电子设计竞赛中电源类电路的分析与设计ppt课件.ppt

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1、电子设计竞赛中电源类电路的分析与设计中国石油大学（华东）信息与控制学院赵仁德概要1、国赛历年电源类题目2、电源类基本电路的工作原理3、系统的总体框架4、实例分析5、总结一、国赛历年电源类题目一、国赛历年电源类题目第九届（2009年）全国大学生电子设计竞赛题目第十届（2011年）全国大学生电子设计竞赛题目A开关电源模块并联供电系统B基于自由摆平板控制系统C智能小车DLC谐振放大器E简易数字信号传输性能分析仪F帆板转角控制系统G简易自动电阻测试仪第十一届（2013年）全国大学生电子设计竞赛题目A单相AC-DC变换电路B四旋翼自主飞行器C简易旋转倒立

2、摆及控制装置D射频宽带放大器E简易频率特性测试仪F红外光通信装置G手写绘图板K直流稳压电源及漏电保护装置L简易照明线路探测仪电源类题目，在近几届比赛中，都有题目。其典型的特点是数字控制的开关电源。二、电源类基本电路的工作原理电能变换基本概念开关电源节能的原理基本的DC/DC变换电路开关电源中的磁性元件基本的DC/AC、AC/DC变换电路二、电源类基本电路的工作原理2.1电能变换基本概念DC/DC变换：改变和控制输出电压的大小；AC/DC变换：控制直流电压或者交流电流；DC/AC变换：产生正弦的幅值、相位、频率可控的输出电压；AC/AC变换：改变输出

3、交流电压的频率、幅值、相位。二、电源类基本电路的工作原理高效率、体积小、成本低是电源变换器的目标。效率决定了体积，也影响成本。二、电源类基本电路的工作原理这两种方法的不足是效率太低。2.2开关电源节能的原理输入：100V，输出：50V/10A的电源。效率低的主要原因是中间的变换电路是通过消耗电能实现电能变换的。二、电源类基本电路的工作原理通过能量的短时间储、放实现电能的变换。二、电源类基本电路的工作原理二、电源类基本电路的工作原理开关电源需要复杂的电路和控制，输出纹波较大，但有较高的效率和功率密度，而且可以升压、降压甚至输出负压。线性电源的输出电压

4、平稳，但效率低且不能升压，有现成的芯片。二、电源类基本电路的工作原理2.3基本的DC/DC变换电路二、电源类基本电路的工作原理DC/DC电路有成熟的控制芯片，但竞赛需要显示、输入等人机交互部分，所以一般采用数字控制。这就需要高性能的单片机、DSP、FPGA作为数字控制的核心。开关管一般选用MosFET，其驱动相对简单。二、电源类基本电路的工作原理2.4开关电源中的磁性元件电感、变压器是开关电源中的最核心的部件，直接决定着系统的性能。没有标准化的器件，只能靠自己设计。电感和变压器的设计是开关电源制作的一个重要环节。设计所需要的原料：铁芯和漆包线。铁芯

5、来构建磁路，而漆包线则用来构建电路部分。铁芯的材质有好多种，基本上是铁或者铁的合金构成。铁氧体（锰锌、镍锌）、叠片式铁芯（硅钢片、非晶合金）、粉未磁芯（铁粉芯、铁硅铝和MPP等）二、电源类基本电路的工作原理2.5基本的AC/DC、DC/AC变换电路近三届国赛，有一次是DC/AC（09年），一次是AC/DC（13年），可见这类变换的重要性。其典型电路比较简单，分为全桥和半桥两大类。开关管一般用IGBT，低压时也用MosFET。这类题目的关键在于数字控制算法和实际实现上。当然，PWM、死区和IGBT驱动等问题，是这类电路的共性问题。二、电源类基本电路的

6、工作原理2.5.1PWM控制无论过程多么复杂，最后都是通过4个开关的导通、关断来实现。4个开关怎么开关，持续多长时间是整个系统的关键。为了使实际的输出电压更好的逼近期望输出电压，脉宽调制技术（PWM）被引入到电力电子的开关信号的产生领域。真实的输出电压与期望电压之间的差距、开关器件的损耗、电磁干扰等均与PWM技术密切相关。二、电源类基本电路的工作原理冲量等效原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。二、电源类基本电路的工作原理调频：调节调制波周期变压：调节调制波幅值二、电源类基本电路的工作原理频率就是器件的开关频率，由

7、开关损耗和输出电压的畸变程度决定。调制波就是期望的电压，容易确定，关键是载波的确定。如果ur就是的参考电压的实际值，那么载波该如何确定？（频率、幅值）幅值取决于什么？在频率一定的情况下，幅值决定了三角载波的斜率，也决定了与调制波的交点，从而影响开关的时间，进而影响输出电压。二、电源类基本电路的工作原理在载波比很大时，在一个开关周期内，调制波的值可以认为不变。urA=urB，根据冲量等效的原则：根据三角形相似：同理，负半周载波的幅值也是Ud，即直流母线电压。二、电源类基本电路的工作原理根据三角形相似：双极性调制通常，对调制波和载波进行归一化。二、电源

8、类基本电路的工作原理通过三角波比较，我们由期望的电压得到了能实现期望电压的变换器输出电压，还没有得到开关管的开关信号。如何