基于MATLAB的三相橋式PWM逆變電路

1、 電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告題目：三相橋式PWM逆變電路設(shè)計學(xué) 院：姓 名：學(xué) 號：專業(yè)班級：指導(dǎo)老師：時 間：目 錄課題背景*2三相橋式SPWM逆變器的設(shè)計內(nèi)容及要求*3SPWM逆變器的工作原理*3MATlAB仿真設(shè)計*12硬件實(shí)驗*19實(shí)驗總結(jié)*23附錄一 Matab簡介*24附錄二 Protel簡介*25參考文獻(xiàn)*26三相橋式PWM逆變電路設(shè)計一、課題背景正弦逆變電源作為一種可將直流電能有效地轉(zhuǎn)換為交流電能的電能變換裝置被廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)生活中 ,其中有:針對計算機(jī)等重要負(fù)載進(jìn)行斷電保護(hù)的交流不間斷電源 UPS (Uninterruptle Power Supply) ;針對交流異

2、步電動機(jī)變頻調(diào)速控制的變頻調(diào)速器;針對智能樓宇消防與安防的應(yīng)急電源 EPS ( Emergence Power Supply) ;針對船舶工業(yè)用電的岸電電源 SPS(Shore Power Supply) ;還有針對風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等而開發(fā)的特種逆變電源等等.隨著控制理論的發(fā)展與電力電子器件的不斷革新 ,特別是以絕緣柵極雙極型晶體管 IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor)為代表的自關(guān)斷可控型功率半導(dǎo)體器件出現(xiàn) ,大大簡化了正弦逆變電源的換相問題 ,為各種 PWM 型逆變控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了新的實(shí)現(xiàn)方法 ,從而進(jìn)一步簡化了正弦逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制.電

3、力電子器件的發(fā)展經(jīng)歷了晶閘管（SCR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、晶體管（BJT）、絕緣柵晶體管（IGBT）等階段。目前正向著大容量、高頻率、易驅(qū)動、低損耗、模塊化、復(fù)合化方向發(fā)展，與其他電力電子器件相比，IGBT具有高可靠性、驅(qū)動簡單、保護(hù)容易、不用緩沖電路和開關(guān)頻率高等特點(diǎn)，為了達(dá)到這些高性能，采用了許多用于集成電路的工藝技術(shù)，如外延技術(shù)、離子注入、精細(xì)光刻等。 IGBT最大的優(yōu)點(diǎn)是無論在導(dǎo)通狀態(tài)還是短路狀態(tài)都可以承受電流沖擊。它的并聯(lián)不成問題，由于本身的關(guān)斷延遲很短，其串聯(lián)也容易。盡管IGBT模塊在大功率應(yīng)用中非常廣泛，但其有限的負(fù)載循環(huán)次數(shù)使其可靠性成了問題，其主要失效機(jī)理是陰極引線焊點(diǎn)

4、開路和焊點(diǎn)較低的疲勞強(qiáng)度，另外,絕緣材料的缺陷也是一個問題。 隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，正弦波輸出變壓變頻電源已被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域中，與此同時對變壓變頻電源的輸出電壓波形質(zhì)量也提出了越來越高的要求。對逆變器輸出波形質(zhì)量的要求主要包括兩個方面：一是穩(wěn)態(tài)精度高；二是動態(tài)性能好。因此，研究開發(fā)既簡單又具有優(yōu)良動、靜態(tài)性能的逆變器控制策略，已成為電力電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 在現(xiàn)有的正弦波輸出變壓變頻電源產(chǎn)品中，為了得到SPWM波，一般都采用雙極性調(diào)制技術(shù)。該調(diào)制方法的最大缺點(diǎn)是它的6個功率管都工作在較高頻率(載波頻率)，從而產(chǎn)生了較大的開關(guān)損耗，開關(guān)頻率越高，損耗越大。本文針對正弦波輸出變壓變頻

5、電源SPWM調(diào)制方式及數(shù)字化控制策略進(jìn)行了研究，以SG3525為主控芯片，以期得到一種較理想的調(diào)制方法，實(shí)現(xiàn)逆變電源變壓、變頻輸出。二、三相橋式SPWM逆變器的設(shè)計內(nèi)容及要求對三相橋式pwm逆變電路的主電路及控制電路進(jìn)行設(shè)計，參數(shù)要求如下：直流電壓為100 V。三相阻感負(fù)載，負(fù)載中R=2,L=1mH，要求頻率范圍：10Hz100Hz。設(shè)計要求：1.理論設(shè)計：了解掌握三相橋式PWM逆變電路的工作原理，設(shè)計三相橋式PWM逆變電路的主電路和控制電路。包括：IGBT電流，電壓額定的選擇驅(qū)動保護(hù)電路的設(shè)計畫出完整的主電路原理圖和控制原理圖列出主電路所用元器件的明細(xì)表2.仿真試驗：利用MATLAB仿真軟件

6、對三相橋式pwm逆變電路的主電路及控制電路進(jìn)行仿真建模，元件管腳數(shù)，并進(jìn)行仿真試驗。3.實(shí)際制作：利用PROTEL軟件繪出原理圖，結(jié)合具體所用外型尺寸，考慮散熱和抗干擾等因素，設(shè)計PCB印刷電路板。最后完成系統(tǒng)電路組裝，調(diào)試。三、SPWM逆變器的工作原理由于期望的逆變器輸出是一個正弦電壓波形，可以把一個正弦半波分作N等分。然后把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用個與此面積相等的等高矩形脈沖來代替，矩形脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等分的中點(diǎn)重合。這樣，由N個等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形為正弦的半周等效。同樣，正弦波的負(fù)半周也可用相同的方法來等效。 這一系列脈沖波形就是所期望的逆變器輸出SPW

7、M波形。由于各脈沖的幅值相等，所以逆變器可由恒定的直流電源供電，也就是說，這種交一直一交變頻器中的整流器采用不可控的二極管整流器就可以了(見圖2-1，2-2，2-3 )。逆變器輸出脈沖的幅值就是整流器的輸出電壓。當(dāng)逆變器各開關(guān)器件都是在理想狀態(tài)下工作時，驅(qū)動相應(yīng)開關(guān)器件的信號也應(yīng)為與形狀相似的一系列脈沖波形，這是很容易推斷出來的。從理論上講，這一系列脈沖波形的寬度可以嚴(yán)格地用計算方法求得，作為控制逆變器中各開關(guān)器件通斷的依據(jù)。但較為實(shí)用的辦法是引用通信技術(shù)中的“調(diào)制”這一概念，以所期望的波形(在這里是正弦波)作為調(diào)制波(ModulationWave )，而受它調(diào)制的信號稱為載波(Carrier

8、 Wave )。在SPWM中常用等腰三角波作為載波，因為等腰三角波是上下寬度線性對稱變化的波形，當(dāng)它與任何一個光滑的曲線相交時，在交點(diǎn)的時刻控制開關(guān)器件的通斷，即可得到一組等幅而脈沖寬度正比于該曲線函數(shù)值的矩形脈沖，這正是SPWM所需要的結(jié)果（2-1）可控整流器調(diào)壓、六拍逆變器變頻不控整流、斬波器調(diào)壓、六拍逆變器變頻2-3不控整流、PWM逆變器調(diào)壓調(diào)頻工作原理圖2-4是SPWM變頻器的主電路，圖中VTlVT6是逆變器的六個功率開關(guān)器件(在這里畫的是IGBT)，各由一個續(xù)流二極管反并聯(lián)，整個逆變器由恒值直流電壓U供電。圖2-5是它的控制電路，一組三相對稱的正弦參考電壓信號由參考信號發(fā)生器提供，其

9、頻率決定逆變器輸出的基波頻率，應(yīng)在所要求的輸出頻率范圍內(nèi)可調(diào)。參考信號的幅值也可在一定范圍內(nèi)變化，決定輸出電壓的大小。三角載波信號是共用的，分別與每相參考電壓比較后，給出“正”或“零”的飽和輸出，產(chǎn)生SPWM脈沖序列波 作為逆變器功率開關(guān)器件的驅(qū)動控制信號。2-4主電路當(dāng)時，給V4導(dǎo)通信號，給V1關(guān)斷信號給V1(V4)加導(dǎo)通信號時，可能是V1(V4)導(dǎo)通，也可能是VD1(VD4)導(dǎo)通。和的PWM波形只有Ud/2兩種電平。當(dāng)urUuc時，給V1導(dǎo)通信號，給V4關(guān)斷信號，。波形可由得出，當(dāng)1和6通時，=，當(dāng)3和4通時，=，當(dāng)1和3或4和6通時，=0。輸出線電壓PWM波由Ud和0三種電平構(gòu)成負(fù)載相電

10、壓PWM波由(2/3) 、(1/3) 和0共5種電平組成。防直通的死區(qū)時間同一相上下兩臂的驅(qū)動信號互補(bǔ)，為防止上下臂直通而造成短路，留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號的死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短主要由開關(guān)器件的關(guān)斷時間決定。死區(qū)時間會給輸出的PWM波帶來影響，使其稍稍偏離正弦波。2-5 控制電路控制方式脈寬調(diào)制的控制方式從調(diào)制脈沖的極性上看，可分為單極性和雙極性之分:參加調(diào)制的載波和參考信號的極性不變，稱為單極性調(diào)制;相反，三角載波信號和正弦波信號具有正負(fù)極性，則稱為雙極性調(diào)制。(1)單極性正弦脈寬調(diào)制單極性正弦脈寬調(diào)制用幅值為的參考信號波與幅值為,頻率為的三角波比較，產(chǎn)生功率開關(guān)信號。其原理波形如圖

11、2-6所示。圖2-6是用單相正弦波全波整流電壓信號與單向三角形載波交截，再通過倒相產(chǎn)生功率開關(guān)驅(qū)動信號。參考波頻率fr決定了輸出頻率fo，每半周期的脈沖數(shù)P決定于載波頻率fc。即: P=fc2fa (2-1) 用參考電壓信號的幅值Ur，與三角形載波信號的幅值Uc的比值，即調(diào)制度m = Ur/Uc，來控制輸出電壓變化。當(dāng)調(diào)制度由01變化時，脈寬由0/p變化，輸出電壓由0 E變化。如果每個脈沖寬度為，則輸出電壓的傅里葉級數(shù)展開式為:U0(t)=n=1(Ancosnt+Bnsinnt) （2-2)系數(shù)An和Bn由每個脈寬為，起始角為的正脈沖來決定和對應(yīng)的負(fù)脈沖起始角+來決定。如果第j個脈沖的起始角為

12、j則有An=j=1p4Ensinn2cosnaj+2 (2-3a) Bn=j=1p4Ensinn2sinn(aj+2) (2-3b)由式(2-3a)、式(2-3b)可計算輸出電壓的傅里葉級數(shù)的系數(shù)An=j=1p2Ensinnaj+j-sinnaj (2-4a)Bn=j=1p2Encosnaj-cosnaj+j (2-4b)2-6 單極性正選脈寬調(diào)制SPWM原理波形(2)雙極性正弦脈寬調(diào)制雙極性正弦脈寬調(diào)制原理波形如圖2-7所示。輸出電壓u0(t)波形在02區(qū)間關(guān)于中心對稱、在0區(qū)間關(guān)于軸對稱，其傅里葉級數(shù)展開式為U0t= n=1,3,5 Bn sinnt (2-5) Bn=20u0t sinn

13、tdt式（2-5）中輸出電壓u0（t）可看成是幅值為E，頻率為fo的方波與幅值為2E、頻率為fc的負(fù)脈沖序列(起點(diǎn)和終點(diǎn)分別為的疊加。因此 Bn=20Esinntdt-a1a2Esinntdt-a3a4Esinntdt-a2p-1a2pEsinntdt=4E n1-j=1p(cosna2j-1-cosna2j) (2-6)則輸出電壓為U0t=n=1,3,5 4E n1-j=1p(cosna2j-1-cosna2j)sinnt (2-7)輸出電壓基波分量U01t為U01t=4E n1-j=1p(cosna2j-1-cosna2j)sinnt (2-8)需要注意的是，從主回路上看，對于雙極性調(diào)制，

14、由于同一橋臂上的兩個開關(guān)元件始終輪流交替通斷，因此容易引起電源短路，造成環(huán)流。為防止環(huán)流，就必須增設(shè)延時觸發(fā)環(huán)節(jié)，設(shè)置死區(qū)。 正弦脈寬調(diào)制的調(diào)制算法 三角波變化一個周期，它與正弦波有兩個交點(diǎn)，控制逆變器中開關(guān)元件導(dǎo)通和關(guān)斷各一次。要準(zhǔn)確的生成SPWM波形，就要精確的計算出這兩個點(diǎn)的時間。開關(guān)元件導(dǎo)通時間是脈沖寬度，關(guān)斷時間是脈沖間隙。正弦波的頻率和幅值不同時，這些時間也不同，但對計算機(jī)來說，時間由軟件實(shí)現(xiàn)，時間的控制由定時器完成，是很方便的，關(guān)鍵在于調(diào)制算法。調(diào)制算法主要有自然采樣法、規(guī)則采樣法、等面積法等。1.自然采樣法 按照SPWM控制的基本原理，在正弦波與三角波的交點(diǎn)進(jìn)行脈沖寬度和間隙的

15、采樣，去生成SPWM波形，成為自然采樣法。如圖2-8所示圖2-8 自然采樣法原理圖2.規(guī)則采樣法為使采樣法的效果既接近自然采樣法，沒有過多的復(fù)雜運(yùn)算，又提出了規(guī)則采樣法。其出發(fā)點(diǎn)是設(shè)法使SPWM波形的每個脈沖都與三角波中心線對稱。這樣，圖2-9中的法。計算就大大簡化了。圖2-9 規(guī)則采樣法原理圖3.雙極性正弦波等面積法正弦波等面積算法的基本原理為:將一個正弦波等分成H，個區(qū)段，區(qū)段數(shù)一定是6的整數(shù)倍，因為三相正弦波，各項相位互差，要從一相正弦波方便地得到其他兩相，必須把一個周期分成6的整數(shù)倍。由圖2-10可見，越大，輸出波形越接近正弦波。在每一個區(qū)段，等分成若干個等寬脈沖(N)，使這N個等寬脈

16、沖面積等于這一區(qū)段正弦波面積。采用這種方法既可以提高開關(guān)頻率，改善波形，又可以減少計算新脈沖的數(shù)量，節(jié)省計算機(jī)計算時間。如圖2-10所示其正弦波面積為四、MATlAB仿真設(shè)計1） 主電路整個三相橋式PWM逆變電路的設(shè)計分為兩塊主電路部分和控制電路部分。據(jù)原理圖1，在Simulink中搭建系統(tǒng)主電路如下圖所示。主要用到了simpowersystems工具箱和Simulink工具箱。圖中的逆變主電路用Universal Bridge 則更加簡單。圖中的變壓器起到隔離作用，使得spwm波和負(fù)載波形同時能測取。主電路原理圖如下：圖2-11 主電路原理圖2） 控制電路設(shè)計 控制電路原理如下：據(jù)自然采樣法

17、，三個互差120o的正弦波與高頻三角載波進(jìn)行比較，每路結(jié)果再經(jīng)反相器產(chǎn)生與原信號相反的控制波，分別控制上下橋臂IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷。這樣產(chǎn)生的六路spwm波分別控制六個IGBT的通斷，從而在負(fù)載端產(chǎn)生與調(diào)制波同頻的三相交流電。圖中的三角載波用S函數(shù)產(chǎn)生。 圖2-12 三相橋式PWM逆變電路中的控制部分電路MATLAB仿真模型3） 仿真結(jié)果與分析產(chǎn)生頻率為30HZ時的實(shí)驗將控制電路中的三相正弦波函數(shù)發(fā)生器Sine Wave的頻率調(diào)為30HZ，即在頻率參數(shù)欄中輸入60*pi，則系統(tǒng)輸出頻率也應(yīng)為30HZ。仿真運(yùn)行系統(tǒng)，顯示如圖2-13所示。圖2-13 頻率為30HZ仿真模型從圖2-13可以看出，系

18、統(tǒng)輸出正弦波周期為0.033s左右，即頻率約為30HZ.前三路波形分別為uUN,uVN,uWN,第四路為濾波前的uVW，第五路為濾波后的uVW。產(chǎn)生頻率為50HZ時的實(shí)驗圖2-14 頻率為50HZ的仿真模型從圖2-14可以看出，系統(tǒng)輸出正弦波周期為0.02s，即頻率為50HZ。產(chǎn)生頻率為100HZ時的實(shí)驗 圖2-15 頻率為100HZ的仿真模型從圖2-15可以看出，系統(tǒng)輸出正弦波周期為0.01s，即頻率為100HZ。4） 濾波裝置圖2-16 LC濾波裝置 L為工頻電感，電感量可選為12mH。為減小噪聲，選閉合鐵芯，如OD型硅鋼鐵芯（400Hz）或鐵粉芯鐵芯C為工頻電容，可以選CBB61-10F

19、-250VAC .帶濾波頻率為Hz，三正弦波源電壓幅值0.8V時逆變波形圖圖2-17帶濾波的電流,電壓帶濾波，為Hz，三正弦波源電壓幅值0.8V時逆變波形圖圖2-18 帶濾波的電流,電壓圖 加LC濾波裝置后發(fā)現(xiàn)輸出電流,電壓為標(biāo)準(zhǔn)正弦波.通過調(diào)節(jié)信調(diào)節(jié)信號波波的fo, 影響SPWM的頻率和脈寬改變IGBT導(dǎo)通時間，從而可改變輸出電壓電流頻率幅值。五、硬件實(shí)驗 IGBT選擇逆變器允許輸出峰值電流為 Im=3Iom=3*5.5A=16.5A （4-1）所以開關(guān)管的電流定額可以選為600V。我們可以選30A，600V，TO-247封裝的IGBT管，如三星公司的SGH30N60VFD、IR公司的IRG

20、PC50KD2、HARRIS公司的HGTG27N60C3DR、IXYS公司的IXSH30N60AVI等。 IGBT驅(qū)動保護(hù)電路選擇 本設(shè)計采用日本富士公司的EXB841（日本富士公司的EXB系列混合集成電路是生產(chǎn)的IGBT專用驅(qū)動芯片）高速集成芯片去驅(qū)動。它本身具有驅(qū)動電流放大能力，同時具有使控制電路和IGBT所在主電路間實(shí)現(xiàn)電流隔離的功能，還具有過電流保護(hù)功能。驅(qū)動芯片EXB841的控制原理EXB841的驅(qū)動主要有三個工作過程：正常開通過程、正常關(guān)斷過程和過流保護(hù)動作過程。14和15兩腳間外加PWM控制信號，當(dāng)觸發(fā)脈沖信號施加于14和15引腳時，在GE兩端產(chǎn)生約16V的IGBT開通電壓；當(dāng)觸

21、發(fā)控制脈沖撤銷時，在GE兩端產(chǎn)生-5.1V的IGBT關(guān)斷電壓。過流保護(hù)動作過程是根據(jù)IGBT的CE極間電壓Uce的大小判定是否過流而進(jìn)行保護(hù)的，Uce由二極管Vd7檢測。當(dāng)IGBT開通時，若發(fā)生負(fù)載短路等發(fā)生大電流的故障，Uce會上升很多，使得Vd7截止，EXB841的6腳“懸空”，B點(diǎn)和C點(diǎn)電位開始由約6V上升，當(dāng)上升至13V時，Vz1被擊穿，V3導(dǎo)通，C4通過R7和V3放電，E點(diǎn)的電壓逐漸下降，V6導(dǎo)通，從而使IGBT的GE間電壓Uce下降，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷，完成EXB841對IGBT的保護(hù)。射極電位為-5.1V，由EXB841內(nèi)部的穩(wěn)壓二極管Vz2決定。其典型接線圖如下：圖2-19 M5796

22、2L型IGBT驅(qū)動器的原理與接線圖Protel仿真圖如下圖2-20 單個IGBT驅(qū)動保護(hù)電路原理圖和控制及其驅(qū)動電路PCB圖2-21 單個IGBT驅(qū)動保護(hù)電路原理圖硬件實(shí)現(xiàn)利用PROTEL DXP做得自動布線圖如下圖2-22 PROTEL DXP自動布線圖六、實(shí)驗總結(jié)這次課程設(shè)計歷時二個星期多左右，通過這兩個星期的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，電子技術(shù)已經(jīng)

23、成為當(dāng)今世界空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握電子的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。 回顧此次電力電子技術(shù)課程設(shè)計，至今我們?nèi)愿锌H多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整一星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，比如有時候被一些小的，細(xì)的問題擋住前進(jìn)的步伐，讓我們總是為了解決一個小問題而花費(fèi)很長的時間。最后還要查閱其他的書籍才能找出解決的辦法。自己看起來多完美的設(shè)計在

24、實(shí)踐下就漏洞百出了。并且我在做設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)有很多東西，也知道自己的很多不足之處，知道自己對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固.以前認(rèn)為學(xué)了沒用的課程現(xiàn)在也用到了。比如電工基礎(chǔ)、電力電子器件、開關(guān)電源技術(shù)等課程，看起來不是很有用的東西現(xiàn)在去都集中在一塊兒了。 所謂“態(tài)度決定一切”，于是偶然又必然地收獲了諸多，概而言之，大約以下幾點(diǎn)：溫故而知新。課程設(shè)計開始的時候思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學(xué)習(xí)不夠扎實(shí)的我們深感“書到用時方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材與實(shí)驗手冊，對知識系統(tǒng)而全面進(jìn)行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學(xué)請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且

25、領(lǐng)悟諸多平時學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識，學(xué)會了如何思考的思維方式，找到了設(shè)計的靈感。 思路即出路。當(dāng)初沒有思路，誠如舉步維艱，茫茫大地，不見道路。在對理論知識梳理掌握之后，茅塞頓開 實(shí)踐出真知。到今天，課程設(shè)計基本告成，才切身領(lǐng)悟“實(shí)踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”學(xué)海無涯，學(xué)無止境。盡管課程設(shè)計是在本學(xué)期開始，我們的教材學(xué)習(xí)完畢，掌握許多知識，但是還有很多地方理解領(lǐng)悟不到位，由于SPWM控制信號的產(chǎn)生比較復(fù)雜，我們查閱很多資料，嘗試過用不同方法設(shè)計產(chǎn)生，比如分立元件，集成芯片，最終選擇了用SG3524集成芯片，電路接線雖很復(fù)雜，但其能實(shí)現(xiàn)的功能很強(qiáng)大，以后還需進(jìn)一步學(xué)習(xí)運(yùn)用。最后我們還嘗試用PROT

26、EL DXP設(shè)計畫出部分的實(shí)際電路板圖，要考慮更多的問題提出了更高要求。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在努力下終于迎刃而解。同時發(fā)現(xiàn)了還有很多工具及理論以后亟待學(xué)習(xí)。它培養(yǎng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的思維，通過它架起理論與實(shí)踐橋梁。附錄一 Matab簡介MATLAB 是美國MathWorks公司出品的商業(yè) HYPERLINK /view/1658637.htm t _blank 數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和 HYPERLINK /view/584919.htm t _blank Simulink兩大

27、部分。MATLAB是矩陣實(shí)驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，和 HYPERLINK /view/30608.htm t _blank Mathematica、 HYPERLINK /view/127864.htm t _blank Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在 HYPERLINK /view/920695.htm t _blank 數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行 HYPERLINK /view/10337.htm t _blank 矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信

28、號處理與通訊、 HYPERLINK /view/14662.htm t _blank 圖像處理、 HYPERLINK /view/1345304.htm t _blank 信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完相同的事情簡捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLAB成為一個強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對 HYPERLINK /view/10075.htm t _blank C， HYPERLINK /view/3640

29、2.htm t _blank FORTRAN， HYPERLINK /view/824.htm t _blank C+ ， HYPERLINK /view/29.htm t _blank JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。matlab特點(diǎn)此高級語言可用于技術(shù)計算 此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計及求解問題 數(shù)學(xué)函數(shù)可用于線性代數(shù)、統(tǒng)計、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等 二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化

30、數(shù)據(jù) 各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面 各種函數(shù)可將基于MATLAB的算法與外部應(yīng)用程序和語言（如 C、C+、Fortran、Java、COM 以及 Microsoft Excel）集成附錄二 Protel簡介Altium公司作為EDA領(lǐng)域里的一個領(lǐng)先公司，在原來Protel 99SE的基礎(chǔ)上，應(yīng)用最先進(jìn)的軟件設(shè)計方法，率先推出了一款基于Windows2000和Windows XP操作系統(tǒng)的EDA設(shè)計軟件Protel DXP。Protel DXP在前版本的基礎(chǔ)上增加了許多新的功能。新的可定制設(shè)計環(huán)境功能包括雙顯示器支持，可固定、浮動以及彈出面板，強(qiáng)大的過濾和對象定位功能及增強(qiáng)的用戶界面等

31、。Protel DXP是第一個將所有設(shè)計工具集于一身的板級設(shè)計系統(tǒng)，電子設(shè)計者從最初的項目模塊規(guī)劃到最終形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以按照自己的設(shè)計方式實(shí)現(xiàn)。Protel DXP運(yùn)行在優(yōu)化的設(shè)計瀏覽器平臺上，并且具備當(dāng)今所有先進(jìn)的設(shè)計特點(diǎn)，能夠處理各種復(fù)雜的PCB設(shè)計過程。通過設(shè)計輸入仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)渥詣硬季€、信號完整性分析和設(shè)計輸出等技術(shù)融合，Protel DXP提供了全面的設(shè)計解決方案。Protel DXP2004是Altium公司于2004年推出的最新版本的電路設(shè)計軟件，該軟件能實(shí)現(xiàn)從概念設(shè)計，頂層設(shè)計直到輸出生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及這之間的所有分析驗證和設(shè)計數(shù)據(jù)的管理。當(dāng)前比較流行的Protel 9

32、8、Protel 99 SE，就是它的前期版本。Protel DXP 2004已不是單純的PCB（印制電路板）設(shè)計工具，而是由多個模塊組成的系統(tǒng)工具，分別是SCH（原理圖）設(shè)計、SCH（原理圖）仿真、PCB（印制電路板）設(shè)計、Auto Router（自動布線器）和FPGA設(shè)計等，覆蓋了以PCB為核心的整個物理設(shè)計。該軟件將項目管理方式、原理圖和PCB圖的雙向同步技術(shù)、多通道設(shè)計、拓樸自動布線以及電路仿真等技術(shù)結(jié)合在一起，為電路設(shè)計提供了強(qiáng)大的支持。與較早的版本Protel99相比，Protel DXP 2004不僅在外觀上顯得更加豪華、人性化，而且極大地強(qiáng)化了電路設(shè)計的同步化，同時整合了VHD

33、L和FPGA設(shè)計系統(tǒng)，其功能大大加強(qiáng)了。參考文獻(xiàn)：【1】電力電子技術(shù)王兆安 黃俊 西安 機(jī)械工業(yè)出版社 【2】Protel2004神龍工作室 北京人民郵電出版社 【3】 Protel DXP 電路設(shè)計制版入門與提高 雪茗齋電腦教育研究室 人民郵電出版社 【4】 Altium Designer6 電路圖設(shè)計百例 姜艷波 化學(xué)工業(yè)出版社 【5】 電路設(shè)計與制板 Protel DXP 典型實(shí)例 老虎工作室 倪澤峰 江中華 人民郵電出版社 【6】田健，郭會軍，王華民，等大功率IGBT瞬態(tài)保護(hù)研究 力電子技術(shù)【7】HYPERLINK /mn/detailApp?qid=1241886654&ref=SR

34、&sr=13-1&uid=476-7098677-5155706&prodid=zjbk157860電力電子技術(shù)手冊(精)/國外電氣工程名著譯叢 機(jī)械工業(yè)出版社 (2004-01出版) 附錄資料：MATLAB函數(shù)和命令的用法Binocdf二項式累積分布函數(shù)語法格式Y(jié) = binocdf(X,N,P)函數(shù)功能Y = binocdf(X,N,P) 計算X中每個X(i)的二項式累積分布函數(shù)，其中，N中對應(yīng)的N(i)為試驗數(shù)，P中對應(yīng)的P(i)為每次試驗成功的概率。Y, N, 和 P 的大小類型相同，可以是向量、矩陣或多維數(shù)組。輸入的標(biāo)量將擴(kuò)展成一個數(shù)組，使其大小類型與其它輸入相一致。The valu

35、es in N must all be positive integers, the values in X must lie on the interval 0,N, and the values in P must lie on the interval 0, 1.The binomial cdf for a given value x and a given pair of parameters n and p is The result, y, is the probability of observing up to x successes in n independent tria

36、ls, where the probability of success in any given trial is p. The indicator function I(0,1,.,n)(i)ensures that x only adopts values of 0,1,.,n.示例若一個棒球隊在一個賽季要比賽162場，每場比賽取勝的機(jī)會是50-50，則該隊取勝超過100 場的概率為： 1-binocdf(100,162,0.5)ans = 0.0010433相關(guān)函數(shù) HYPERLINK jar:file:/C:/Program%20Files/MATLAB/R2010a/help/to

37、olbox/stats/help.jar%21/binofit.html binofit | HYPERLINK jar:file:/C:/Program%20Files/MATLAB/R2010a/help/toolbox/stats/help.jar%21/binoinv.html binoinv | HYPERLINK jar:file:/C:/Program%20Files/MATLAB/R2010a/help/toolbox/stats/help.jar%21/binopdf.html binopdf | HYPERLINK jar:file:/C:/Program%20Files/

38、MATLAB/R2010a/help/toolbox/stats/help.jar%21/binornd.html binornd | HYPERLINK jar:file:/C:/Program%20Files/MATLAB/R2010a/help/toolbox/stats/help.jar%21/binostat.html binostat | HYPERLINK jar:file:/C:/Program%20Files/MATLAB/R2010a/help/toolbox/stats/help.jar%21/cdf.html cdf附：二項式分布(binomial distributi

39、on )定義二項分布的概率密度函數(shù)為where k is the number of successes in n trials of a Bernoulli process with probability of success p.The binomial distribution is discrete, defined for integers k = 0, 1, 2, . n, where it is nonzero.背景The binomial distribution models the total number of successes in repeated trials

40、from an infinite population under the following conditions:Only two outcomes are possible on each of ntrials.The probability of success for each trial is constant.All trials are independent of each other.The binomial distribution is a generalization of the HYPERLINK jar:file:/C:/Program%20Files/MATL

41、AB/R2010a/help/toolbox/stats/help.jar%21/brn2ivz-2.html Bernoulli distribution; it generalizes to the HYPERLINK jar:file:/C:/Program%20Files/MATLAB/R2010a/help/toolbox/stats/help.jar%21/brn2ivz-84.html multinomial distribution.參數(shù)Suppose you are collecting data from a widget manufacturing process, an

42、d you record the number of widgets within specification in each batch of100. You might be interested in the probability that an individual widget is within specification. Parameter estimation is the process of determining the parameter, p, of the binomial distribution that fits this data best in som

43、e sense.One popular criterion of goodness is to maximize the likelihood function. The likelihood has the same form as the binomial pdf above. But for the pdf, the parameters (nandp) are known constants and the variable isx. The likelihood function reverses the roles of the variables. Here, the sampl

44、e values (the xs) are already observed. So they are the fixed constants. The variables are the unknown parameters. MLE involves calculating the value of p that give the highest likelihood given the particular set of data.The function HYPERLINK jar:file:/C:/Program%20Files/MATLAB/R2010a/help/toolbox/

45、stats/help.jar%21/binofit.html binofit returns the MLEs and confidence intervals for the parameters of the binomial distribution. Here is an example using random numbers from the binomial distribution with n=100 and p=0.9. r = binornd(100,0.9)r = 85 phat, pci = binofit(r,100)phat = 0.85pci = 0.76469

46、 0.91355The MLE for parameterp is0.8800, compared to the true value of0.9. The 95% confidence interval forp goes from 0.7998 to0.9364, which includes the true value. In this made-up example you know the true value ofp. In experimentation you do not.示例The following commands generate a plot of the bin

47、omial pdf for n = 10 and p = 1/2.x = 0:10;y = binopdf(x,10,0.5);plot(x,y,+) 相關(guān)內(nèi)容 HYPERLINK jar:file:/C:/Program%20Files/MATLAB/R2010a/help/toolbox/stats/help.jar%21/bqt29ct.html l bqt290a-1 Discrete Distributions附：二項式分布（網(wǎng)上）定義若某事件概率為p，現(xiàn)重復(fù)試驗n次，該事件發(fā)生k次的概率為:P=C(k,n)pk(1-p)(n-k)C(k,n)表示組合數(shù)，即從n個事物中拿出k個的方法

48、數(shù)。二項分布的概念考慮只有兩種可能結(jié)果的隨機(jī)試驗，當(dāng)成功的概率（）是恒定的，且各次試驗相互獨(dú)立，這種試驗在統(tǒng)計學(xué)上稱為貝努里試驗（Bernoullitrial）。如果進(jìn)行n次貝努里試驗，取得成功次數(shù)為X（X=0,1,n）的概率可用下面的二項分布概率公式來描述：P=C(X,n) X(1-)(n-X)式中的n為獨(dú)立的貝努里試驗次數(shù)，為成功的概率，（1-）為失敗的 HYPERLINK /doc/5399415.html t _blank 概率，X為在n次貝努里試驗中出現(xiàn)成功的次數(shù)，C(X,n)表示在n次試驗中出現(xiàn)X的各種組合情況，在此稱為二項系數(shù)（binomialcoefficient）。內(nèi)容簡介二

49、項分布，伯努里分布：進(jìn)行一系列試驗,如果1. 在每次試驗中只有兩種可能的結(jié)果,而且是互相對立的；2. 每次實(shí)驗是獨(dú)立的，與其它各次試驗結(jié)果無關(guān)；3. 結(jié)果事件發(fā)生的 HYPERLINK /doc/5399415.html t _blank 概率在整個系列試驗中保持不變，則這一系列試驗稱為伯努力試驗。在這試驗中，事件發(fā)生的次數(shù)為一 HYPERLINK /doc/2273201.html t _blank 隨機(jī)事件,它服從二次分布。二項分布可以用于可靠性試驗?？煽啃栽囼灣３Ｊ峭度雗個相同的式樣進(jìn)行試驗T小時，而只允許k個式樣失敗，應(yīng)用二項分布可以得到通過試驗的概率。一個事件必然出現(xiàn)，就說它100%

50、要出現(xiàn)。100%=1，所以100%出現(xiàn)的含義就是出現(xiàn)的概率P=1。即必然事件的出現(xiàn)概率為1。若擲一枚硬幣，正面向上的結(jié)果的概率為0.5。反面向上的結(jié)果的概率也是0.5。則出現(xiàn)正面向上事件或者反面向上事件的概率就是0.5+0.5=1，即二者必居其一。若擲兩次硬幣，由獨(dú)立事件的概率乘法定理那么兩次都是正面（反面）向上的概率是0.50.5=0.25。另外第一個是正第二個是反的出現(xiàn)概率也是0.50.5=0.25。同理第一個反第二個正的出現(xiàn)概率也是0.50.5=0.25。于是一正一反的概率是前面兩個情況的和，即0.25+0.25=20.25=0.5。它們的合計值仍然是1。binopdf二項分布的概率密度

51、函數(shù)語法格式Y(jié) = binopdf(X,N,P)函數(shù)功能Y = binopdf(X,N,P) 計算X中每個X(i)的概率密度函數(shù)，其中，N中對應(yīng)的N(i)為試驗數(shù)，P中對應(yīng)的P(i)為每次試驗成功的概率。Y, N, 和 P 的大小類型相同，可以是向量、矩陣或多維數(shù)組。輸入的標(biāo)量將擴(kuò)展成一個數(shù)組，使其大小類型與其它輸入相一致。N中的值必須是正整數(shù)，0 P 1 。對于給出的x和兩個參數(shù)n和p，二項分布概率密度函數(shù)為其中 q = 1 p。 y為n次獨(dú)立試驗中成功x次的概率，其中，每次試驗成功的概率為p。指示器函數(shù) I(0,1,.,n)(x) 確保x 取值為 0, 1, ., n。 示例一個質(zhì)量檢查技

52、術(shù)員一天能測試200塊電路板。假設(shè)有 2% 的電路板有缺陷，該技術(shù)員在一天的測試中沒有發(fā)現(xiàn)有缺陷的電路板的概率是多少？binopdf(0,200,0.02)ans =0.0176質(zhì)量檢查技術(shù)員一天中最大可能檢測出有缺陷的電路板是多少塊？defects=0:200;y = binopdf(defects,200,.02);x,i=max(y);defects(i) ans =4相關(guān)函數(shù) HYPERLINK jar:file:/D:/Program%20Files/MATLAB/help/toolbox/stats/help.jar%21/binocdf.html binocdf | HYPERL

53、INK jar:file:/D:/Program%20Files/MATLAB/help/toolbox/stats/help.jar%21/binofit.html binofit | HYPERLINK jar:file:/D:/Program%20Files/MATLAB/help/toolbox/stats/help.jar%21/binoinv.html binoinv | HYPERLINK jar:file:/D:/Program%20Files/MATLAB/help/toolbox/stats/help.jar%21/binornd.html binornd | HYPERL

54、INK jar:file:/D:/Program%20Files/MATLAB/help/toolbox/stats/help.jar%21/binostat.html binostat | HYPERLINK jar:file:/D:/Program%20Files/MATLAB/help/toolbox/stats/help.jar%21/pdf.html pdfdlmread將以ASCII碼分隔的數(shù)值數(shù)據(jù)文件讀入到矩陣中語法格式M = dlmread(filename)M = dlmread(filename, delimiter)M = dlmread(filename, delimi

55、ter, R, C)M = dlmread(filename, delimiter, range)函數(shù)功能M = dlmread(filename)讀取有分隔符的ASCII數(shù)值數(shù)據(jù)文件filename，并把數(shù)據(jù)給到矩陣M中。文件名(filename)以字符串形式用單引號括起來。 dlmread 從文件的格式中推斷分隔符。M = dlmread(filename, delimiter)指定分隔符delimiter。使用 t 代表制表符 tab 作為分隔。M = dlmread(filename, delimiter, R, C)R和C指定了數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)，其左上角的值位于文件中的第R行，第C列。R

56、和C從0開始，所以R=0, C=0 指向文件中的第一個值。M = dlmread(filename, delimiter, range)讀取由range = R1 C1 R2 C2指定的區(qū)域塊， (R1,C1)是左上角，(R2,C2)是右下角。也可以使用電子表格表示法來指定，如range = A1.B7。備注All data in the input file must be numeric. dlmread does not read files that contain nonnumeric data, even if the specified rows and columns cont

57、ain only numeric data.若沒有指定分隔符，當(dāng)從文件格式中推斷分隔符時，連續(xù)的空格符當(dāng)作一個分隔符對待。若指定了分隔符，則重復(fù)的分隔符將分別作為單獨(dú)的分隔符對待。If you want to specify an R, C, or range input, but not a delimiter, set the delimiter argument to the empty string, (two consecutive single quotes with no spaces in between, ). For example,M = dlmread(myfile.d

58、at, , 5, 2)In this case, dlmread treats repeated white spaces as a single delimiter.Dlmread將用0填充沒有邊界的區(qū)域。有多行的數(shù)據(jù)文件，若以非空格分隔符結(jié)束，例如分號，則導(dǎo)入后會多產(chǎn)生全0的一列在最后。Dlmread在導(dǎo)入任何復(fù)數(shù)時，將其作為一個整體導(dǎo)入到一個復(fù)數(shù)單元中。下面是有效的復(fù)數(shù)格式：i|jExample: 5.7-3.1ii|jExample: -7j嵌入了空格的復(fù)數(shù)是不正確的格式，空格將被認(rèn)為是分隔符。示例例1Export a 5-by-8 test matrix M to a file, a

59、nd read it with dlmread, first with no arguments other than the filename:M = gallery(integerdata, 100, 5 8, 0); dlmwrite(myfile.txt, M, delimiter, t)dlmread(myfile.txt)ans = 96 77 62 41 6 21 2 42 24 46 80 94 36 20 75 85 61 2 93 92 82 61 45 53 49 83 74 42 1 28 94 21 90 45 18 90 14 20 47 68Now read a

60、portion of the matrix by specifying the row and column of the upper left corner:dlmread(myfile.txt, t, 2, 3)ans = 92 82 61 45 53 42 1 28 94 21 90 14 20 47 68This time, read a different part of the matrix using a range specifier:dlmread(myfile.txt, t, C1.G4)ans = 62 41 6 21 2 80 94 36 20 75 93 92 82