全国大学生电子设计竞赛电源培训

电源技术主讲人：袁臣虎2013年7月26日天津工业大学电气工程与自动化学院�基础题类�通讯类�仪器类�电力电子类�控制类电源类电子设计竞赛题目类型天津工业大学电气工程与自动化学院电力电子技术应用于电气领域的电子技术,使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。强电（主电路）与弱电（控制电路）结合1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院电力电子器件（1）按可控性分类1）不控型器件大功率二极管2）半控型器件SCR3）全控型器件GTR、GTO、MOSFET、IGBT（2）按驱动信号类型分类1）电流驱动型SCR、GTR2）电压驱动型MOSFET、IGBT1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院SCRGTOGTRMOSFETIGBT1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院AC-DC1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院DC-DC1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院AC-AC1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院电力电子技术的应用动车组1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院直流输电1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院柔性交流输电（FACTS）1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院计算机电源1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院计算机电源1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院相关学科1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院电力电子技术广泛地应用于工业、交通、IT、通信、国防以及家电等领域，目前全球600亿美元的电力电子产品市场已经形成，支撑着5700亿美元的电器电子硬件产品。据美国国家电力科学研究院分析，2010年，大约80％的电能将通过电力电子变流器来处理。应用前景1.电力电子基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院2.电源基础知识电源电压源电流源天津工业大学电气工程与自动化学院①电压源特性a.理想电压源特性IV输出电压恒定，输出电流由外电路负载决定，输出功率可以无穷大。但不允许短路，违背了基尔霍夫电压定律（KVL)。2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院b.实际电压源特性输出电压在一定输出电流范围内恒定，输出电流由外电路负载决定，输出功率由输出电压和输出电流乘积决定。不允许短路，否则会烧坏！但是一般电压源均有限流和短路保护电路。IV稳定区超载区Ih2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院2）.电流源a.理想电流源特性VI输出电流恒定，输出电压由外电路负载决定，输出功率可以无穷大。但不允许开路，违背了基尔霍夫电流定律（KCL)。2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院b.实际电流源特性输出电流在一定输出电压范围内恒定，输出电压由外电路负载决定，输出功率由输出电压和输出电流乘积决定。不允许开路，否则会烧坏！但是一般电流源均有限压和开路保护电路。VI稳定区超载区Vh2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院3）.线性电源优点：无任何EMI辐射，输出电压纹波小，成本低。缺点：体积大，重量大，效率低。工频变压器市电整流器稳压电路负载U2Cut/sut/sut/sut/s①.线性电源基本原理2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院②.电源性能指标参数a)稳压系数/==/LLOOOIrIIOIRRUUUUSUUUU常数常数定义为负载一定时，稳压电路输出电压相对变化量与其输入电压相对变化量之比Sr表明电网电压波动的影响，其值愈小，电网电压变化时输出电压的变化愈小。2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院c)电流调整率（负载调整率）b)电压调整率在额定负载且输入电压产生最大变化的条件下，输出电压产生的变化量△Uo，称为电压调整率。在输入电压一定且负载电流产生最大变化的条件下，输出电压产生的变化量△Uo，称为电流调整率，也称为负载调整率。d)电源效率η=100%OOIIUIUI2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院③.稳压电路及其工作原理A-+R1R2R3R+-UCEUBUO+-+-UITDZT为调整管DZ为稳压管A为线性放大器串联稳压电路OICEUUU2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院A-+R1R2R3R+-UCEUBUO+-+-UITDZUNUZONBCEOUUUUUONBCEOUUUUU2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院A-+R1R2R3R+-UCEUBUO+-+-UITDZUNUZ123min23OZRRRUURR+++123max3OZRRRUUR++2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院T为大功率调整管，工作于线性放大状态，输入电压和输出电压相差越大功耗越大，效率很低。调整管极限参数的确定必须考虑输入电压由于电网波动而产生的变化，以及输出电压的调节和负载电流的变化所产生的影响。④.线性电压调节器R2UO+-+-UIA-+R1ADJINOUTLM317调压器2211.251++OADJRUIRR（）IADJ很小可以忽略不记。211.251+ORUR（）2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院线性稳压输出模块(LM78XX)和负电压输出模块(LM79XX)。78xx79xxINGNDOUTINOUTGND要求输入电压和输出电压之间由电压差，且输出电流需要的电压差越大，其典型值为1-3V，最大可达35V。2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院4）.开关电源优点：效率高、体积小、重量轻缺点：EMI、成本高EMIPFC市电整流器负载C功率变换器高频变压器整流滤波控制电路ACDCACDC2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院（1）.开关电源电路分析方法①各功率开关管（三极管或二极管）换流时刻作为各开关模态的转换时刻。②假设条件充分合理。a.开关管均为理想开关，导通压降为零，关断电阻为无穷大。b.大电容等效为恒压源，大电感等效为恒流源。。。。。。。。2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院（2）.开关电源基本电路拓扑a.降压型BUCK变换器ELCRQDQ、D为理想开关管C充分大，输出电压基本不变。假设条件：2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院开关模态1ELQDUOLitOLEUiL2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院开关模态2EQDUOLion(t-T)OLUiLTTonToff根据伏秒积平衡原理，可推得()OOonononOEUUTTTTUEDELLTD=Ton/T占空比2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院ELCRQD1RfRprampucomurefUouCv1CCv电压控制型BUCK变换器p0rampuHULUcomutt10T2T3T4T电压控制PWM波形2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院ELCRQD1RfRrefirefUououA1CpLiRSQCLK()st0refiLitt0T2T3T4T1电流控制型BUCK变换器电流控制PWM波形2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院b.升压型BOOST变换器ECRQouLDQ、D为理想开关管C充分大，输出电压基本不变。假设条件：2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院ECQOULDLi开关模态1tLEiL开关模态2ECQOULDLion(t-TOLEUiL）根据伏秒积平衡原理，可推得1()1OononOonEUETTTTUEELLTTD2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院c.推挽型DC/DC变换器E1Q2Q1D2D3D4DLCRT推挽型DC/DC变换器2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院E1Q2Q1D2D3D4DLCRTE/En:1nE1Q2Q1D2D3D4DLCRTE/En:1nE1Q2Q1D2D3D4DLCR模态1模态2模态32.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院E1Q2Q1D2D3D4DLCRT驱动脉冲2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院d.半桥型DC/DC变换器E1Q2Q1C2C1D2D3D4DLCRT半桥型DC/DC变换器2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院E1Q2Q1C2C1D2D3D4DLCR/2E/2EnT:1nE1Q2Q1C2C1D2D3D4DLCR/2E/2EnT:1nE1Q2Q1C2C1D2D3D4DLCR模态1模态2模态32.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院E1Q2Q1C2C1D2D3D4DLCRT驱动脉冲2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院e.全桥型DC/DC变换器E1Q2Q3Q4Q1D2D3D4DLCR全桥型DC/DC变换器2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院E1Q2Q3Q4Q1D2D3D4DLCRE/EnT:1n模态1E1Q2Q3Q4Q1D2D3D4DLCRE/EnT:1n模态2E1Q2Q3Q4Q1D2D3D4DCRL模态32.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院E1Q2Q3Q4Q1D2D3D4DLCR驱动脉冲2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院E1Q1DCRTe.反激式DC/DC变换器反激式DC/DC变换器2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院E1Q1DCRT模态1E1Q1DCRT模态2驱动脉冲2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院（3）.开关电源控制芯片电压控制芯片SG35252.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院2.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院电流控制芯片UC3842/32.电源基础知识天津工业大学电气工程与自动化学院设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。其原理示意图如下：1994简易数控直流电源一、设计任务3.历年竞赛题目分析天津工业大学电气工程与自动化学院二、设计要求1．基本要求（1）输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV；（2）输出电流：500mA；（3）输出电压值由数码管显示；（4）由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减；（5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出±15V，＋5V。2．发挥部分（1）输出电压可预置在0～9.9V之间的任意一个值；（2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）；（3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。3.历年竞赛题目分析天津工业大学电气工程与自动化学院3.历年竞赛题目分析天津工业大学电气工程与自动化学院单片机AT89C51DAC0832运算放大器3.历年竞赛题目分析天津工业大学电气工程与自动化学院1997直流稳定电源一、任务设计并制作交流变换为直流的稳定电源。二、要求1．基本要求（1）稳压电源在输入电压22