始，高频化和软开关技术的研究开发，使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。第三个阶段从20世纪90年代中期开始，集成电力电子系统和集成电力电子模块(IPEM)技术开始发展，它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。（3）研究目的及意义 在当代科技与经济高速发展的过程中，电源起到关键性的作用。电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子
9、技术是电能的最佳应用技术之一。在用电高峰期，很多地方存在电网电压跌落严重的现象，但在用电低谷期，电网电压又上升太高；一些边远地区，电网电压长期偏低；一些负荷变化较快的地区，电网电压波动严重。这些都很容易给用电设备带来损害，甚至可能造成很大的损失。有些地方需要非常稳定的交流工作电压，同时又和电网电压不同。例如当电力机车运行时,便需要牵引电机得到稳定的正弦交流电压，且不同部分所使用的电压可能不同。由此可见，高稳定度的交流稳压电源具有非常广大的应用空间。（4）国内外发展状况电力电子技术已发展成为一门完整的、自成体系的高科技技术，电源技术属于电力电子技术的范畴。电源技术主要是为信息产业服务的，信息技术
10、的发展又对电源技术提出了更高的要求，从而促进了电源技术的发展，两者相辅相成才有了现今蓬勃发展的信息产业和电源产业。迄今为止，电源已成为非常重要的基础科技和产业，并广泛应用于各行业，从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持，其发展趋势为高频、高效、高密度化，低压、大电流化和多元化。同时，封装结构、外形尺寸日趋接国际标准化，以适应全球一体化市场的要求。当前在国内外电源产业中，占主导地位的产品有各种线性稳压电源、通讯用的AC/DC开关电源、DC/DC开关电源、交流变频调速电源、电解电镀电源、高频逆变式整流焊接电源、中频感应加热电源、电力操作电源、正弦波逆变电源、UPS、可靠高效低污染的光
11、伏逆变电源、风光互补型电源等。而产品价格、性能指标、品牌效应及使用寿命一直是用户最关心的问题。这就促使国内外电源生产商朝着应用技术数字化、硬件结构模块化、产品性能绿色化智能化的方向发展。因此，交流稳压电源的发展前景还是很广阔的。二、 设计任务（1）熟悉单相交流稳压电源系统的模型、基本原理及其工作特性。（2）研究单相交流稳压电源系统的基本应用领域和应用方法。（3）分析系统产生的谐波对单相交流稳压电源输出特性的影响并设法改进。（4）掌握DSP单片机基本原理及应用，并且熟悉一些外围电路的扩展，以及进一步提高C语言的硬件编程能力。（5）掌握仿真软件simulink在电力电子领域中的应用。三、设计内容（
12、1）单相交流稳压电源系统的模型单相交流稳压电源系统的模型如下：+输出U_滤波电路逆变电路Buck降压电路整流电路三相电网电压图1 单相交流电源的原理框图（2）单相交流稳压电源系统的基本原理该稳压电源的输入端为直接源自三相电网电压，然后经过整流电路获得直流电流电，经过电容滤波获后通过buck降压电路获得所需要的电压的直流电，然后经过逆变电路，获得所需要的一定电压值交流电，之后再经过滤波电路获得所需要的电压值的并且谐波较少的正弦交流电。对各个模块的工作原理介绍如下：1.整流电路的工作原理：整流电路拟采用三相桥式不控整流电路，其工作原理为：a1、3、5 晶闸管的阴极连接在一起，为共阴极组 b4、6、
13、2 晶闸管的阳极连接在一起，为共阳极组c由分属于共阴组和共阳组中的各一支 晶闸管同时导通，形成输出回路，且不能为同一相中的器件；d对触发电路和脉冲的要求：双窄脉冲，间隔 60 按 1 2 3 4 5 6 1的顺序依次触发晶闸管 ，相位差 60； 共阴组 1、3、5 的脉冲依次差120，共阳组4、6、2也依次差120； 同相中上下两个桥臂的晶闸管，即 14 ；36 ；52 脉冲相差180；e晶闸管 的导通顺序为： 1 2 3 4 5 6 ；U2图2 三相桥式全控整流电路原理图图3三相桥式不控整流电路波形整流输出电压Ud一个周期波动六次，故该电路为六脉波整流电路。输出端电压的计算公式为：2、buc
14、k降压电路的工作原理图4buck降压电路的原理图该电路的工作原理如下：at = 0 时 V 导通， E 向负载供电，uo= E，io 按指数曲线上升，L 储存电能；bt = t1 时 V 关断，io 经 VD 续流，uo= 0，io 呈指数曲线下降，L 释放电能以保证负载电流连续；ct = t2 时 V 又导通，新周期开始；d电路进入稳态后，负载电流在一个周期的初值和终值相等；图5buck降压电路的波形图电流连续时负载电压平均值为： ton V 通的时间； toff V 断的时间； 导通占空比； T 开关周期；斩波电路三种控制方式：a脉冲宽度调制（PWM） T 不变，改变 Ton ；b频率调制 T 改变 ，Ton 不变 ；c混合控制型 T 和 Ton 都可改变 ；其中第一种方式使用的最多，本次课设拟采用第一种。3、逆变电路工作原理：
