全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽電源培訓(xùn)

電源技術(shù)主講人：袁臣虎2021年7月26日?根底題類(lèi)?通訊類(lèi)?儀器類(lèi)?電力電子類(lèi)?控制類(lèi)電源類(lèi)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽標(biāo)題類(lèi)型電力電子技術(shù)運(yùn)用于電氣領(lǐng)域的電子技術(shù),運(yùn)用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)展變換和控制的技術(shù)。強(qiáng)電〔主電路〕與弱電〔控制電路〕結(jié)合1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)電力電子器件〔1〕按可控性分類(lèi)1〕不控型器件大功率二極管2〕半控型器件SCR3〕全控型器件GTR、GTO、MOSFET、IGBT〔2〕按驅(qū)動(dòng)信號(hào)類(lèi)型分類(lèi)1〕電流驅(qū)動(dòng)型SCR、GTR2〕電壓驅(qū)動(dòng)型MOSFET、IGBT1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)SCRGTOGTRMOSFETIGBT1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)AC-DC1.電力電子根底知識(shí)DC-DC1.電力電子根底知識(shí)AC-AC1.電力電子根底知識(shí)電力電子技術(shù)的運(yùn)用動(dòng)車(chē)組1.電力電子根底知識(shí)直流輸電1.電力電子根底知識(shí)柔性交流輸電〔FACTS〕1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)計(jì)算機(jī)電源1.電力電子根底知識(shí)計(jì)算機(jī)電源1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)1.電力電子根底知識(shí)相關(guān)學(xué)科1.電力電子根底知識(shí)電力電子技術(shù)廣泛地運(yùn)用于工業(yè)、交通、IT、通訊、國(guó)防以及家電等領(lǐng)域，目前全球600億美圓的電力電子產(chǎn)品市場(chǎng)曾經(jīng)構(gòu)成，支撐著5700億美圓的電器電子硬件產(chǎn)品。據(jù)美國(guó)國(guó)家電力科學(xué)研討院分析，2021年，大約80％的電能將經(jīng)過(guò)電力電子變流器來(lái)處置。運(yùn)用前景1.電力電子根底知識(shí)2.電源根底知識(shí)電源電壓源電流源①電壓源特性a.理想電壓源特性輸出電壓恒定，輸出電流由外電路負(fù)載決議，輸出功率可以無(wú)窮大。但不允許短路，違背了基爾霍夫電壓定律〔KVL)。2.電源根底知識(shí)b.實(shí)踐電壓源特性輸出電壓在一定輸出電流范圍內(nèi)恒定，輸出電流由外電路負(fù)載決議，輸出功率由輸出電壓和輸出電流乘積決議。不允許短路，否那么會(huì)燒壞！但是普通電壓源均有限流和短路維護(hù)電路。2.電源根底知識(shí)2〕.電流源a.理想電流源特性輸出電流恒定，輸出電壓由外電路負(fù)載決議，輸出功率可以無(wú)窮大。但不允許開(kāi)路，違背了基爾霍夫電流定律〔KCL)。2.電源根底知識(shí)b.實(shí)踐電流源特性輸出電流在一定輸出電壓范圍內(nèi)恒定，輸出電壓由外電路負(fù)載決議，輸出功率由輸出電壓和輸出電流乘積決議。不允許開(kāi)路，否那么會(huì)燒壞！但是普通電流源均有限壓和開(kāi)路維護(hù)電路。2.電源根底知識(shí)3〕.線(xiàn)性電源優(yōu)點(diǎn)：無(wú)任何EMI輻射，輸出電壓紋波小，本錢(qián)低。缺陷：體積大，分量大，效率低。①.線(xiàn)性電源根本原理2.電源根底知識(shí)②.電源性能目的參數(shù)a)穩(wěn)壓系數(shù)定義為負(fù)載一定時(shí)，穩(wěn)壓電路輸出電壓相對(duì)變化量與其輸入電壓相對(duì)變化量之比Sr闡明電網(wǎng)電壓動(dòng)搖的影響，其值愈小，電網(wǎng)電壓變化時(shí)輸出電壓的變化愈小。2.電源根底知識(shí)c)電流調(diào)整率〔負(fù)載調(diào)整率〕b)電壓調(diào)整率在額定負(fù)載且輸入電壓產(chǎn)生最大變化的條件下，輸出電壓產(chǎn)生的變化量△Uo，稱(chēng)為電壓調(diào)整率。在輸入電壓一定且負(fù)載電流產(chǎn)生最大變化的條件下，輸出電壓產(chǎn)生的變化量△Uo，稱(chēng)為電流調(diào)整率，也稱(chēng)為負(fù)載調(diào)整率。d)電源效率η2.電源根底知識(shí)③.穩(wěn)壓電路及其任務(wù)原理T為調(diào)整管DZ為穩(wěn)壓管A為線(xiàn)性放大器串聯(lián)穩(wěn)壓電路2.電源根底知識(shí)2.電源根底知識(shí)2.電源根底知識(shí)T為大功率調(diào)整管，任務(wù)于線(xiàn)性放大形狀，輸入電壓和輸出電壓相差越大功耗越大，效率很低。調(diào)整管極限參數(shù)確實(shí)定必需思索輸入電壓由于電網(wǎng)動(dòng)搖而產(chǎn)生的變化，以及輸出電壓的調(diào)理和負(fù)載電流的變化所產(chǎn)生的影響。④.線(xiàn)性電壓調(diào)理器LM317調(diào)壓器IADJ很小可以忽略不記。2.電源根底知識(shí)線(xiàn)性穩(wěn)壓輸出模塊(LM78XX)和負(fù)電壓輸出模塊(LM79XX)。要求輸入電壓和輸出電壓之間由電壓差，且輸出電流需求的電壓差越大，其典型值為1-3V，最大可達(dá)35V。2.電源根底知識(shí)4〕.開(kāi)關(guān)電源優(yōu)點(diǎn)：效率高、體積小、分量輕缺陷：EMI、本錢(qián)高ACDCACDC2.電源根底知識(shí)〔1〕.開(kāi)關(guān)電源電路分析方法①各功率開(kāi)關(guān)管〔三極管或二極管〕換流時(shí)辰作為各開(kāi)關(guān)模態(tài)的轉(zhuǎn)換時(shí)辰。②假設(shè)條件充分合理。a.開(kāi)關(guān)管均為理想開(kāi)關(guān)，導(dǎo)通壓降為零，關(guān)斷電阻為無(wú)窮大。b.大電容等效為恒壓源，大電感等效為恒流源。。。。。。。。2.電源根底知識(shí)〔2〕.開(kāi)關(guān)電源根本電路拓?fù)鋋.降壓型BUCK變換器Q、D為理想開(kāi)關(guān)管C充分大，輸出電壓根本不變。假設(shè)條件：2.電源根底知識(shí)開(kāi)關(guān)模態(tài)12.電源根底知識(shí)開(kāi)關(guān)模態(tài)2根據(jù)伏秒積平衡原理，可推得D=Ton/T占空比2.電源根底知識(shí)電壓控制型BUCK變換器電壓控制PWM波形2.電源根底知識(shí)電流控制型BUCK變換器電流控制PWM波形2.電源根底知識(shí)b.升壓型BOOST變換器Q、D為理想開(kāi)關(guān)管C充分大，輸出電壓根本不變。假設(shè)條件：2.電源根底知識(shí)開(kāi)關(guān)模態(tài)1開(kāi)關(guān)模態(tài)2根據(jù)伏秒積平衡原理，可推得2.電源根底知識(shí)c.推挽型DC/DC變換器推挽型DC/DC變換器2.電源根底知識(shí)模態(tài)1模態(tài)2模態(tài)32.電源根底知識(shí)驅(qū)動(dòng)脈沖2.電源根底知識(shí)d.半橋型DC/DC變換器半橋型DC/DC變換器2.電源根底知識(shí)模態(tài)1模態(tài)2模態(tài)32.電源根底知識(shí)驅(qū)動(dòng)脈沖2.電源根底知識(shí)e.全橋型DC/DC變換器全橋型DC/DC變換器2.電源根底知識(shí)模態(tài)1模態(tài)2模態(tài)32.電源根底知識(shí)驅(qū)動(dòng)脈沖2.電源根底知識(shí)e.反激式DC/DC變換器反激式DC/DC變換器2.電源根底知識(shí)模態(tài)1模態(tài)2驅(qū)動(dòng)脈沖2.電源根底知識(shí)〔3〕.開(kāi)關(guān)電源控制芯片電壓控制芯片SG35252.電源根底知識(shí)2.電源根底知識(shí)電流控制芯片UC3842/32.電源根底知識(shí)設(shè)計(jì)出有一定輸出電壓范圍和功能的數(shù)控電源。其原理表示圖如下：1994簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源一、設(shè)計(jì)義務(wù)3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析二、設(shè)計(jì)要求1．根本要求

〔1〕輸出電壓：范圍0～＋9.9V，步進(jìn)0.1V，紋波不大于10mV；

〔2〕輸出電流：500mA；

〔3〕輸出電壓值由數(shù)碼管顯示；

〔4〕由“＋〞、“－〞兩鍵分別控制輸出電壓步進(jìn)增減；

〔5〕為實(shí)現(xiàn)上述幾部件任務(wù)，自制一穩(wěn)壓直流電源，輸出±15V，＋5V。2．發(fā)揚(yáng)部分

〔1〕輸出電壓可預(yù)置在0～9.9V之間的恣意一個(gè)值；

〔2〕用自動(dòng)掃描替代人工按鍵，實(shí)現(xiàn)輸出電壓變化〔步進(jìn)0.1V不變〕；

〔3〕擴(kuò)展輸出電壓種類(lèi)〔比如三角波等〕。3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析單片機(jī)AT89C51DAC0832運(yùn)算放大器3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析1997直流穩(wěn)定電源一、義務(wù)設(shè)計(jì)并制造交流變換為直流的穩(wěn)定電源。二、要求1．根本要求

〔1〕穩(wěn)壓電源在輸入電壓220V、50Hz、電壓變化范圍＋15%～－20%條件下：

a．輸出電壓可調(diào)范圍為+9V～+12V

b．最大輸出電流為1.5A

c．電壓調(diào)整率≤0.2%〔輸入電壓220V變化范圍＋15%～－20%下，空載到滿(mǎn)載〕

d．負(fù)載調(diào)整率≤1%〔最低輸入電壓下，滿(mǎn)載〕

e．紋波電壓〔峰-峰值〕≤5mV〔最低輸入電壓下，滿(mǎn)載〕

f．效率≥40%〔輸出電壓9V、輸入電壓220V下，滿(mǎn)載〕

g．具有過(guò)流及短路維護(hù)功能3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析〔2〕穩(wěn)流電源在輸入電壓固定為＋12V的條件下：

a．輸出電流：4～20mA可調(diào)

b．負(fù)載調(diào)整率≤1%〔輸入電壓＋12V、負(fù)載電阻由200Ω～300Ω變化時(shí)，輸出電流為20mA時(shí)的相對(duì)變化率〕

〔3〕DC-DC變換器在輸入電壓為+9V～+12V條件下：

a．輸出電壓為+100V，輸出電流為10mA

b．電壓調(diào)整率≤1%〔輸入電壓變化范圍+9V～+12V〕

c．負(fù)載調(diào)整率≤1%〔輸入電壓+12V下，空載到滿(mǎn)載〕

d．紋波電壓〔峰-峰值〕≤100mV〔輸入電壓+9V下，滿(mǎn)載〕3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析2．發(fā)揚(yáng)部分

〔1〕擴(kuò)展功能

a．排除短路缺點(diǎn)后，自動(dòng)恢復(fù)為正常形狀

b．過(guò)熱維護(hù)

c．防止開(kāi)、關(guān)機(jī)時(shí)產(chǎn)生的“過(guò)沖〞

〔2〕提高穩(wěn)壓電源的技術(shù)目的

a．提高電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率

b．?dāng)U展輸出電壓調(diào)理范圍和提高最大輸出電流值

〔3〕改善DC-DC變換器

a．提高效率〔在100V、100mA下〕

b．提高輸出電壓

〔4〕用數(shù)字顯示輸出電壓和輸出電流3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析穩(wěn)壓電源3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析穩(wěn)流電源3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析一、義務(wù)設(shè)計(jì)并制造數(shù)控直流電流源。輸入交流200～240V，50Hz；輸出直流電壓≤10V。其原理表示圖如下所示。鍵盤(pán)控制器電流源負(fù)載顯示器電源2005年數(shù)控直流電流源二、要求1、根本要求〔1〕輸出電流范圍：200mA～2000mA；〔2〕可設(shè)置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏向的絕對(duì)值≤給定值的1％+10mA；3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析2、發(fā)揚(yáng)部分〔1〕輸出電流范圍為20mA～2000mA，步進(jìn)1mA；〔2〕設(shè)計(jì)、制造丈量并顯示輸出電流的安裝(可同時(shí)或交替顯示電流的給定值和實(shí)測(cè)值)，丈量誤差的絕對(duì)值≤丈量值的0.1％+3個(gè)字；〔3〕改動(dòng)負(fù)載電阻，輸出電壓在10V以?xún)?nèi)變化時(shí)，要求輸出電流變化的絕對(duì)值≤輸出電流值的0.1％+1mA；〔4〕紋波電流≤0.2mA；〔5〕其他?！?〕具有“+〞、“-〞步進(jìn)調(diào)整功能，步進(jìn)≤10mA；〔4〕改動(dòng)負(fù)載電阻，輸出電壓在10V以?xún)?nèi)變化時(shí)，要求輸出電流變化的絕對(duì)值≤輸出電流值的1％+10mA；〔5〕紋波電流≤2mA；〔6〕自制電源。3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析運(yùn)放任務(wù)于線(xiàn)性放大形狀3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析一、義務(wù)設(shè)計(jì)并制造一個(gè)三相正弦波變頻電源，輸出線(xiàn)電壓有效值為36V，最大負(fù)載電流有效值為3A，負(fù)載為三相對(duì)稱(chēng)阻性負(fù)載(Y接法)。變頻電源框圖如以下圖所示。2005年三相正弦波變頻電源3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析二、要求1、根本要求〔1〕輸出頻率范圍為20Hz～100Hz的三相對(duì)稱(chēng)交流電，各相電壓有效值之差小于0.5V；〔2〕輸出電壓波形應(yīng)盡量接近正弦波，用示波器察看無(wú)明顯失真；〔3〕當(dāng)輸入電壓為198V～242V，負(fù)載電流有效值為0.5～3A時(shí)，輸出線(xiàn)電壓有效值應(yīng)堅(jiān)持在36V，誤差的絕對(duì)值小于5%；〔4〕具有過(guò)流維護(hù)(輸出電流有效值達(dá)3.6A時(shí)動(dòng)作)、負(fù)載缺相維護(hù)及負(fù)載不對(duì)稱(chēng)維護(hù)(三相電流中恣意兩相電流之差大于0.5A時(shí)動(dòng)作)功能，維護(hù)時(shí)自動(dòng)切斷輸入交流電源2、發(fā)揚(yáng)部分〔1〕當(dāng)輸入電壓為198V～242V，負(fù)載電流有效值為0.5～3A時(shí)，輸出線(xiàn)電壓有效值應(yīng)堅(jiān)持在36V，誤差的絕對(duì)值小于1%；〔2〕設(shè)計(jì)制造具有丈量、顯示該變頻電源輸出電壓、電流、頻率和功率的電路，丈量誤差的絕對(duì)值小于5%；〔3〕變頻電源輸出頻率在50Hz以上時(shí)，輸出相電壓的失真度小于5%；〔4〕其他。3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析wenku.baidu/view/b885edb369dc5022aaea0087.html3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析一、義務(wù)設(shè)計(jì)并制造如圖1所示的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。圖1電源框圖2007開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析二、要求在電阻負(fù)載條件下，使電源滿(mǎn)足下述要求：1．根本要求輸出電壓UO可調(diào)范圍：30V～36V；最大輸出電流IOmax：2A；U2從15V變到21V時(shí)，電壓調(diào)整率SU≤2%〔IO=2A〕；IO從0變到2A時(shí)，負(fù)載調(diào)整率SI≤5%〔U2=18V〕；輸出噪聲紋波電壓峰-峰值UOPP≤1V〔U2=18V,UO=36V,IO=2A〕；DC-DC變換器的效率≥70%〔U2=18V,UO=36V,IO=2A〕；具有過(guò)流維護(hù)功能，動(dòng)作電流IO〔th〕=2.5±0.2A；3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析2．發(fā)揚(yáng)部分進(jìn)一步提高電壓調(diào)整率，使SU≤0.2%〔IO=2A〕；進(jìn)一步提高負(fù)載調(diào)整率，使SI≤0.5%〔U2=18V〕；進(jìn)一步提高效率，使≥85%〔U2=18V,UO=36V,IO=2A〕；排除過(guò)流缺點(diǎn)后，電源能自動(dòng)恢復(fù)為正常形狀；能對(duì)輸出電壓進(jìn)展鍵盤(pán)設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整，步進(jìn)值1V，同時(shí)具有輸出電壓、電流的丈量和數(shù)字顯示功能。其他。3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析一、義務(wù)設(shè)計(jì)并制造一個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬安裝，其構(gòu)造框圖如圖1所示。用直流穩(wěn)壓電源US和電阻RS模擬光伏電池，US=60V，RS=30Ω~36Ω；uREF為模擬電網(wǎng)電壓的正弦參考信號(hào)，其峰峰值為2V，頻率fREF為45Hz~55Hz；T為工頻隔離變壓器，變比為n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，將uF作為輸出電流的反響信號(hào)；負(fù)載電阻RL=30Ω~36Ω。2021年光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬安裝3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析wenku.baidu/view/47cd702de2bd960590c67724.html2021開(kāi)關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)一、義務(wù)設(shè)計(jì)并制造一個(gè)由兩個(gè)額定輸出功率均為16W的8VDC/DC模塊構(gòu)成的并聯(lián)供電系統(tǒng)〔見(jiàn)圖1〕。3.歷年競(jìng)賽標(biāo)題分析二、 要求1.根本要求〔1〕調(diào)整負(fù)載電阻至額定輸出功率任務(wù)形狀，供電系統(tǒng)的直流輸出電壓UO=8.0±0.4V?！?〕額定輸出功率