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机械毕业设计全套

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俞亮超,机械毕业设计全套

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浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文） 1 毕业设计 (论文 )开题报告 信 电 系 工业电气自动化 专业 02 级 2 班 课题名称： 电力电子变流实验的 仿真设计与开发 毕业设计 (论文 )起止时间： 2005 年 3 月 1 日 6 月 13 日 (共 17 周 ) 学生姓名： 俞亮超 学号： 200202010222 指导教师： 黄云龙 廖东进 报告日期： 2005-3-14 nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文） 2 1 本课题所涉及的问题在国内 (外 )的研究现状综述 现代电源技术是应用电力电子半导体器件 ， 综合自动控制、计算机 (微处理器 )技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用 ， 是现代电力电子技术的具体应用。 当前 ， 电力电子作为节能、节 材 、自动化、智能化、机电一体化的基础 ， 正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来 ,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用 ， 实现高效率和高品质用电相结合 。 本课题涉及的是电力电子变流技术的仿真设计与开发的设计。目前，科 学技术发展到 20 世纪末，系统仿真学科已经形成较为完善的体系。仿真技术由于其有效性、可重复操作性、经济性和安全性的特点，日益显出其重要性和广泛应用性。 20世纪 70 年代以后 ,民用工业中连续过程仿真得到迅速发展，其中发展最快、应用最广的首属电力工业，而电力电子技术已经在电力系统中被广泛地运用了。 现代电力电子技术的发展方向 ， 是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学 ， 向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件 ， 其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器 时代 ， 并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率 MOSFET 和 IGBT 为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件 ， 表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 系统仿真就是在模型上进行试验的过程。按照真实系统的物理性质、几何尺寸等构造出系统的物理模型，并在该物理模型上进行试验，称为物理仿真。把数学模型、物理模型，甚至实物联合在一起进行试验，称为数学 -物理仿真，又称为半实物仿真。计算机仿真包括三个要素 :系统、模型、计算机。联系这三个要素的有三个基本活动 :对象数学模型建立、仿真模型建立、仿真试验。 其特点是它属于一种可控制的、无破坏性的、耗费小的、并允许多次重复的试验手段。 它以其高效、优质、低廉体现其强大的生命力和潜在的能力。它是迄今为止最有效的经济的综合集成方法，是推动技术进步的战略技术。 nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文） 3 2查阅课题或与课题相关的国内情况： 电力电子在开关电源上的应用： 随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入 80 年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入 90 年代开关电源相 继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电力检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（ PWM）控制 IC 和 MOSFET 构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新 ，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义 。 电力电子技术在电力系统中的应用： 电力电子技术在电力系统中的应用在 10 年前仅限于高压直流电、发电机励磁系统和静止无功补偿器。从现在已实现的电力电子工程观察，在 最近 10 年，灵活交流输电和高压直流输电将提高 电力系统的经济性、解决系统控制问题，同时在电力系统的安全可靠上发挥更大的作用。直接的表现将是用电力电子技术提高系统输电容量，增加系统稳定和改善电能质量。 nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文） 4 3本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 （ 1）电力电子变流技术如何在仿真设计中制作 （ 2）相关实验及所需实验器材的选择 （ 3） Flash 技术的电脑模拟实验的制作 （ 4）仿真开发工具的选择及掌握 （ 5）实验方案的确定及验证 （ 6）具体实验的结果分析 nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文） 5 4开发课题所 需的相关技术及理论发展情况 （ 1）设计所需的基本要求： 掌握各种电力电子器件的工作原理，特性及主要参数 掌握整流电路、直流斩波电路、交流调压、脉宽调制、逆变电路工作原理及设计方法。 掌握电力电子电路主要参数的计算方法。 掌握仿真设计所需开发工具的运用。 （ 2）设计所涉及的具体内容： 电力电子器件 ： 晶闸管基本结构、主要参数、阳极伏安特性及门极伏安特性、工作原理；可关断晶闸管（ GTO）、大功率晶体管 GTR、功率 MOSFET、 IGBT 等电力电子器件的特性和特点以及驱动 电路、缓冲和保护电路 单相可控整流电路 ： 单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、单相桥式半控整流电路、晶闸管的简易触发电路 三相可控整流电路 ： 三相半波可控整流电路、三相桥式全控整流电路、整流电压的谐波分析、变压器漏抗对整流电路的影响、可控整流电路反电势负载时的工作情况、大功率供电可控整流主电路接线形式及其特点。 有源逆变电路 ： 逆变的概念、三相逆变电路、逆变失败与最小逆变角的限制、逆变工作状态时的直流电动机机械特性、变流装置的功能指标、变流装置的触发电路。 无源逆变电路 ： 换相方式、电压型和电流型逆变电路（单相半桥、全桥、推挽逆变电路、三相逆变电路）、负载换相式逆变电路、逆变电路多重化。 脉宽调制（ PWM）型逆变电路 ： PWM 控制的基本原理、 PWM 型逆变电路的控制方式、 SPWM 波形的生成方式、PWM 型逆变器和变频器的主电路、 PWM 型逆变电路控制方法的改进。 （ 3）课题的理论发展情况： 仿真 (Simulation)属于一门基础性学科。仿真就是利用模型进行的一种试验，它可极为有效而经济地用于科研、设计、训练以及系统的试验。仿真技术是以控制理论、相似原理、数模与 计算 技术、信 息技术、系统技术及其应用领 域相关专业技术为基础，以计算机和多种专用物理效应设备为工具，借助系统 模型，对实际的或设想的系统进行动态 试验研究的一门新兴综合性技术。其特点是它属于一种可控制的、无破坏性的、耗费小的、并允许多次重复的试验手段。它以其高效、优质、低廉体现其强大的 生命力和潜在的能力。它是迄今为止最有效的经济的综合集成方法，是推动技术进步的战略技术。 nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文） 6 5设计 (论文 )完成进度计划 第 1、 2 周：下达设计任务书，布置课题，借阅参考书，完成开题报告。 第 3 周：到巨化污水厂、机械制造厂参观实习。 第 4、 5 周： 电力电子变流技术的基础知识 有关内容的考虑。 第 6 周： 电力电子变流技术 的介绍及接线。 第 7 周：考虑晶闸管、可控硅、晶体管的应用问题。 第 8、 9 周： 电力电子元件的基本工作的设计 。 第 10 周：电力电子变流技术在实践中的研究。 第 11 周：电力电子变流技术相关实验的选择与论证。 第 12 周：实验方案的选择与论证。 第 13 周：仿真实验的处理。 第 14、 15 周：用 Flash 进行模拟实验的制作。 第 16 周：有关图纸进行绘制。 第 17 周：完成设计说明书，进行答辩准备。 nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文） 7 6. 完成课题开发设计的基本条件 一、参考文献： 1 王兆安，黄俊 .电力电子变流技术（第三版） .北京：机械工业出版社， 1994 2 赵良炳 .现代电力电子技术基础 .北京：清华大学出版社， 1995 3 李序葆，赵永健 .电力电子器件及其应用 .北京：机械工业出版社， 1996 4 丁道宏 .电力电子技术 .北京：航空工业出版社， 1999 5 石玉，贾书贤，王文郁 .电力电子技术题例与电路设计指导 .北京：机械工业出版社， 1999 6 张明勋 .电力电子设备设计和应用手册 .北京：机械工业出版社， 1981 7 刘定建，朱丹霞 .实用晶闸管电路大全 .上海：同济大学出版社， 1996 8 范翠丽 .Flash 动画制作技术在科教片中的应用 .中国知网 . 9 赵贺 .电力电子学在电力系统中的应用 . 北京：机械工业出版社， 1993 10天一勇，高勇宇 .Flash MX 动画设计与编程 .上海：上海科学技术出版社， 1997 二、计算机辅助设计条件： 使用 AUTO CAD、 WORD、 EXCEL 等计算机辅助软件完成系统图，电路接线图以及波形图，说明书书写以及绘制数据表等相关任务 nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文） 8 7指导教师审阅意见 指导教师 (签字 )： 年 月 日 8教研室主任意见 教研室主任 (签字 )： 系 (签章 ) 年 月 日 说明： 1. 本报告必须由承担毕业设计 (论文 )课题任务的学生在接到“毕业设计 (论文 )任务书”、正式开始做毕业设计(论文 )的第 2 周或第 3 周末之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。 2.每个毕业设计 (论文 )课题撰写本报告一份，作为指导教师、教研室主任审查学生能否承担该毕业设计 (论文 )课题任务的依据，并接受学校的抽查。 nts 浙江工业大学浙西分校信 息与 电 子工程 系毕业设计（论文） 1 文献综述 现代电源技术是应用电力电子半导体器件 ， 综合自动控制、计算机 (微处理器 )技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用 ， 是现代电力电子技术的具体应用。 当前 ， 电力电子作为节能、节 材 、自动化、智能化、机电一体化的基础 ,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展 。 在不远的将来 ,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用 ， 实现高效率和高品质用电相结合 。 目前，科学技术发展到 20 世纪末 ,系统仿真学科已经形成较为完善的体系。仿真技术由于其有效性 、可重复操作性、经济性和安全性的特点 ,日益显出其重要性和广泛应用性。 20 世纪 70 年代以后 ,民用工业中连续过程仿真得到迅速发展 ,其中发展最快、应用最广的首属电力工业 ,而电力电子技术已经在电力系统中被广泛地运用了。 现代电力电子技术的发展方向 ,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学 ,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件 ,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代 ,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来 的、以功率 MOSFET 和 IGBT 为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件 ,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入 80 年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入 90 年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电力检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关 晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（ PWM）控制 IC 和 MOSFET 构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新 技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。 同样电力电子技术在电力系统中的应用 也得到广泛地发展， 10 年前 电力电子技术的应用 仅限于高压直流电、发电机励磁系统和静止无功补偿器。从现在已实现的电力电子工程观察， 尤其啊 在 最近 的 10 年，灵活交流输电和高压直流输nts 浙江工业大学浙西分校信 息与 电 子工程 系毕业设计（论文） 2 电将提高电力系统的经济性、解决系统控制问题，同时在电力系统的安全可靠上发挥更大的作用。直接的表现将是用电力电子技术提高系统输电容量，增加系统稳定和改善电能质量。 系统仿真就是在 模型上进行试验的过。按照真实系统的物理性质、几何尺寸等构造出系统的物理模型 ,并在该物理模型上进行试验 ,称为物理仿真。把数学模型、物理模型 ,甚至实物联合在一起进行试验 ,称为数学 -物理仿真 ,又称为半实物仿真。计算机仿真包括三个要素 :系统、模型、计算机。联系这三个要素的有三个基本活动 :对象数学模型建立、仿真模型建立、仿真试验。 其特点是它属于一种可控制的、无破坏性的、耗费小的、并允许多次重复的试验手段。 它以其高效、优质、低廉体现其强大的生命力和潜在的能力。它是迄今为止最有效的经济的综合集成方法，是推动技术进步的战略技术。 仿真是对现象的仿效和模仿。近来由于信息的复杂化和多样化，要求对各种真实再现的现象进行解释和分析就难以做到。而仿真技术是以控制论、相似原理、系统技术和信息技术为基础，以计算机和专用物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合技术。采用仿真技术具有良好的可控性、无破坏性、安全、不受气象条件和空域场地的限制，可多次重复，以及经济性等特点。因此，仿真技术和方法在许多 领域里受到重视，其应用方法和仿真语言的研究也迅速发展起来。 电力电子技术是电力交流技术、电子技术和控制技术三者结合而发展起来的，是专门研究电能转换与控制的新学科。电能是人类活动的主要能源。由于电力电子技术能有效地节能降耗，所以被看作是国民经济各部门，国防建设和人民生活中一项重要的基础技术。由于世界范围内能源紧缺，使得世界各国对电力电及技术更加重视，因而电力电子技术的发展出现了生机勃勃的新局面，主要表现在以下两个方面，一是具有自关断能力的高频大功率化的新器件及应用技术取得了惊人的进步；二是新一代电力电子器件初 露锋芒，智能化功率集成电路的出现被国外有些专家认为是引起第二次电子学革命的“导火线”。国外许多国家都将电力电子技术列为 90 年代高新技术的发展重点。 随着现代化建设的不断发展，电力电子设计任务的不断加大，各种材料的不断发现，新器件不断发明，软件技术的成熟，网络普遍结合到日常生活中，计算机使用普遍化，各种计算机仿真系统出现。简单来说，所谓仿真就是用模型去模仿真实系统，也就是用物理的或抽象的系统来描述系统得某些行为特征。模型时仿真的基础，只有建立了正确的模型和数据，才能得到正确的仿真结果，仿真才有意义和价值。 90 年代，人们开始注意多智能体模型（ multi-agent model）的研究，这类模型使我们可以研究自治的个体及它们之间的相互作用。 近年来，由于数据网络日趋复杂、网络规模日趋庞大， 现阶段随着生产的扩大和高校的日益繁多，对安全意识的不断增强，要求有更好的条件来实现电力电子实验。以前一般都是在实验室来完成大部分的工作，但是这要耗很大的场地和资金，因为一个电力电子实验所需的器材比较昂贵。越来越多的高校开始着手开发模拟仿真系统，使资金和危险降低到最低。近几年很多仿真模拟软件的应用，电力电子实验仿真的研究越来越受重视 。教学上的大力发展，很多的仿真设计相继出台。 参考文献： 1 王兆安，黄俊 .电力电子变流技术（第三版） .北京：机械工业出版社， 1994 nts 浙江工业大学浙西分校信 息与 电 子工程 系毕业设计（论文） 3 2 赵良炳 .现代电力电子技术基础 .北京：清华大学出版社， 1995 3 李序葆，赵永健 .电力电子器件及其应用 .北京：机械工业出版社， 1996 4 丁道宏 .电力电子技术 .北京：航空工业出版社， 1999 5 石玉，贾书贤，王文郁 .电力电子技术题例与电路设计指导 .北京：机械工业出版社， 1999 6 张明勋 .电力电子设备设计和应用手册 .北京：机械工业出版社 ， 1981 7 刘定建，朱丹霞 .实用晶闸管电路大全 .上海：同济大学出版社， 1996 8 范翠丽 .Flash 动画制作技术在科教片中的应用 .中国知网 . 9 赵贺 .电力电子学在电力系统中的应用 . 北京：机械工业出版社， 1993 10天一勇 ， 高勇宇 .Flash MX 动画设计与编程 .上海 ：上海科学技术出版社，1997 nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文） 5 现代电力电子及电源技术的发展 现代电源技术是应用电力电子半导体器件 ,综合自动控制、计算机 (微处理器 )技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用 ,是现代电力电子技术的具体应用。 当前 ,电力电子作为节能、节材、自动化、智能化、机电一体化的基础 ,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来 ,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用 ,实现高效率和高品质用电相结合。 高频开关电源的发展趋势 在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开 关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源 ,传统的电路非常庞大而笨重 ,如果采用高顿开关电源技术 ,其体积和重量都会大幅度下降 ,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中 ,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率 ,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术 ,更是各种大功率开关电源 (逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等 )的核心技术。 通信用高频开关电源 。 通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信 供电系统的主流。在通信领域中 ,通常将整流器称为一次电源 ,而将直流 -直流 (DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为 48V 的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中 ,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代 ,高频开关电源 (也称为开关型整流器 SMR)通过 MOSFET 或 IGBT 的高频工作 ,开关频率一般控制在 50-100kHz 范围内 ,实现高效率和小型化。近几年 ,开关整流器的功率容量不断扩大 ,单机容量己从 48V/12.5A、 48V/20A 扩大到 48V/200A、 48V/400A。 因通信设备中所用集成电路的种类繁多 ,其电源电压也各不相同 ,在通信供电系统中采用高功率密度的高频 DC-DC 隔离电源模块 ,从中间母线电压 (一般为48V 直流 )变换成所需的各种直流电压 ,这样可大大减小损耗、方便维护 ,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上 ,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加 ,通信电源容量也将不断增加。 1. 高频化 理论分析和实践经验表明 ,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频 50Hz 提高到 20kHz,提高 400倍的话 ,用 电设备的体积重量大体下降至工频设计的 5l0%。无论是逆变式整流焊机 ,还是通讯电源用的开关式整流器 ,都是基于这一原理。同样 ,传统“整流行nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文） 6 业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合 闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造 , 成为“开关变换类电源” ,其主要材料可以节约 90%或更高 ,还可节电 30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高 ,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化 ,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益 ,更可体现技术含量的价值。 2. 模块化 模块化有两方面的含义 ,其一是指功率器件 的模块化 ,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块 ,含 有一单元、两单元、六单元直至七单元 ,包括开关器件和与之反并联的续流二极管 ,实质上都属于“标准”功率模块 (SPM)。近年 ,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去 ,构成了“智能化”功率模块 (IPM),不但缩小了整机的体积 ,更方便了整机的设计制造。实际上 ,由于频率的不断提高 ,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重 ,对器件造成更大的电应力 (表现为过电压、过电流毛刺 )。为了提高系统的可靠性 ,有些制造商开发了“用户专用”功率模块 (ASPM),它把一 台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中 ,使元器件之间不再有传统的引线连接 ,这样的模块经过严格、合理的热、电、 机械方面的设计 ,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路 (ASIC)。只要把控制软件写入该模块中 的微处理器芯片 ,再把整个模块固定在相应的散热器上 ,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见 ,模块化的目的不仅在于使用方便 ,缩小整机体积 ,更重要的是取消传统连线 ,把寄生参数降到最小 ,从而把器件承受的电应力降至最低 ,提高系统的可靠性。另外 ,大功率的开关电源 ,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑 ,一般采用多个独立的模块单元并联工作 ,采用均流技术 ,所有模块共同分担负载电流 ,一旦其中某个模块失效 ,其它模块再平均分担负载电流。这样 ,不但提高了功率容量 , 在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求 , 而且通 过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块 ,极大的提高系统可靠性 ,即使万一出现单模块故障 ,也不会影响系统的正常工作 ,而且为修复提供充分的时间。 3 数字化 在传统功率电子技术中 ,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代 ,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是 ,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要 ,数字信号处理技术日趋完善成熟 ,显示出越来越多的优点 :便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰 (提高抗干扰能力 )、便于软件包调试和遥感遥测遥调 ,也便于自诊断、容错等技术 的植入。所以 ,在八、九十年代 ,对于各类电路和系统的设计来说 ,模拟技术还是有用的 ,特别是 :诸如印制版的布图、电磁兼容 (EMC) 问题以及功率因数修正 (PFC)等问题的解决 ,离不开模拟技术的知识 ,但是对于智能化的开关电源 ,需要用计算机控制时 ,数字化技术就离不开了。 4 绿色化 电源系统的绿色化有两层含义 :首先是显著节电 , 这意味着发电容量的节约 ,nts浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文） 7 而发电是造成环境污染的重要原因 ,所以节电就可以减少对环境的污染 ;其次这些电源不能 (或少 )对电网产生污染 ,国际电工委员会 (IEC)对此制定了一系列标准 ,如 IEC555、 IEC917、 IECl000 等。事实上 ,许多功率电子节电设备 ,往往会变成对电网的污染源 :向电网注入严重的高次谐波电流 ,使总功率因数下降 ,使电网电压耦合许多毛刺尖峰 ,甚至出现缺角和畸变。 20 世纪末 ,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生 ,有了多种修正功率因数的方法。这些为 2l 世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。 现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现 ,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下 ,由于功率器件性能的限制而使开 关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性 ,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小 ,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术 ,可使功率开关工作在零电压或零电流状态 ,从而可大大的提高工作频率 ,提高开关电源工作效率 ,设计出性能优良的开关电源。 总而言之 ,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展 ,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代 ,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现 ,将标志着这些技术的成熟 ,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年 ,随着通信行业的发展 ,以 开关电源技术为核心的通信用开关电源 ,仅国内有 20 多亿人民币的市场需求 ,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替 线性电源和相控电源是大势所趋 ,因此 ,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动 ,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。 nts浙江工业大学浙西分校信 息与 电 子工程 系毕业设计（论文） 1 Development of modern electric electron and power technology Modern power technology to use electric and electronic semiconductor device, utomatically control synthetically , computer (microprocessor ) technology and electromagnetic multi-disciplinary edge of technology pay and technology. Play a key role in the power of various kinds of high quality , high-efficient , high dependability , it is the concrete application of the modern electric and electronic technology. At present, the electric electron is regarded as energy-conservation , festival just, automation , intelligent, foundation that the electromechanics is integrated, develop in high frequency of application technology , hardware structure module , green direction of properties of product. In the near future, , economy , practical that electric and electronic technology will make the technology of the power riper, realize that with high efficiency and combining together high-qualitily with the electricity. Development trend of the high-frequency switch power In the application in electric and electronic technology and various kinds of power systems, the power technology of the switch is in the key position . As to electroplating the power large-scaly and electrolytically, the traditional circuit is very huge and cumbersome, if it is high to adopt switch power technology once, its volume and weight will all drop by a large margin , and can improve the utilization efficiency of the power , save materials , lowering costs greatly . In the electric automobile and frequency conversion are transmitted, it is due to the power technology of the switch even more, change power consuming frequency through the switch power , thus reach almost ideal load and match and drive controlling. Power technology of the high-frequency switch, it is the key technology of various kinds of high-power switch power (go against and turn into welder , communication power , high frequency and heat the power , laser instrument power , electric operating power etc. ) even more. Communication uses the high-frequency switch power. The rapid development of communication industry has promoted the development of communication power greatly. The switch power and technology of high-frequency miniaturization have already become the mainstream of the electric power system of modern communication. Among communication field, call rectifier one power usually, and direct current- direct current (DC/DC) changer call the power 2 times. One function of power single-phase or three phases exchange electric wire netting is it mark person who claim for direct current source of 48V to vary. In once power that the program-control exchanger uses at present, Traditional own to replace high-frequency switch power steady voltage plug of accusing of etc., high-frequency switch power (call switch rectifier SMR too ) work through MOSFET or high frequency of IGBT, the frequency of the switch is generally controlled within the range of 50-100kHz, realize the high efficiency and miniaturization. In recent years, the capacity of power of the switch rectifier is expanding constantly, the unit is own from 48V/12 in capacity. 5A , 48V/20A are nts浙江工业大学浙西分校信 息与 电 子工程 系毕业设计（论文） 2 expanded to 48V/200A , 48V/400A. Because integrated circuits used are various in style in the communication equipment, its voltage of power has nothing in common with each other, adopt high-frequency DC-DC of the density of high power to isolate the power module in the communication electric power system , various kinds of direct currents needed are pressed to vary from voltage of middle bus bar (generally for 48V direct current ), in this way , can reduce and loss , convenient safeguarding greatly , and it is very convenient to install , increase. Generally mounted on control panel of the standard directly , the requisition for power two times is the density of high power. Because the constant increase of the capacity of communication, the capacity of the communication power will increase constantly. 1 High frequency Theory between analysis and practical experience indicate electric voltage transformer, inductance, volume of electric capacity of product weight in inverse proportion to square root of power supply frequency. So 50Hz bring 20kHz up to frequently from worker frequency as us, raise time of, volume weight , power consuming of equipment drop to 5 that the worker designed so l0% frequently. No matter go against the becoming type rectification welder , or the switch type rectifier that the communication power used, all on the basis of this principle. Same, tradition rectification trade electroplate , electrolytic , electric machining , charge , is it charge to float, electricity shut floodgate can go on the transformation with ,etc. various kinds of direct current power according to this principle too, becoming the switch varying type power , its main material can economize 90% or higher , can also economize on electricity by 30% or more . Because the gradual improvement of the electronic device operating frequency upper limit of the power, impel a lot of traditional high-frequency equipment solid state that adopted the electron tube originally, bring remarkable energy-conservation, economize on water, economizing the economic benefits of the material, can reflect the value of the technological content even more. 2 Module The module has meaning of two respects, first refer to the module of the power device, second refer to the module of the unit of the power . Our common device module , contain between Entrance one , Entrance two , Entrance six and Entrance seven, including the device of the switch and the diode has flowed with its parallel instead one continuouslying is all the power module (SPM ) of standard in fact. In recent years, some companies protect the drive of the device of the switch the circuit is put into the power module too, having formed intelligent power module (IPM ) , not only has narrowed the volume of the complete machine, furthermore has helped the design of the complete machine make. In fact, because frequency constant to raise, cause lead wire parasitic inductance , depend on to have more serious influences nts浙江工业大学浙西分校信 息与 电 子工程 系毕业设计（论文） 3 electric capacity for a living, lead to the fact heavy electric stress to device (show as the overvoltage , the electric current burr passes). For improve systematic dependability, some manufacturer develop special-purpose user have power module(ASPM), it all hardwares install reach a piece of module in the form of chip nearly one complete machine, make the components and parts no longer have traditional lead wire that is joined , such module , through the design of strict , rational hot , electricity , machinery, reach and optimize the perfect condition. Special-purpose integrated circuit of user that it is similar to in microelectronicses (ASIC ). So long as write controlling the software into the microprocessor chip in this module , and then fix the whole module on corresponding radiator, form a new-type switch power device . Therefore, the module purpose not merely lies in being easy to use, narrow the whole organism to accumulate, the more important thing is that cancels the traditional line , it is minimum to bring the parasitic parameter down to, thus it is lowest to drop the electric stress that the device bears to, improve systematic dependability . In addition, the switch power of high-power, because of the limitations of capacity of the device with increasing the redundant consideration which improves dependability, generally adopt a lot of independent module units to connect in parallel and work , adopt and flow technologically, all module share the load current together, once a certain module loses efficiency among them, other module shares the load current equally. In this way , not only has improved the capacity of power , has responded to the request that the large electric current is exported in case of limited capacity of device, and pass and increase the redundant power module very small in power as to whole system, the great systematic dependability of improvement, even in case the trouble of the single module appears, will not influence the normal work of the system either , and offer abundant time for repairing. 1.3Digitization In the electronic technology of the traditional power, control and is designed and worked according to the analog signal partly. In six , the seventies, electric and electronic technology is totally set up on the basis of imitating the circuit. However, the digital signal, digital circuit seem more and more important now, the treatment technology of the digital signal is perfected day by day riply, demonstrate more and more advantages : The convenient computer deals with and controls, prevent from distortion of analog signal distorted reducing stray interference (improve anti-interference ability ) , convenient software package debugging and telemetering measurement distant to adjust remote sensing of signal, benefit technology of diagnose , fault-tolerant by oneselfing etc. to plant into too. So, in eight , the 1990s, to the designs of all kinds of circuit and system, simulation technology is still useful, especially: Print Butut , electromagnetic getting compatible problem and power factor person who revise settlement of problem that make a plate, it is due to the knowledge of the simulation technology, but to the intelligent switch power, need leaving in digitized technology when the computer control. nts浙江工业大学浙西分校信 息与 电 子工程 系毕业设计（论文） 4 1.4Green The green of the power system has meaning of two layers: Economize on electricity notably at first, this is it generate electricity thrift of capacity to mean , is it cause important reason of environmental pollution to generate electricity, so economizing on electricity can reduce the pollution of the environment ; It is secondly the power can (or not the little) to lasting pollution electric wire netting,make International Electrotechnical Commission (IEC ) to this by a series of standard, for instance IEC555 , IEC917 , IECl000 ,etc. Whether in fact, a lot of power electron economize on electricity equipment, can turn pollution sources in electric wire netting into often. Inject serious high times of in harmony wave electric current into to electric wire netting , make total power factor drop, make electric wire netting voltage coupling a lot of burr spike , even lack the horn and distortion. At the end of the 20th century, various kinds of schemes of active wave filter and active compensator were b