中原工学院
本科毕业设计(论文)开题报告
题目： 单相交流电源的设计
教学单位： 专 业： 学 号： 姓 名：指导教师：
2012年 2月
一、题目背景、研究意义及国内外相关研究情况。
（1）题目背景
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、节才、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。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。
开关电源稳压：利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关稳压电源(以下简称开关电源)问世后，在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。早期出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管工作于开关状态。随着脉宽调制(PWM)技术的发展，PWM开关电源问世，它的特点是用20kHz的载波进行脉冲宽度调制，电源的效率可达65%~70%，而线性电源的效率只有30％~40％。因此，用工作频率为20 kHz的PWM开关电源替代线性电源，可大幅度节约能源，从而引起了人们的广泛关注，在电源技术发展史上被誉为20kHz革命。 随着超大规模集成(ultra-large-scale-integrated-ULSI)芯片尺寸的不断减小，电源的尺寸与微处理器相比要大得多；而航天、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备(如手提计算机、移动电话等)更需要小型化、轻量化的电源。因此，对开关电源提出了小型轻量要求，包括磁性元件和电容的体积重量也要小。
（2）发展阶段 开关稳压电源发展阶段主要分为以下三个阶段：
第一个阶段是功率半导体器件从双极型器件(BPT、SCR、GT0)发展为MOS型器件(功率MOS-FET、IGBT、IGCT等)，使电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度降低导通损耗，电路也更为简单。
第二个阶段自20世纪80年代开始，高频化和软开关技术的研究开发，使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。
第三个阶段从20世纪90年代中期开始，集成电力电子系统和集成电力电子模块(IPEM)技术开始发展，它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。
（3）研究目的及意义
在当代科技与经济高速发展的过程中，电源起到关键性的作用。电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。
在用电高峰期，很多地方存在电网电压跌落严重的现象，但在用电低谷期，电网电压又上升太高；一些边远地区，电网电压长期偏低；一些负荷变化较快的地区，电网电压波动严重⋯。这些都很容易给用电设备带来损害，甚至可能造成很大的损失。有些地方需要非常稳定的交流工作电压，同时又和电网电压不同。例如当电力机车运行时,便需要牵引电机得到稳定的正弦交流电压，且不同部分所使用的电压可能不同。由此可见，高稳定度的交流稳压电源具有非常广大的应用空间。
（4）国内外发展状况
电力电子技术已发展成为一门完整的、自成体系的高科技技术，电源技术属于电力电子技术的范畴。电源技术主要是为信息产业服务的，信息技术的发展又对电源技术提出了更高的要求，从而促进了电源技术的发展，两者相辅相成才有了现今蓬勃发展的信息产业和电源产业。迄今为止，电源已成为非常重要的基础科技和产业，并广泛应用于各行业，从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持，其发展趋势为高频、高效、高密度化，低压、大电流化和多元化。同时，封装结构、外形尺寸日趋接国际标准化，以适应全球一体化市场的要求。
当前在国内外电源产业中，占主导地位的产品有各种线性稳压电源、通讯用的AC/DC开关电源、DC/DC开关电源、交流变频调速电源、电解电镀电源、高频逆变式整流焊接电源、中频感应加热电源、电力操作电源、正弦波逆变电源、UPS、可靠高效低污染的光伏逆变电源、风光互补型电源等。而产品价格、性能指标、品牌效应及使用寿命一直是用户最关心的问题。这就促使国内外电源生产商朝着应用技术数字化、硬件结构模块化、产品性能绿色化智能化的方向发展。 因此，交流稳压电源的发展前景还是很广阔的。
二、 设计任务
（1）熟悉单相交流稳压电源系统的模型、基本原理及其工作特性。
（2）研究单相交流稳压电源系统的基本应用领域和应用方法。
（3）分析系统产生的谐波对单相交流稳压电源输出特性的影响并设法改进。
（4）掌握DSP单片机基本原理及应用，并且熟悉一些外围电路的扩展，以及进
一步提高C语言的硬件编程能力。
（5）掌握仿真软件simulink在电力电子领域中的应用。
三、设计内容
（1）单相交流稳压电源系统的模型、基本原理
单相交流稳压电源系统的模型如下：
图1 单相交流电源的原理框图
中原工学院
本科毕业设计(论文)开题报告
题目： 单相交流电源的设计
教学单位： 专 业： 学 号： 姓 名：指导教师：
2012年 2月
一、题目背景、研究意义及国内外相关研究情况。
（1）题目背景
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、节才、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。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。
开关电源稳压：利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关稳压电源(以下简称开关电源)问世后，在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。早期出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管工作于开关状态。随着脉宽调制(PWM)技术的发展，PWM开关电源问世，它的特点是用20kHz的载波进行脉冲宽度调制，电源的效率可达65%~70%，而线性电源的效率只有30％~40％。因此，用工作频率为20 kHz的PWM开关电源替代线性电源，可大幅度节约能源，从而引起了人们的广泛关注，在电源技术发展史上被誉为20kHz革命。 随着超大规模集成(ultra-large-scale-integrated-ULSI)芯片尺寸的不断减小，电源的尺寸与微处理器相比要大得多；而航天、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备(如手提计算机、移动电话等)更需要小型化、轻量化的电源。因此，对开关电源提出了小型轻量要求，包括磁性元件和电容的体积重量也要小。
（2）发展阶段 开关稳压电源发展阶段主要分为以下三个阶段：
第一个阶段是功率半导体器件从双极型器件(BPT、SCR、GT0)发展为MOS型器件(功率MOS-FET、IGBT、IGCT等)，使电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度降低导通损耗，电路也更为简单。
第二个阶段自20世纪80年代开始，高频化和软开关技术的研究开发，使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。
第三个阶段从20世纪90年代中期开始，集成电力电子系统和集成电力电子模块(IPEM)技术开始发展，它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。
（3）研究目的及意义
在当代科技与经济高速发展的过程中，电源起到关键性的作用。电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。
在用电高峰期，很多地方存在电网电压跌落严重的现象，但在用电低谷期，电网电压又上升太高；一些边远地区，电网电压长期偏低；一些负荷变化较快的地区，电网电压波动严重⋯。这些都很容易给用电设备带来损害，甚至可能造成很大的损失。有些地方需要非常稳定的交流工作电压，同时又和电网电压不同。例如当电力机车运行时,便需要牵引电机得到稳定的正弦交流电压，且不同部分所使用的电压可能不同。由此可见，高稳定度的交流稳压电源具有非常广大的应用空间。
（4）国内外发展状况
电力电子技术已发展成为一门完整的、自成体系的高科技技术，电源技术属于电力电子技术的范畴。电源技术主要是为信息产业服务的，信息技术的发展又对电源技术提出了更高的要求，从而促进了电源技术的发展，两者相辅相成才有了现今蓬勃发展的信息产业和电源产业。迄今为止，电源已成为非常重要的基础科技和产业，并广泛应用于各行业，从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持，其发展趋势为高频、高效、高密度化，低压、大电流化和多元化。同时，封装结构、外形尺寸日趋接国际标准化，以适应全球一体化市场的要求。
当前在国内外电源产业中，占主导地位的产品有各种线性稳压电源、通讯用的AC/DC开关电源、DC/DC开关电源、交流变频调速电源、电解电镀电源、高频逆变式整流焊接电源、中频感应加热电源、电力操作电源、正弦波逆变电源、UPS、可靠高效低污染的光伏逆变电源、风光互补型电源等。而产品价格、性能指标、品牌效应及使用寿命一直是用户最关心的问题。这就促使国内外电源生产商朝着应用技术数字化、硬件结构模块化、产品性能绿色化智能化的方向发展。 因此，交流稳压电源的发展前景还是很广阔的。
二、 设计任务
（1）熟悉单相交流稳压电源系统的模型、基本原理及其工作特性。
（2）研究单相交流稳压电源系统的基本应用领域和应用方法。
（3）分析系统产生的谐波对单相交流稳压电源输出特性的影响并设法改进。
（4）掌握DSP单片机基本原理及应用，并且熟悉一些外围电路的扩展，以及进
一步提高C语言的硬件编程能力。
（5）掌握仿真软件simulink在电力电子领域中的应用。
三、设计内容
（1）单相交流稳压电源系统的模型、基本原理
单相交流稳压电源系统的模型如下：
图1 单相交流电源的原理框图