【正文】 ........................................................................................................... 15 一、 題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況。 （ 1）題目背景 現(xiàn)代電源技術(shù)是應(yīng)用電力電子半導體器件，綜合自動控制、計算機 (微處理器 )技術(shù)和電磁技術(shù)的多學科邊緣交又 技術(shù)。在各種高質(zhì)量、高效、高可靠性的電源中起關(guān)鍵作用，是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用。當前，電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機電一體化的基 礎(chǔ)，正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來，電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟、實用，實現(xiàn)高效率和 高品 質(zhì)用電相結(jié)合?，F(xiàn)代 電源 技術(shù)是應(yīng)用電力 電子 半導體器件，綜合自動控制、計算機 (微處理器 )技術(shù)和電磁技術(shù)的多學科邊緣交又技術(shù)。在各種高質(zhì)量、高效、高可靠性的電源中起關(guān)鍵作用，是現(xiàn)代電力電子 技術(shù)的具體應(yīng)用。 開關(guān)電源穩(wěn)壓：利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。 開關(guān)穩(wěn)壓電源 (以下簡稱開關(guān)電源 )問世后，在很多領(lǐng)域逐步取代了線性穩(wěn)壓電源和晶閘管相控電源。早期出現(xiàn)的是串聯(lián)型開關(guān)電源，其主電路拓撲與線性電源相仿，但功率晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)。隨著脈寬調(diào)制 (PWM)技術(shù)的發(fā)展， PWM 開關(guān)電源問世，它的特點是用 20kHz 的載波進行脈沖寬度調(diào)制，電源的效率可達 65%~70%，而線性電源的效率只有 30％ ~40％。因此，用工作頻率為 20 kHz 的 PWM 開關(guān)電源替代線性電源 ，可大幅度節(jié)約能源，從而引起了人們的廣泛關(guān)注，在電源技術(shù)發(fā)展史上被譽為 20kHz 革命。 隨著超大規(guī)模集成 (ultralargescaleintegratedULSI)芯片尺寸的不斷減小，電源的尺寸與微處理器相比要大得多；而航天、潛艇、軍用開關(guān)電源以及用電池的便攜式電子設(shè)備 (如手提計算機、移動電話等 )更需要小型化、輕量化 的電源。 因此，對開關(guān)電源提出了小型輕量要求，包括磁性元件和電容的體積重量也要小。 （ 2）發(fā)展階段 開關(guān)穩(wěn)壓電源發(fā)展階段主要分為以下三個階段 ： 第一個階段是功率半導體器件從雙極型器 件 (BPT、 SCR、 GT0)發(fā)展為 MOS 型器件 (功率 MOSFET、 IGBT、 IGCT 等 )，使電力電子系統(tǒng)有可能實現(xiàn)高頻化，并大幅度降低導通損耗，電路也更為簡單。 第二個階段自 20 世紀 80 年代開始，高頻化和軟開關(guān)技術(shù)的研究開發(fā)，使功率變換器性能更好、重量更輕、尺寸更小。高頻化和軟開關(guān)技術(shù)是過去 20 年國際電力電子界研究的熱點之一。 第三個階段從 20 世紀 90 年代中期開始，集成電力電子系統(tǒng)和集成電力電子模塊 (IPEM)技術(shù)開始發(fā)展，它是當今國際電力電子界亟待解決的新問題之一。 （ 3）研究目的及意義 在當代科技與經(jīng)濟高速發(fā)展的過程中，電源起到關(guān)鍵性的作用。電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實踐性很強的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一 。 在用電高峰期，很多地方存在電網(wǎng)電壓跌落嚴重的現(xiàn)象，但在用電低谷期，電網(wǎng)電壓又上升太高；一些邊遠地區(qū)，電網(wǎng)電壓長期偏低；一些負荷變化較快的地區(qū)，電網(wǎng)電壓波動嚴重 ?。這些都很容易給用電設(shè)備帶來損害，甚至可能造成很大的損失。有些地方需要非常穩(wěn)定的 交流 工作電壓 ，同時又和電網(wǎng)電壓不同 。例如當電力機車運行時 ,便需要牽引電機得到穩(wěn)定的正弦交流電壓，且不同部分所使用的電壓可能不同。 由此可見，高穩(wěn)定度的交流穩(wěn)壓電源具有非常廣大的 應(yīng)用空間。 （ 4）國內(nèi)外發(fā)展狀況 電力電子技術(shù)已發(fā)展成為一門完整的、自成體系的高科技技術(shù)，電源技術(shù)屬于電力電子技術(shù)的范疇。電源技術(shù)主要是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)的，信息技術(shù)的發(fā)展又對電源技術(shù)提出了更高的要求，從而促進了電源技術(shù)的發(fā)展，兩者相輔相成才有了現(xiàn)今蓬勃發(fā)展的信息產(chǎn)業(yè)和電源產(chǎn)業(yè)。迄今為止，電源已成為非常重要的基礎(chǔ)科技和產(chǎn)業(yè)，并廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，從日常生活到最尖端的科學都離不開電源技術(shù)的參與和支持，其發(fā)展趨勢為高頻、高效、高密度化，低壓、大電流化 和多元化。同時，封裝結(jié)構(gòu)、外形尺寸日趨接國際標準化，以適應(yīng)全球一體化市場的要求。 當前在國內(nèi)外電源產(chǎn)業(yè)中，占主導地位的產(chǎn)品有各種線性穩(wěn)壓電源、通訊用的 AC/DC 開關(guān)電源、 DC/DC 開關(guān)電源、交流變頻調(diào)速電源、電解電鍍電源、高頻逆變式整流焊接電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電力操作電源、正弦波逆變電源、UPS、可靠高效低污染的光伏逆變電源、風光互補型電源等。而產(chǎn)品價格、性能指標、品牌效應(yīng)及使用壽命一直是用戶最關(guān)心的問題。這就促使國內(nèi)外電源生產(chǎn)商 朝著應(yīng)用技術(shù)數(shù)字化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化智能化的方向發(fā)展。 因此 ，交流穩(wěn)壓電源的發(fā)展前景還是很廣闊的。 二、 設(shè)計任務(wù) （ 1） 熟悉 單相交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng) 的模型、基本原理及其工作特性 。 （ 2）研究單相交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的基本應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用方法。 （ 3）分析系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波對單相交流穩(wěn)壓電源輸出特性的影響并設(shè)法改進。 （ 4） 掌握 DSP 單片機基本原理 及應(yīng)用 ， 并且 熟悉一些外圍電路的擴展，以及進一步提高 C 語言的硬件編程能力 。 （ 5） 掌握仿真軟件 simulink 在電力電子領(lǐng)域中的應(yīng)用。 三、設(shè)計內(nèi)容 （ 1）單相交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng) 的模型 單相交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng) 的模型 如下： 圖 1 單相交流電源的原理框圖 （ 2）單相交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的基本原理 該穩(wěn)壓電源的輸入端為直接源自三相電網(wǎng)電壓，然后經(jīng)過整流電路獲得直流電流電，經(jīng)過電容濾波獲后通過 buck 降壓電路獲得所需要的電壓的直流電，然后經(jīng)過逆變電路，獲得所需要的一定電壓值交流電，之后再經(jīng)過濾波電路獲得所需要的電壓值的并且諧波較少的正弦交流電。對各個模塊的工作原理介紹如下： ： 整流電路擬