电力电子电动车充电器的设计

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 电力电子技术电力电子技术课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目：36V/2A36V/2A电动车充电器设计电动车充电器设计 院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 电气电气112112 学学 号：号： 110303070 学生姓名：学生姓名： 张巍张巍 指导教师：指导教师： 起止时间：起止时间：202013-12-30至至2014-1-10 本科生课程设计（论文） 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 本科生课程设计（论文） 院（系）：电气工程学院 教研室： 电气 学 号110303070学生姓名张巍专业班级

2、电气112 课程设计 （论文） 题目 36V/2A36V/2A电动车充电器设计电动车充电器设计 课程设计（论文）任务 课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数 实现功能实现功能 电动自行车以其价格低、绿色环保，使用安全方便等优点越来越受到消费 者的喜爱。目前国内市场上的电动自行车大多采用或密封铅酸蓄 电池组，为了降低成本，要求充电器采用简化的恒流恒压模式，以满足一般电 动车 36V 蓄电池充电的要求。 设计任务设计任务 1、方案的经济技术论证。2、工频整流电路设计。3、高频逆变电路设计。 4、高频整流电路设计；5、参数计算；6、选择器件的具体型号。7、绘

3、制相关 电路图。8、完成设计说明书。 要求要求 1、1、文字在 4000 字左右。 2、2、文中的理论分析与计算要正确。 3、3、文中的图表工整、规范。 4、元器件的选择符合要求。 技术参数技术参数 1、输入电源电压为175266V(50Hz60Hz)。 2、输出电压： 44.3V0.3V。输出电流(视电池容量不同)：1.82A。若被充电池容量为12Ah， 则充电时间约为9小时充电效率约为88%。3、可采用分立器件或集成芯片。 进度计划 第 1 天：集中学习；第 2 天：收集资料；第 3 天：方案论证；第 4 天：主电路 设计；第 56 天：参数计算；第 78 天：器件选择；第 9 天：总结并

4、撰写说明 书；第 10 天：答辩 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 本科生课程设计（论文） 摘 要 电动自行车作为一种轻便的交通工具时下已非常普遍，其普及程度大有超赶 自行车的趋势，而充电器是电动自行车必不可少的配件，电动车充电器市场巨大。 该充电器基于电流模式的开关电源的原理设计，主电路采用单端反激式设计，控 制电路以电流型集成控制器 UC3842 为核心，配合 LM324 光耦和 TL431 实现对蓄 电池的充电控制。目前市场上的充电器可分为两类：一类是以 UC3842 为核心驱 动的单管变换器，另一类是以 TL494 为核心驱动的半桥型

5、变换器。TL494 驱动的 是半桥式连接的功率管，适用于较大功率；UC3842 驱动的单管它激式功率管， 适用于功率较小。本文基于 UC3842 设计了一款反激式低成本的 36电动车充 电器。 设计内容简介了相关芯片，给出了完整的实际设计电路详细分析了其设计及其工 作原理，这其中包括主电路、工频整流电路、高频逆变-变压器-高频整流电路和 显示部分的工作原理。实践应用表明，该充电器性能优良，适应性较强，比同性 能的充电器成本低，很有市场竞争力。 关键词：集成控制器；充电器；开关电源；单端反激式 本科生课程设计（论文） 目 录 第 1 章 绪论 .1 1.1 电力电子技术概况 .1 1.2 本文设

6、计内容 .4 第 2 章 36V/2A 电动车充电器电路设计.5 2.1 电动车充电器总体设计方案 .5 2.2 具体电路设计 .5 2.2.1 工频整流电路设计.8 2.2.2 高频逆变-变压器-高频整流电路设计 .10 2.3 元器件型号选择 .11 第 3 章 课程设计总结 .14 参考文献 .16 本科生课程设计（论文） - 0 - 第 1 章 绪论 1.1 电力电子技术概况 顾名思义，可以认为，所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。 电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件 （如晶闸管，GTO，IGBT 等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技

7、术所变 换的“电力”功率可大到数百 MW 甚至 GW，也可以小到数 W 甚至 1W 以下，和以信 息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。通常所用的电 力有交流和直流两种。从公用电网直接得到的电力是交流，从蓄电池和干电池得 到的电力是直流。从这些电源得到的电力往往不能直接满足需求，需要进行电力 变换。电力电子技术的应用范围十分广泛。它不仅用于一般工业，也广泛用于交 通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调的家 用电器及其他领域中也有着广泛的应用。 电动车充电器是指专门的电动自行车的电瓶配置的一个充电设备。充电器的 分类用有、无工频（50 赫兹）变压器

8、区分，可分为两大类。常用的开关电源式充 电器又分半桥式和单激式两大类。货运三轮充电器一般使用带工频变压器的充电 机，体积大、重量大、费电，但是可靠，便宜；电动自行车和电摩则使用所谓开 关电源式充电器，省电，效率高，但是易坏。在各种电子设备当中，需要多路不 同电压供电，如数字电路需要 5V,3.3V,2.5V 等，模拟电路需要正负 12V，正负 15V 等，这就需要专门设计电源装置来提供这些电压，通常要求电源装置能达到 一定的稳定精度，还能够提供足够大的电流。开关电源在效率，体积和重量等方 面都远远优于线性电源，成为电子设备供电的主要电源形式。只有在一些功率非 常小或者要求供电电压纹波非常小的场

9、合还在使用线性电源。 整流电路普遍采用二极管构成的桥式电路，直流侧采用大电容滤波，该电路 结构简单、工作可靠、成本低，效率也比较高，但存在输入电流谐波含量大、功 率因数低的问题，因此较为先进的开关电源采用有源的功率因数校正（Power Factor Correction,PFC）电路。 高频逆变-变压器-高频整流电路是开关电源的核心部分，具体电路采用的是 带隔离的直流-直流变流电路。针对不同的功率等级和输入电压可以选取不同的 电路。针对不同的电压等级，可以选择不同的高频整流电路。 随着微电子技术的不断发展，电子设备的体积不断减小，与之相适应，要求 开关电源的体积和重量也不断减小，提高开关频率并

10、保持较高的效率是主要的途 径。一个开关电源经常需要同时提供多组供电，这可以采用给高频变压器设计多 本科生课程设计（论文） - 1 - 个二次绕组的方法来实现，每个绕组分别连接到各自的整流和滤波电路，就可以 得到不同电压的多组输出，而且这些不不同的输出之间是相互隔离的。值得注意 的是，仅能从这些输出中选择一路作为输出电压反馈，因此也就只有这一路电压 的稳压精度较高，其他路的稳压精度都较低，而且其中一路的负载变化时，其他 路的电压也会跟着变化。 除了交流输入之外，很多开关电源的输入为直流，来自电池或者另一个开关 电源的输出，这样的开关电源被称为直流-直流变换器。直流-直流变换器分为隔 离型和非隔离

11、型两类，隔离型多采用反激、正激、半桥等隔离型电路，而非隔离 型采用 buck、boost、buck-boost 等电路。 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，推动了开关电源的发展 前进，每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰 的方向发展。 开关电源可分为 AC/DC 和 DC/DC 两大类，DC/DC 变换器现已实现模块化，且 设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但 AC/DC 的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术 和工艺制造问题。

12、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。 开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT 和 MOSFET、变压器。 SCR 在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用，GTR 驱动困难，开关 频率低，逐渐被 IGBT 和 MOSFET 取代。 开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。 由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开 关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器 件的损耗，并在功率铁氧体材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密 度Bs)下获得高的磁性能，而电容器的小

13、型化也是一项关键技术。SMT 技术的应 用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源 的轻、小、薄。 ，开关电源的高频化就必然对传统的 PWM 开关技术进行创新，实 现 ZVSZCS 的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源 的工作效率。对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降 低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。模块化是开关电 源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成 N+1 冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。针对开关电源运行噪声大这一缺点， 若单独追求高频化其噪声也必将随着增大

14、，而采用部分谐振转换电路技术，在理 本科生课程设计（论文） - 2 - 论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技 术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。 开关电源常见的故障如： （1）保险丝熔断 一般情况下，保险丝熔断说明电源的内部线路有问题。由于电源工作在高电 压、大电流的状态下，电网电压的波动、浪涌都会引起电源内电流瞬间增大而使 保险丝熔断。重点应检查电源输入端的整流二极管，高压滤波电解电容，逆变功 率开关管等，检查一下这此元器件有无击穿、开路、损坏等。如果确实是保险丝 熔断，应该首先查看电路板上的各个元件，看这些元件的外表有没有被

15、烧糊，有 没有电解液溢出，如果没有发现上述情况，则用万用表测量开关管有无击穿短路。 需要特别注意的是：切不可在查出某元件损坏时，更换后直接开机，这样很有可 能由于其它高压元件仍有故障又将更换的元件损坏，一定要对上述电路的所有高 压元件进行全面检查测量后，才能彻底排除保险丝熔断的故障。 （2）无直流电压输出或电压输出不稳定 如果保险丝是完好的,在有负载情况下,各级直流电压无输出.这种情况主要 是以下原因造成的:电源中出现开路、短路现象， 、过压过流保护电路出现故障， 辅助电源故障，振荡电路没有工作，电源负载过重，高频整流滤波电路中整流二 极管被击穿，滤波电容漏电等。在用万用表测量次级元件，排除了

16、高频整流二极 管击穿、负载短路的情况后，如果这时输出为零，则可以肯定是电源的控制电路 出了故障。若有部分电压输出说明前级电路工作正常，故障出在高频整流滤波电 路中。高频滤波电路主要由整流二极管及低压滤波电容组成直流电压输出，其中 整流二极管击穿会使该电路无电压输出，滤波电容漏电会造成输出电压不稳等故 障。用万用表静态测量对应元件即可检查出其损坏的元件。 （3）电源负载能力差 电源负载能力差是一个常见的故障，一般都是出现在老式或工作时间长的电 源中，主要原因是各元器件老化，开关管的工作不稳定，没有及时进行散热等。 应重点检查稳压二极管是否发热漏电，整流二极管损坏、高压滤波电容损坏等。 电力电子技

17、术的不断创新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我 国开关电源产业的发展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研 联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。 本科生课程设计（论文） - 3 - 1.2 本文设计内容 电动自行车以其价格低、绿色环保，使用安全方便等优点越来越受到消费者 的喜爱。目前国内市场上的电动自行车大多采用或密封铅酸蓄电池 组，为了降低成本，要求充电器采用简化的恒流恒压模式，以满足一般电动车 36V 蓄电池充电的要求。本文主要设计电路为工频整流电路设计，高频逆变电路 设计，高频整流电路设计以及参数计算和选择器件的具体型号并绘制相关电路图， 以完成设计任务

18、。 本科生课程设计（论文） - 4 - 第 2 章 36V/2A 电动车充电器电路设计 2.1 电动车充电器总体设计方案 交流输入、直流输出的开关电源将交流电转化为直流电，其典型的能量变换 过程如图 2-1 所示。 工频交流直流高频交流 直流 脉动直流 高频交流 图 2-1-1 开关电源的能量变换过程 整流电路普遍采用二极管构成的桥式电路，直流侧采用大电容滤波，该电路 结构简单、工作可靠、成本低，效率也比较高，但存在输入电流谐波含量大、功 率因数低的问题，因此较为先进的开关电源采用有源的功率因数校正（Power Factor Correction,PFC）电路。 高频逆变-变压器-高频整流电路

19、是开关电源的核心部分，具体电路采用的是 带隔离的直流-直流变流电路。针对不同的功率等级和输入电压可以选取不同的 电路。针对不同的电压等级，可以选择不同的高频整流电路。 2.2 具体电路设计 （1）主体部分分析与设计 电路主体部分如图 2-1-1 所示，主电路为单端反激式 DC/DC 变换器。 整流电路 变压器 高频逆变 高频整流 滤波器 本科生课程设计（论文） - 5 - 图 2-1-1 主体部分电路设计 单端反激式是输入与输出隔离的 DC/DC 变换器中的一种。所谓单端是指变压 器仅有单一方向的磁通，反激是指开关管导通时变压器原边仅作为电感储存能量， 能量是在开关管断开时传递负载的。输入的直

20、流电压 Ui 由市电经二极管桥式整 流加电容滤波得到。主电路主要由功率开关管 Q1，高频变压器 T1，高频整流二 极管 D1、D2、D3，滤波电容 C6、C5、C3 组成。其中开关管 Q1 为型号为 P7NA60 的场效应管，变压器有三个副边 L2、L3 及 L4，对应着三路输出，这里均把其看 作主电路的部分，L2 这路输出为主输出，给蓄电池充电，L4 这路输出主要给 UC3842 及光耦供电，L3 这路给后面状态指示电路部分供电及作为其相应的输入。 因为副边 L3 和 L2 匝数成比例，两路输出电压成比例，故 L3 这路可做为反馈信 号。二极管 D4 为普通整流二极管，有利于对蓄电池充电；R

21、15 主要是为了避免单 端反激式工作在空载状态。 控制部分以 UC3842 为核心构成。次级绕组 L4 的输出经 D2 整流和 C3 滤波后 加在 7 脚给芯片供电。刚要启动时变压器次级线圈无电压输出，故 Ui 经 R4 分压 后加在 7 脚给芯片供电，正常工作时由 L4 的这一路供电；电阻 R2 跨接在基准电 压端 8 脚和定时端 4 脚，电容 C7 接 4 脚和地，这是振电路外部分固定的接法， 电阻 R2 和电容 C7 决定振荡器的工作频率，也就决定了 UC3842 输出的 PWM 信号 频率；光耦 PC817 输出经18 送至 2 脚，为电压反馈信号，2 脚为芯片内部误差 放大器的反向输

22、入端；芯片 1 脚和 2 脚之间连接的 R5 和 C2 起到改善误差放大器 性能的增益和频率特性的作用；变压器原边 L1，开关管 Q1，R3 和 R17 中的电流 相同，故 R17 为电流取样电阻，其接至电流检测比较器的输入端 3 脚；内部误差 本科生课程设计（论文） - 6 - 放大器的反向输入端 2 脚为电压反馈信号，误差放大器同向输入端在芯片得到的 基准电压信号，经误差放大器后得误差放大信号，而误差放大信号送到芯片内部 电流检测比较器的输入端，电流检测比较器的另一输入端就是 3 脚，3 脚接电流 反馈信号，这就构成了双闭环系统，电流反馈是内环。PWM 信号输出端 6 脚有较 强的驱动能力

23、，在这里经 R6 直接驱动开关管 Q1。 反馈部分主要由可调精密并联稳压器 TL431 和线性光耦 PC817 构成。输出电 压 UO 经 R13、R12 和 R14 分压后加至 TL431 的 1 脚，UO 有波动时 TL431 的 1 脚的 输入也会相应变化，与 TL431 中的 2.50V 带隙基准电压进行比较后在阴极上会形 成误差电压，使光耦中 LED 的电流也发生相应变化，再通过光耦使 UC3842 的 2 脚上得到的电压反馈信号发生相应的变化，从而改变 UC3842 的 6 脚上输出的 PWM 的占空比，控制输出达到要求。 负载为蓄电池，所以 UO 被钳制的电压和蓄电池电压相同，而

24、刚开始充电时 蓄电池电压较低，通过反馈必然会增加 DC/DC 变换器的输出，从而使充电电流较 大，为了限制该电流，增加了 R16 和5 这一路反馈信号。变换器输出增加时， L3 这一路输出也增加，经 R16 和5 加在 TL431 的 1 脚的电压也增加，从而限制 变换器输出的增加，也就限制了最大充电电流。 （2）状态指示部分分析与设计 状态指示部分电路如图 3，以 LM324 为核心构成。状态指示电路的主要作用 是显示电源是否接通，充电是否结束。图 2-1-1 和图 2-1-2 都是充电器电路的一 部分，图 2-1-2 中的 A、B、C 三点分别和图 2-1-1 中的 A、B、C 三点相连。

25、充电 器接上交流电源后，C 点上就有电压，一方面加在 4 脚给 LM324 供电，另一方面 通过 R21 让电源指示 LED 灯 D1 亮。D3 和 D4 为一双色 LED 指示灯。刚开始充电 时，经 R22 和 R23 分压后输入给 5 脚的电压大于其 6 脚得到的电压，7 脚输出高 电位，经 R29 使 D3 红灯亮，同时经 R27 送至 2 脚使 2 脚电压高于 3 脚得到的电 压，1 脚输出低电位，绿灯 D4 不亮；充好电时蓄电池上电压相对较高，5 脚的电 压大于其 6 脚电压，7 脚输出低电平，红灯 D3 不亮，同时绿灯 D4 亮。 本科生课程设计（论文） - 7 - 图 2-1-2

26、 状态指示部分 2.2.1 工频整流电路设计 工频就是 220V，50HZ 交流电源，整流电路（rectifying circuit）就是把 交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波 器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到 广泛应用。 桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管 口连接成桥式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了 它的缺点。 整流电路普遍采用二极管构成的桥式电路，直流侧采用大电容滤波，该电路 结构简单、工作可靠，成本低，效率也比较高。桥式整流电路是使用最多的一种 整流电路。这

27、种电路，只要增加两只二极管口连接成“桥”式结构，便具有全波 整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。 本科生课程设计（论文） - 8 - 桥式整流电路图 2-2-1 所示 图 2-2-1 桥式整流电路 桥式整流电路的工作原理如下：E2 为正半周时，对 D1 、D3 和方向电压， Dl，D3 导通；对 D2 、D4 加反向电压，D2 、D4 截止。电路中构成 E2 、Dl、Rfz 、D3 通电回路，在 Rfz ，上形成上正下负的半波整流电压，E2 为负半周时，对 D2 、D4 加正向电压，D2 、D4 导通；对 D1 、D3 加反向电压， D1 、D3 截止。电路中构成 E2 、D2

28、Rfz 、D4 通电回路，同样在 Rfz 上形成上 正下负的另外半波整流电路 上述工作状态分别如图 2-1-2（a） 、 （b）所示。 图 2-1-2 桥式整流电路工作原理 本科生课程设计（论文） - 9 - 2.2.2 高频逆变-变压器-高频整流电路设计 高频逆变-变压器-高频整流电路是开关电源的核心部分，具体电路是采用隔 离型直流-直流变流电路。针对不同的功率等级和输入电压可以选择不同的电路， 针对不同的输出电压等级，可以选择不同的高频整流电路。带隔离的直流-直流变 流电路目前广泛应用于各种电子设备的直流电源（开关电源） ，是电力电子领域 的一大热点。常见的带隔离的直流-直流变换电路可以分

29、为单端和双端电路两大类。 单端电路的变压器的励磁电流是单方向的，而双端电路的变压器的励磁电流是两 个方向的。单端电路包括正激和反激两类；双端电路包括全桥、半桥和推挽三类。 每一类电路都有多种不同的拓扑形式或控制方法。 反激（Flyback）电路原理为图 2-2-2 所示 图 2-2-2 反激电路原理图 本设计主要采用主电路是单端反激式直流-直流变流电路进行设计的。同正 激电路不同，反激电路中的变压器起着储能元件的作用，可看做是一对相互耦合 的电感。开关 S 开通后，VD 处于断态，绕组 W1 的电流线性增长，电感储能增加； S 关断绕组 W1 的电流被切断，变压器中的磁场能量通过绕组 W2 和

30、 VD 向输出端释 放。 反激电路可以工作在电流断续和电流连续两种模式： 1）如果当 S 开通时，绕组 W2 中的电流尚未下降到零，则称电路工作于电流 连续模式。 2）如果 S 开通前，绕组 W2 中的电流已经下降到零，则称电路工作于电流断 续模式。 当工作于电流连续模式时： （2- off on i O tN tN U U 1 2 1） 当工作于电流断续模式时，输出电压高于上式的计算值，并随负载减小而升 本科生课程设计（论文） - 10 - 高，在负载为零的极限情况下，U0 趋近于无穷，这将损坏电路中的元器件，因此 反激电路不应工作于负载开路状态。 2.3 元器件型号选择 （1）UC3842

31、 介绍 UC3842 国产型号为 CW3842，UC3842 的同类产品还有 UC1842（军用） ， UC2842（民用） ，性能以军用的 UC1842 最好、最稳定。UC3842 是高性能电流型 PWM 集成控制器，电流型控制方式是种固定时间开启，给定电压信号、反馈电压 信号和反馈电流信号共同决定其关断时刻的控制方法。该芯片常见的封装形式有 DIP-8 和 SO-14，有效引脚为 8 个，SO-14 有部分引脚是空脚，内部结构如图 2- 3-1 所示，由欠压封锁电路、振荡器、误差放大器、电流取样比较器、PWM 锁存 器、输出电路和基准电压电路等组成，右边的数字对应 SO-14 封装。以 D

32、IP-8 介 绍，1 脚是误差放大器的输出端，和 2 脚之间外接阻容元件用于改善误差放大器 的性能；2 脚是芯片内部分误差放大器的反向输入端，用作电压反馈输入端，此 脚电压与误差放大器同相端的 2.5V 基准电压进行比较，产生误差电压；3 脚为 芯片内 PWM 比较器的反向输入端，作为电流反馈的输入端，当检测电压超过 1V 时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；4 脚为定时端，内部振荡器的工作频 率由外接的阻容时间常数决定；5 脚为公共地端；6 脚为推挽输出端，内部为图 腾柱式，上升、下降时间仅为 50ns ，驱动能力为1A ；7 脚是直流电源供电端； 8 脚为 5V 基准电压输出端，有 50

33、mA 的负载能力。 UC3842 欠压封锁导通门限为 16V，关断门限电压为 10V；基准电压部分产生 5.0V 基准电压，从 8 脚输出；振荡器使用时外接电阻 RT 和电容 CT，使用时电阻 跨接在 8 脚和 4 上，其参数计算为： （2-)(72 . 1 CtRtfosc 2） 电容一端接 4 脚一端接地，振荡器最高工作频率可达 500KHz，误差放大器的 同向输入端在器件内部接有 2.5V2%基准电压；PWM 信号从 6 脚输出，输出电路 驱动能力较强，可直接驱动 N 沟道 MOS 管和双极晶体管。 本科生课程设计（论文） - 11 - 图 2-3-1 UC3842 内部结构 （2）TL

34、431 和 LM324 简介 TL431 是 2.5V36V 可调式精密并联稳压器，其性能优良、价格低廉，能构 成电压比较器、电源电压监视器、延时电路、精密恒流源、外部误差放大器等。 它的一些特性使得它可以在电源、数字电压表和运放电路等许多场合代替齐纳二 极管，其常见的封装有 TO-92 型和 DIP-8（实际有效管脚也为 3 个） ，管脚分别为 阳极 A、阴极 K 和输出设定端 R（基准端） ，基准端的电压为 2.5V，其典型应用之 一如图 2-3-2（a）所示。TL431 作为外部误差放大器时，与线性光可构成隔离式 反馈电路，在开关电源中较多见。 图 2-3-2（a） TL431 典型应用

35、 本科生课程设计（论文） - 12 - LM324 常见的为 DIP-14 封装，内部集成四个相互独立的带有差动输入的高增 益运算放大器，可单电源供电，也可双电源供电，其管脚功能如如图 2-3-2（b） 式 DC/DC 变换器。 图 2-3-2（b） LM324 管脚功能图 （3）大功率管参数计算： 大功率管晶体管的功率损耗（这里指的是在回路中起到开关作用的晶体管） ，因 其在具体电路中处于开关状态，电压与电流因不同的负载及回路架构（如驱动方 式）表现出来的波形的形状各有不同（有锯齿波、方波等） ，并且其功率损耗形 式多样，包括开关（导通、截止瞬间）损耗、导通时内阻损耗等；这样就不能简 单用电

36、压与电流乘积来计算它的功率损耗。 导通损耗condP = condE ton ddttitVds 0 )()( （2-3） fEcondPcond （2-4） 开关（导通、截止瞬间）损耗 )( 0 )()( ontd dttidtVdsEon （2-5） fEoffEonPsw dttidtVdsEoff trofftd )( )()( )( 0 本科生课程设计（论文） - 13 - （2-6） 合并上述各积分项得（其中为单位时间所消耗的能量）Etot )(EoffEcondEonFEtotFPswPcondPtot （2-7） 本科生课程设计（论文） - 14 - 第 3 章 课程设计总结

37、这次的课程设计中运用了大量的电力电子技术的知识，所谓电力电子技术就 是应用于电力领域的电子技术。电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两个 分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子 技术中所变换的“电力”和“电力系统”所指的“电力”是有一定差别的。两者 都指“电能” ，但后者更具体，特指电力网的“电力” ，前者更一般写。具体地说， 电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。目前所用的 电力电子器件均由半导体制成，故也称电力半导体器件。 通常把电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术两个分支。交流 技术也称为电力电子器件的应用技术，它包括用电

38、力电子器件构成各种电力变换 电路和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电力电子装置和电力电 子系统的技术。 “交流”不只指交直流之间的变换，也包括上述的直流变直流和 交流变交流的变换。电力电子技术广泛应用于电气工程中，这就是电力电子学和 电力学的主要关系。 “电力学”这个术语在为我国已不太应用，这里可用“电工 科学”或“电气工程”取而代之。电力电子技术是电气工程学科中的一个最为活 跃的分支。电力电子技术的不断进步给电气工程的现代化以巨大的推动力，是电 气工程这一相对古来的学科保持活力的重要源泉。 但是，如果从应用领域看，电气工程则又和能源科学密切相关。电能是能源 的一种，而且是使用，输

39、送和控制最为方便的能源，也是人类研究较为充分的一 种能源。在可预见的将来，还没有一种能源有可能取代电能。而人类在任何时候 都不可能离开能源，能源为人类提供动力，是人类永恒的研究对象。因此，人类 如果关注能源，就必须关注电能，也就必须关注电气工程。电力电子技术室 20 世纪后半叶诞生和发展的一门崭新的技术。通常把计算机的作用比作人的大脑。 那么，可以把电力电子技术比作人的消化系统和循环系统。消化系统对能量进行 转换，再有以心脏为中心的循环系统把转换后的能量传送到大脑和全身。电力电 子技术和运动控制一起，还可以比作人的肌肉和四肢，使人能够运动和从事劳动。 只有聪明的大脑，没有灵巧的四肢甚至不能运动

40、的人是难以从事工作的。可见， 电力电子技术在 21 世纪中将会起着十分重要的作用，有着十分光明的未来。 随着科学技术发展的日新月异，电力电子技术在现代社会生产中占据着非常 重要的地位，电力电子技术应用在是生活中可以说得是无处不在如果把计算机控 制比喻为人的大脑，电磁机械等动力机构喻为人的四肢的话，则电力电子技术则 可喻为循环和消化系统，它是能力转化和传递的渠道。因此作为二十一世纪的电 气专业的学生而言掌握电力电子应用技术十分重要。 电力电子课程设计的目的在于进一步巩固和加深所学电力电子基本理论知识。 本科生课程设计（论文） - 15 - 使学生能综合运用相关关课程的基本知识，通过本课程设计，培

41、养学生独立思考 能力，学会和认识查阅和占有技术资料的重要性，了解专业工程设计的特点、思 路、以及具体的方法和步骤，掌握专业课程设计中的设计计算、软件编制，硬件 设计及整体调试。通过设计过程学习和管理，树立正确的设计思想和严谨的工作 作风，以期达到提高学生设计能力。 从理论到实践，在专业课程设计持续的日子里，可以培养我们学到很多东西， 不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知 识。通过课程设计教育学生认识理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远 远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能 真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过 程中随时会遇到各式各样的问题，同时会不断发现自己的不足之处。 整个设计过程对很多我们而言可以说是困难重重，譬如对以前所学过的知识 理解得不够深刻，掌握得不够牢固，不会查阅资