电子设计大赛PWM信号发生器
目录
目录 (1)
摘要 (2)
Abstract (3)
前言 (4)
1. 设计原理 (5)
2. 总体设计 (5)
3. 硬件设计 (5)
3.1 FPGA模块 (5)
3.2 单片机最小系统 (6)
3.3键盘电路 (7)
3.4 LCD显示电路 (7)
3.5电源电路 (8)
4. 软件设计 (8)
4.1 键盘设计.............................................................................. 错误！未定义书签。
4.2 LCD1602程序设计 (8)
4.3 定制ROM元件...................................................................... 错误！未定义书签。
4.4 逻辑仿真和器件验证.......................................................... 错误！未定义书签。
4..5编译下载............................................................................. 错误！未定义书签。
4.6 综合分析.............................................................................. 错误！未定义书签。元件列表.. (10)
结束语 (11)
参考文献 (12)
摘要
脉宽控制技术（PWM）是非常重要的电力电子控制技术，对提高电力电子装置的性能，促进电力电子技术的发展有着巨大的推动作用。本文设计的是一种基于硬件描述语言VHDL和FPGA的多路PWM信号发生器。
PWM信号发生器以FPGA为核心，通过对单片机控制来实现对输出波形的频率、占空比的连续调节，任意两路间的相位差预置，并能对运行信号参数进行实时显示。经实验验证，该信号发生器便于观察和调节，采用数字化设计, 控制精确、可在线编程。
【关键字】FPGA PWM信号占空比频率
Abstract
Pulse width control technique (PWM) is a very important electric power electronic control technology , Improve electric power electronic devise function face to face , boost development of electronic technology of electric power having the gigantic push effect. The generator takes FPGA as core controlling an element,face to face, export the wave form frequency , voltage amplitude , dutyfactor is adjusted in a row, can carry out real time display on working signal parameter together by the fact that controlling to peripheral chip comes to come true. Be easy to observe and measure by that the experiment verifying , that the generator. Five modules are composed of , the power source module , control module, LCD display module , D/A change the module, and the power amplification module.
Keywords FPGA the PWM signal dutyfactor frequency
.
前言
电力电子技术是以功率处理、电能变换为主要对象的现代工业电子技术，以PWM 控制为代表的数字化控制技术的发展和在电力电子技术领域的广泛应用使得电力电子技术产生了脱胎换骨的变化。
传统的采用模拟电路进行控制的手段，它虽然具有很好的实时性，但硬件电路实现相当复杂、可修改性差、控制不够灵活、稳定性差、受环境影响大且成本比较高。
PWM技术最初是在无线电技术中用于信号的调制，后来在电机调速中得到了很好的应用。在直流伺服控制系统中，通过专用集成芯片或中小规模数字集成电路构成的传统PWM控制电路往往存在电路设计复杂、体积大、抗干扰能力差以及设计困难、设计周期长等缺点，因此PWM控制电路的模块化、集成化已成为发展趋势。它不仅可以使系统体积减小、重量减轻且功耗降低，同时可使系统的可靠性大大提高。随着电子技术的发展，特别是ASIC(专用集成电路)设计技术的日趋完善，数字化的EDA(电子设计自动化)工具给电子设计带来了巨大变革，在电机控制等许多应用场合，需要产生多路频率和脉冲宽度可调的PWM波形，这可通过FPGA丰富的硬件资源和可以配置I／O引脚来实现。嵌入式系统中FPGA的应用设计关键是系统软硬件功能的划分
现场可编程门阵列（FPGA）和数字信号处理器（DSP）的飞速发展，使得数字控制技术逐渐取代模拟控制技术实现系统的控制功能。数字化控制具有速度快、控制精度高以及控制方案灵活的优点，并且可以利用较少的器件获得更理想的结果，因此具有很高的应用价值。
1. 设计原理
方案一、用传统中的PWM 控制电路专用集成芯片或中小规模的数字集成电路做信号发生器。但是传统的集成电路频率低，可控性差。
方案二、随着微电子技术和大规模可编程器件的发展,PWM 在电机调速中的应用越来越广泛.FPGA 与传统 PWM 控制电路中使用的用集成芯片或中小规模的数字集成电路相比而言,具有体积更小、通用性更强、响应更快、可在线编程等优点.用FPGA 作PWM 信号发生器，他所能达到的频率范围指标更广。
所以，我们选择FPGA 作为本次设计的核心部件，已达到题目的设计要求。
2. 总体设计
图2.1 总体设计
3. 硬件设计
3.1 FPGA 模块
FPGA 模块是PWM 波形产生的模块，由时钟信号单元、分频器单元、基准数据
锁存控制器单元、比较器单元、相位延时单元及PWM 信号产生单元和组成。PWM 发生器原理图,如图1所示。
图1
3.2 单片机控制模块
单片机控制模块作为键盘模块，液晶显示模块，FPGA模块的控制中心。起着至关重要的作用，从键盘输入的数值由单片机转换后发送到FPGA 模块上，并送到LCD显示。电路如图3.2所示：
图3.2 单片机最小系统电路
键盘电路可以同对系统的频率和占空比进行步进调节，由于频率步进值太小，所以我们设计了一套多档按键，方便在频率可快速调的高频率，系统设置了16键的键盘用于实现人机交互。用户可以通过键盘直接设置和查询考勤机的相关参数。16个按键分为4排，在P1口高4位和低4位的逻辑控制下轮流扫描。对应代表0～9 十个数字键及“Set”等6个功能键。电路如图3.3所示：
图3.3 键盘电路
先从P0口的高4位输出低电平，低4位输出高电平，从P0口的低4位读取键盘状态。再从P0口的低4位输出低电平，高4位输出高电平，从P0口的高4位读取键盘状态。将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码。使用上述方法可得到16个键的特征编码。
3.4 LCD显示电路
显示电路采用液晶显示器1602，可以比较直观的和全面的看到PWM信号发生器的频率，幅度，占空比。电路如图3.4所示：
图3.4 液晶显示电路
电源电路主要给液晶模块，控制模块供电，供系统提供一个稳定的电压，电路如图3.5所示：
图3.5 电源电路
4. 软件设计
4.1 FPGA程序设计
VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分,及端口)和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。
首先FPGA 采用50 M时钟脉冲, 通过PLL时钟信号单元为250M。采用250M 时钟脉冲信号作为载波为分频器、比较器以及相位延时单元时钟信号。
PWM信号产生单元的原理为当计数器溢出时, overflow输出上升沿脉冲,使T 触发器输出状态翻转,因此计数器单元确定了PWM信号频率,而计数器周期由分频器分频得到计数周期。当要改变PWM频率时,只需改变分频器的值。这样计数器的溢出时间也就确定了PWM周期。
4.2 单片机程序设计
液晶显示主要是为了方便的观察PWM信号发生器的频率，占空比，还有的相位差。
4*4键盘设计原理为将先从P0口的高4位输出低电平，低4位输出高电平，从
P0口的低4位读取键盘状态。再从P0口的低4位输出低电平，高4位输出高电平，从P0口的高4位读取键盘状态。将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码。
单片机的程序流程图为：
图4.2 液晶显示程序流程图设计
根据前面的硬件描述，主程序完成程序的初始化，循环等待接受由键盘输入的数据并产生相应的脉冲信号，首先确定输出信号的波形、初始频率并根据其波形和初频进行编码，存储在单片机的ROM中，然后以一定的时间间隔将这些数字量送入液晶显示，通过分频器可以得到不同脉冲频率。
5 硬件调试。
完成电路设计与程序设计后，我们对本设计进行了两通道的PWM输出观测。由键盘输入PWM的频率，占空比，相位差。再有单片机发送给FPGA。FPGA得到数据后进行频率处理，延时，比较，最后输出PWM。
FPGA的输入时钟频率为50Mhz，经PLL后达到250MHz。我们从1Hz到2MHz的输入进行观测。得到以下数据：
的毛刺。这与测试的条件的手工制板有联系。
元件列表
结束语
本文提出了一种在FPGA器件上实现高精度PWM发生器的设计方法。将设计分拆为几个子模块，每个子模块都相对功能简单，并且易于设计和优化。考虑到以后工程应用的移植性，主要的数据位宽和参数都可以直接在常数声明文件中进行配置。完成了设计和优化工序后，对设计进行了功能仿真和布局布线后仿真与硬件调试，经过人工计算比对，PWM发生器的输出完全符合预期，保证了之前的设计工作的正确性。
参考文献
潘松等《EDA技术与VHDL》北京清华大学出版社 2009
刘欲晓等《EDA技术与VHDL 电路开发应用实践》北京电子工业出版社 2009 戴仙金等《51单片机及其C语言程序开发实例》北京清华大学出版社 2008
电力电子课设(参考版)
一总体方案设计级总体框图 1、1总体方案设计 根据任务湖中的，本次设计的是dcdc降压变换器。DC-DC变换 器有两类：一类由两级电路组成DC-AC-DC变换，第一级为逆变，实现DC-AC变换，第二级为整流，实现AC-DC变换。另一类变 换器由晶体管和二极管开关组合成PWM开关，将输入直流电 压斩波后，再经滤波后输出。由于第一类比较复杂，方针起来 比较麻烦。第二类简单方便，比较贴合课本中的知识。第二类 dcdc降压电路有以下几种： BUCK PWM变换器在CCM下的工作原理（如图2-2）：一个开 关周期内，开关晶体管的开，关过程将直流输入电压斩波，形 成脉宽为onT的方波脉冲（onT为开关管导通时间）。当开关晶 体管导通时，二极管关断，输入端直流电流电源Vi将功率传送 到负载，并使用电感储能（电感电流上升）：当开关晶体管关断 时，二极管导通，续流，电感储能向负载释放（电感电流下降）。 一个开关周期内，电感电流的平均值等于负载电流OI（忽略滤 波电容C的ESR）。根据原理和电路拓扑可以推导出工作在CCM 下的DC-DC PWM变换器的输出-输入电压变换比: DVi Vo （2-1）
占空比D总是小于1的，所以BUCK变换器是一种降压变换器。 升降压型BUCK-BOOST技术 图2-4 升降压反极性（BUCK-BOOST）变换器电路拓扑 如图2-4所示，极性反转型（BUCK-BOOST）变换器主电路如用 元器件与BUCK，BOOST变换器相同，由开关管，储能电感，整 流二极管及滤波电容等元器件组成。这种电路具有BUCK变换 器降压和BOOST变换器升压的双重作用。升压还是降压取决与 PWM驱动脉冲的占空比D。虽然输入与输出共用一个连接端，但输出电压的极性与输入电压是相反的，故称为降压反极性变 换器。，根据我们的设计要求，是要求把12-18V的直流电压转 换到5V的直流电压，那么分析后可得降压型BUCK转换技术最 适合这次设计。 1、2总体框图设计
电力电子装置及系统设计课程设计
《电力电子装置及系统》 课程设计 题目：基于UC3842的单端反激 开关电源的设计 学院电力学院 专业电子科学与技术 姓名 学号 指导教师 完成时间2016.11.25
目录 摘要 (1) 第一章：开关电源的概述 1.1：开关电源的发展历史 (2) 1.2：开关稳压电源的优点 (2) 1.2.1：内部功率损耗小，转换效率高 (2) 1.2.2：体积小，重量轻 (3) 1.2.3：稳压范围宽 (3) 1.2.4：滤波效率大为提高，滤波电容的容量和体积大为减小 (3) 1.2.5：电路形式灵活多样，选择余地大 (3) 1.3：开关稳压电源的缺点 (3) 1.3.1：开关稳压电源存在着较为严重的开关噪声和干扰 (4) 1.3.2：电路结构复杂，不便于维修 (4) 1.3.3：成本高，可靠性低 (4) 第二章：UC3842的原理及技术参数 2.1：UC3842的工作原理 (5) 2.2：UC3842的引脚及技术参数 (6) 第三章：单端反激开关电源 3.1：单端反激开关电源的原理 (7) 3.2：反激式开关电源设计 (9) 3.2.1：输出直流电压隔离取样反馈外回路 (9) 3.2.2：初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路 (11) 总结 (13) 参考文献 (13)
基于UC3842的单端反激开关电源的设计 摘要 开关电源是一种利用现代电子技术，控制开关晶体管和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，也是一种效率很高的电源变换电路，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）和MOSFET构成。具有高频率，高功率密度，高可靠性等优点。 本文主要介绍一种以UC3842作为控制核心，根据UC3842的应用特点，设计了一种基于UC3842为控制芯片，实现输出电压可调的开关稳压电源电路。 关键词：开关电源脉冲宽度调制 UC3842
单相PWM整流电路设计(电力电子课程设计)
重庆大学电气工程学院 电力电子技术课程设计 设计题目：单相桥式可控整流电路设计 年级专业：****级电气工程与自动化学生姓名：***** 学号： **** 成绩评定： 完成日期：2013年6月 23 日
指导教师签名：年月日
重庆大学本科学生电力电子课程设计任务书
单相桥式可控整流电路设计 摘要：本文主要研究单相桥式PWM整流电路的原理，并运用IGBT去实现电路的设计。概括地讲述了单相电压型PWM整流电路的工作原理，用双极性调制方式去控制IGBT的通断。在元器件选型上，较为详细地介绍了IGBT的选型，分析了交流侧电感和直流侧电容的作用，以及它们的选型。最后根据实际充电机的需求，选择元器件具体的参数，并用simulink进行仿真，以验证所设计的单相电压型PWM整流器的性能。实现了单相电压型PWM整流器的高功率因数，低纹波输出等功能。 关键词：PWM整流simulink 双极性调制IGBT
目录 1.引言 ......................................................... - 5 - 1.1 PWM整流器产生的背景.................................... - 5 - 1.2 PWM整流器的发展状况.................................... - 5 - 1.3 本文所研究的主要内容.................................... - 6 - 2.单相电压型PWM整流电路的工作原理 ............................. - 7 - 2.1电路工作状态分析......................................... - 7 - 2.2 PWM控制信号分析......................................... - 8 - 2.3 交流测电压电流的矢量关系............................... - 9 - 3.单相电压型PWM整流电路的设计 ................................ - 10 - 3.1 主电路系统设计......................................... - 10 - 3.2 IGBT和二极管的选型设计................................. - 11 - 3.3 交流侧电感的选型设计................................... - 11 - 3.4 直流侧电容的选型设计................................... - 12 - 3.5 直流侧LC滤波电路的设计................................ - 13 - 4.单相PWM整流电路的仿真及分析 ................................ - 13 - 4.1 整流电路的simulink仿真............................... - 13 - 4.2 对simulink仿真结果的分析............................. - 16 - 5．工作展望 ................................................... - 16 - 参考文献 ...................................................... - 17 -
电力电子技术课程设计范例
电力电子技术课程设计 题目：直流降压斩波电路的设计 专业：电气自动化 班级：14电气 姓名：周方舟 学号： 指导教师：喻丽丽
目录 一设计要求与方案 (4) 二设计原理分析 (4) 2.1总体结构分分析 (4) 2.2直流电源设计 (5) 2．3主电路工作原理 (6) 2.4触发电路设计 (10) 2.5过压过流保护原理与设计 (15) 三仿真分析与调试 (17) 3.1M a t l a b仿真图 (17) 3.2仿真结果 (18) 3.3仿真实验结论 (24) 元器件列表 (24) 设计心得 (25) 参考文献 (25) 致 (26) 一．设计要求与方案 供电方案有两种选择。一，线性直流电源。线性电源（Linear power supply）是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流电路整流后，得到脉冲直流电，后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。要达到高精度的直流电压，必须经过稳压电源进行稳压。线性电源体积重量大，很难实现小型化、损耗大、效率低、输出与输入之间有公共端，不易实现隔离，只能降压，不能升压。二，升压斩波电路。由脉宽调制芯片TL494为控制器构成BOOST原理的，实现升压型DC-DC变换器，输出电压的可调整与稳压控制的开关源是借助晶体管的开/关实现的。因此选择方案二。 设计要求：设计要求是输出电压Uo=220V可调的DC/DC变换器，这里为升压斩波电路。由于这些电路中都需要直流电源，所以这部分由以前所学模拟电路知识可以由整流器解决。MOSFET的通断用PWM控制，用PWM方式来控制MOSFET的通断需要使用脉宽调制器TL494来产生
电力电子装置课程设计AC-DC-DC电源
学号： 课程设计 题目AC-DC-DC电源(36V，300W)设计 学院自动化学院 专业电气工程及其自动化 班级电气 班 姓名 指导教师许湘莲 2013 年 6 月18 日
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：许湘莲工作单位：武汉理工大学 题目: AC-DC-DC电源(36V，300W)设计 初始条件： 设计一个AC-DC-DC电源，具体参数如下：单相交流输入220V/50Hz，输出直流电压36V,纹波系数<5%，功率300W。 要求完成的主要任务: （1）对AC-DC-DC 电源进行主电路设计； （2）控制方案设计； （3）给出具体滤波参数的设计过程； （4）在MATLAB/Simulink搭建闭环系统仿真模型，进行系统仿真；（5）分析仿真结果，验证设计方案的可行性。 时间安排： 2013年6月8日至2013年6月18日，历时一周半，具体进度安排见下表 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
摘要 (1) AC-DC-DC电源(36V，300W)设计 (2) 1 设计任务及要求 (2) 1.1．技术要求 (2) 1.2．设计内容 (2) 2电路总体方案及原理 (2) 2.1 开关电源的简介 (2) 2.2设计方案 (2) 3主电路设计及参数计算 (3) 3.1整流电路的设计 (3) 3.2降压斩波电路设计 (4) 3.3控制方案的设计 (6) 3.4主电路参数的计算 (7) 3.4.1主电路参数计算 (7) 3.4.2 滤波参数的计算 (8) 4 系统建模与仿真 (8) ４.1开环系统的仿真 (8) 4.2闭环系统的仿真 (11) 5结果分析 (12) 6总结与体会 (13) 参考文献 (14)
PWM控制芯片认识及外围电路设计实验汇编
实验三十五 PWM 控制芯片认识及外围电路设计实验 （电力电子学—自动控制理论综合实验） 一、 实验原理 1．PWM 控制 电力电子电路控制中广泛应用着脉冲宽度调制技术（Pulse Width Modulation, 简称PWM ），将宽度变化而频率不变的脉冲作为电力电子变换电路中功率开关管的驱动信号，控制开关管的通断，从而控制电力电子电路的输出电压以满足对电能变换的需要。由于开关频率不变，输出电压中的谐波频率固定，滤波器设计比较容易。 PWM 控制的原理可以简单通过图35-1理解。图中，V 1为变换器输出的反馈电压与一个三角波信号V tri 进行比较，比较电路产生的输出电压为固定幅值、宽度随反馈电压的增大而减小的PWM 脉冲方波，如图中阴影部分所示。若将该PWM 方波作为如图35-2所示的直流降压变换器的开关管的驱动信号，当输出电压升高时，输出电压方波宽度变窄，滤波后输出直流电压降低，达到稳定到某一恒定值的目的。 由PWM 控制的原理可知，实现PWM 控制应该具备以下条件： 图35-1 PWM 控制原理 V tri V 1 V 图35-2 直流－直流降压变换电路(Buck 电路) (1) 有三角波或阶梯波这样具有斜坡边的信号，作为调节宽度的调制基础信号；从 图35-1可以知道，三角波的频率就是使图35-2中开关管通断的开关频率。 (2) 有比较器以便将调制基础信号和反馈电压信号进行比较产生PWM 信号；
(3) 对反馈电压幅度的限制门槛电压，以使反馈电压不至于超过三角波最高幅值或 低于三角波最低值。一旦超出其最高值或低于最低值，2个信号没有交点，将出现失控情况； (4) 若同时需要控制多个开关管，尤其是桥式电路的上下桥臂上的一对开关管时， 应具有死区电路。死区即上下桥臂的两个开关管都没有开通脉冲、都不导通的时间，以便待刚关断的开关管经历恢复时间完全关断后，再让另一开关管开通； (5) 有反馈控制环节（即恒定的电压给定、误差放大器及调节器（或校正环节）、 功率放大电路）； (6) 按照一定逻辑关系开放脉冲的逻辑控制电路。 按照上述原则，已经有很多集成的PWM 控制芯片面世，在芯片上集成了PWM 控制的许多环节，结合芯片的外围电路，具备了所有的PWM 控制功能。采用集成方式实现PWM 控制，具有很多优越性，不仅成本和体积上具有优势，而且在降低电磁干扰、降低设计难度上也有明显的优点。 本综合实验主要采用比较常用的PWM 集成芯片TL494，下面给出了有关它的介绍以及基本设计原则。其它常用的PWM 芯片如CW3524等，详见本实验附录，或自行查询相关资料，以便完成设计。 2．集成PWM 控制芯片TL494及外围电路介绍 TL494是美国德克萨斯公司研制的PWM 芯片，16端双列直插形式，具有两路输出（从T a 、T b 两个开关管输出）。它将PWM 控制所需要的功能，包括控制器（误差放大器等），都集成到一片芯片上，加上外围电路，组成了比较完善的PWM 控制器。图35-3是其电路功能方框图。其引脚说明及外围电路如下。 (1) 芯片电源 12端接输入工作电压，7端接地。工作电压由于电路的实际情况不同而在一定范围内变化。能工作于较宽的电源电压范围是PWM 控制芯片的一大特点，使它可以方便地应用于各种场合。 CC V 芯片内部还有一个稳压电源，将芯片12端输入的供电电源变换成稳定的5伏直流电压，供内部各电路用，也可供作为控制器（调节器）的标准给定电压，从14端引出。 (2) 输出方式控制端——13端： ① 若13端接地、V 13为低电位时，P = 0，D = 0，E = 0，G 1 = C = G 2，T a 、T b 两路输出相同，如图35-3中所示，即单路输出。若实验电路中只需要驱动一个开关管，则将13点接地用单路输出；若将两路并联可扩大输出容量。 ②若13端接+5V （可接芯片内的稳压直流5V 电源），V 13为高电位时，P = 1， C Q G +=1，C G +=2：
PWM信号发生器的设计程序(veriloghdl)
PWM信号发生器的设计程序 module pwmgen(clk,rst,ce,addr,write,wrdata,read,bytesel,rddata,pwm); input clk,rst,ce; input [1:0]addr; input write,read; input[31:0]wrdata; output[31:0]rddata; input[31:0]bytesel; output pwm; reg[31:0]clk_div_reg,duty_cycle_reg; reg control_reg; reg clk_div_reg_sel,duty_cycle_reg_sel,control_reg_sel; reg[31:0]pwm_cnt,rddata; reg pwm; wire pwm_ena; always@(addr) begin clk_div_reg_sel<=0;duty_cycle_reg_sel<=0;control_reg_sel<=0; case(addr) 2'b00:clk_div_reg_sel<=1; 2'b01:duty_cycle_reg_sel<=1; 2'b10:control_reg_sel<=1; default: begin clk_div_reg_sel<=0; duty_cycle_reg_sel<=0; control_reg_sel<=0; end endcase end always@(posedge clk or negedge rst) begin if(rst==1'b0) clk_div_reg=0; else begin if(write & ce & clk_div_reg_sel) begin if(bytesel[0]) clk_div_reg[7:0]=wrdata[7:0]; if(bytesel[1]) clk_div_reg[15:8]=wrdata[15:8];
江苏大学电力电子课程设计
电力电子课程设计 学院：电气信息工程学院 专业： 学号： 姓名：
一． 设计要求 (1)根据给定的参数范围,设计BOOST 电路的参数； (2)根据给定的参数范围,设计CUK 电路的参数； (3)利用MATLAB 对上述电路图仿真实验得出波形； (4)在实验室平台上试验,观测数据与波形,并与仿真图形进行比对； (5)撰写实验报告； 二． 电路设计 1.电路工作原理 （1）Boost 电路 Boost 电路原理图 基本原理 假设L ，C 值很大。当可控开关V 处于通态的时候，电源E 向电感L 充电，充电的电流基本恒定不变I 1，同时电容C 向负载R 放电。因为C 很大，基本保持输出电压U 0不变。当可控开关处于断态的时候，E 和电感L 上积蓄的能量共同向电容C 充电并向负载R 提供能量。当电路工作处于稳态时，一个周期T 中电感L 积蓄的 能量与释放的能量相等，即： 化简得： ()off o on t I E U t EI 11-=E t T E t t t U off off off on o =+=
基本数值计算： 输出电压U 0与输入电压E 关系： 01 1 1U E E βα==- 输出电流I0与输入电流I1的关系： 01021U I I E E β== 输出电流I0与输出电压U0的关系： 001U E I R R β== （2）Cuk 电路 Cuk 电路原理图 基本原理 当可控开关V 处于通态的时候，E-L1-V 回路和R-L2-C-V 回路分别流过电流。当V 处于断态的时候，E-L1-C-VD 回路和R-L1-VD 回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。
电力电子技术课程设计题目
设计任务书1 舞台灯光控制电路的设计与分析√ 一、设计任务 设计一个舞台灯光控制系统，通过给定电位器可以实现灯光亮度的连续可调。灯泡为白炽灯，可视为纯电阻性负载，灯光亮度与灯泡两端电压（交流有效值或直流平均值）的平方成正比。 二、设计条件与指标 1.单相交流电源，额定电压220V； 2.灯泡：额定功率2kW，额定电压220V； 3.灯光亮度调节范围（10~100）%； 4.尽量提高功率因数，并减小谐波污染； 三、设计要求 1.分析题目要求，提出2~3种实现方案，比较并确定主电 路结构和控制方案； 2.设计主电路原理图和触发电路的原理框图； 3.参数计算，选择主电路元件参数； 4.利用PSPICE、PSIM或MATLAB等进行电路仿真优化； 5.典型工况下的谐波分析与功率因数计算； 6.撰写课程设计报告。 四、参考文献 1.王兆安，《电力电子技术》，机械工业出版社； 2.陈国呈译，《电力电子电路》，日本电气学会编，科学出 版社。
设计任务书2 永磁直流伺服电机调速系统的设计√ 一、设计任务 设计一个永磁直流伺服电机的调速控制系统，通过电位器可以调节电机的转速和转向。电机为反电势负载，在恒转矩的稳态情况下，电机转速基本与电枢电压成正比，电机的转向与电枢电压的极性有关。电机的电枢绕组可视为反电势与电枢电阻及电感的串联。 二、设计条件与指标 1.单相交流电源，额定电压220V； 2.电机：额定功率500W，额定电压220V dc，额定转速 1000rpm，Ra=2，La=10mH； 3.电机速度调节范围（10~100）%； 4.尽量减小电机的电磁转矩脉动； 三、设计要求 1.分析题目要求，提出2~3种实现方案，比较确定主电路 结构和控制方案； 2.设计主电路原理图、触发电路的原理框图，并设置必要 的保护电路； 3.参数计算，选择主电路元件参数分析主电路工作原理； 4.利用PSPICE、PSIM或MATLAB等进行电路仿真优化； 5.撰写课程设计报告。 四、参考文献 1.王兆安，《电力电子技术》，机械工业出版社； 2.陈国呈译，《电力电子电路》，日本电气学会编，科学出 版社；
PWM信号发生电路
1.PWM信号概述 脉冲宽度调制(PWM)信号广泛使用在电力变流技术中,以其作为控制信号可完成DC-DC变换(开关电源)、DC-AC变换(逆变电源)、AC-AC变换(斩控调压)与AC-DC变换(功率因数校正)。 产生PWM信号的方法有多种,现分别论述如下: 1)普通电子元件构成PWM发生器电路 基本原理就是由三角波或锯齿波发生器产生高频调制波,经比较器产生PWM信号。三角波或锯齿波与可调直流电压比较,产生可调占空比PWM信号;与正弦基波比较,产生占空比按正弦规律变化的SPWM信号。 此方法优点就是成本低、各环节波形与电压值可观测、易于扩展应用电路等。缺点就是电路集成度低,不利于产品化。 2)单片机自动生成PWM信号 基本原理就是由单片机内部集成PWM发生器模块在程序控制下产生PWM 信号。 优点就是电路简单、便于程序控制。缺点就是不利于学生观测PWM产生过程,闭环控制复杂与使用时受单片机性能制约。 3)可编程逻辑器件编程产生PWM信号 基本原理就是以复杂可编程逻辑器件(CPLD)或现场可编程门阵列器件(FPGA)为硬件基础,设计专用程序产生PWM信号。 优点就是电路简单、PWM频率与占空比定量准确。缺点就是闭环控制复杂,产生SPWM信号难度大。 4)专用芯片产生PWM信号 就是生产厂家设计、生产的特定功能芯片。 优点就是使用方便、安全,便于应用到产品设计中。缺点就是不利于学生观测PWM产生过程与灵活调节各项参数。 2.电子元件构成PWM发生器电路
图1电子元件构成PWM发生器电路 3.集成芯片SG3525构成PWM发生器电路 一、PWM信号发生电路说明 实验电路中,驱动开关管的PWM信号由专用PWM控制集成芯片SG3525产生(美国Silicon General公司生产),PWM信号发生器电路如图2所示。 图2 PWM信号发生器电路图 SG3525采用恒频脉宽调制控制方案,内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器与保护电路等。调节Ur的大小,在OUTA、OUTB
电力电子课程设计模板
电气工程学院 电力电子课程设计 设计题目:MOSFET降压斩波电路设计专业班级：电气0907 学号：09291210 姓名：李岳 同组人：刘遥（09291212 ） 指导教师： 设计时间：2012年6月25日-29日 设计地点：电气学院实验中心
电力电子课程设计成绩评定表 指导教师签字： 年月日
电力电子课程设计任务书 学生姓名：李岳，刘遥专业班级电气0907 指导教师： 一、课程设计题目： MOSFET降压斩波电路设计（纯电阻负载） 设计条件：1、输入直流电压：U d=100V 2、输出功率：300W 3、开关频率5KHz 4、占空比10%~90% 5、输出电压脉率：小于10% 二、课程设计要求 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； 2. 查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数，对设计方案进行仿真； 3. 完成预习报告，报告中要有设计方案，还要有仿真结果； 4. 进实验室进行电路调试，边调试边修正方案； 5. 撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理、选择元器件参数，说明控制电路的工作原理、绘出主电路典型波形（比较实际波形与理论波形），绘出触发信号（驱动信号）波形，说明调试过程中遇到的问题和解决问题的方法。 三、进度安排
2．执行要求 电力电子课程设计共6个选题，每组不得超过2人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告雷同，甚至完全一样。 四、课程设计参考资料 [1]王兆安，黄俊.电力电子技术（第四版）.北京：机械工业出版社，2001 [2]王文郁.电力电子技术应用电路.北京：机械工业出版社，2001 [3]李宏.电力电子设备用器件与集成电路应用指南.北京：机械工业出版社，2001 [4] 石玉、栗书贤、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 [5] 赵同贺等.新型开关电源典型电路设计与应用.北京：机械工业出版社，2010 摘要 关键词：整流、无源逆变、晶闸管
电力电子课程设计
电力电子应用课程设计 课题：50W三绕组复位正激变换器设计 班级电气学号 姓名 专业电气工程及其自动化 系别电气工程系 指导教师 淮阴工学院 电气工程系 2015年5月
一、设计目的 通过本课题的分析设计，可以加深学生对间接的直流变流电路基本环节的认识和理解，并且对隔离的DC/DC电路的优缺点有一定的认识。要求学生掌握单端正激变换器的脉冲变压器工作特性，了解其复位方式，掌握三绕组复位的基本原理，并学会分析该电路的各种工作模态，及开关管、整流二极管的电压电流参数设计和选取，掌握脉冲变压器的设计和基本的绕制方法，熟悉变换器中直流滤波电感的计算和绕制，建立硬件电路并进行开关调试。 需要熟悉基于集成PWM芯片的DCDC变换器的控制方法，并学会计算PWM控制电路的关键参数。输入：36～75Vdc，输出：10Vdc/5A 二、设计任务 1、分析三绕组复位正激变换器工作原理，深入分析功率电路中各点的电压 波形和各支路的电流波形； 2、根据输入输出的参数指标，计算功率电路中半导体器件电压电流等级， 并给出所选器件的型号，设计变换器的脉冲变压器、输出滤波电感及滤波电容。 3、给出控制电路的设计方案，能够输出频率和占空比可调的脉冲源。 4、应用protel软件作出线路图，建立硬件电路并调试。 三、总体设计 3.1 开关电源的发展 开关电源被誉为高效节能电源，代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。 开关电源分为DC/DC和AC/DC两大类。前者输出质量较高的直流电，后者输出质量较高的交流电。开关电源的核心是电力电子变换器。按转换电能的种类，可分为直流-直流变换器（DC/DC变换器），是将一种直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器；逆变器，是将直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器；整流器是将交流电转换成直流电的电能变换器和交交变频器四种。 开关电源的高频化是电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使开关电源装置空前的小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新技术领
电力电子课程设计-sg3525脉宽调制高频开关稳压电源
第1章概述................................................................................................................ - 2 - 第2章系统总体方案 .................................................................................................... - 4 - 2.1高频开关稳压电源的基本原理 (4) 2.2高频开关稳压电源总方案 (4) 2.3高频开关稳压电源的组成电路及功能 (5) 2.3.1 主电路.............................................................................................................. - 5 - 2.3.2 控制电路.......................................................................................................... - 6 - 2.3.3 保护电路.......................................................................................................... - 7 - 2.3.4 驱动电路.......................................................................................................... - 7 -第3章主电路设计........................................................................................................ - 8 - 3.1主电路形式选择 (8) 3.2高频变压器的参数 (8) 3.2.1原副边电压比n .............................................................................................. - 8 - 3.2.2磁芯的选取及变压器的结构........................................................................... - 8 - 3.2.3 变压器初、次级匝数.................................................................................... - 9 - 3.2.4 确定绕组的导线线径和导线股数 ................................................................ - 9 -3.3开关管的选择 (10) 第4章控制电路设计................................................................................................... - 11 - 4.1主电路 (11) 4.2控制电路的设计 (12) 4.2.1SG3525结构和功能介绍 ................................................................................ - 12 - 4.2.2 控制电路的设计............................................................................................ - 13 -4.3驱动电路的设计.. (14) 第5章系统性能测试与结果 ...................................................................................... - 16 - 5.1负载调整率测试 (16) 5.2电压调整率测试 (16) 5.3效率测试 (17) 5.4输出纹波电压及噪音测试 (17) 第6章心得体会............................................................................................................ - 18 -附录：总电路图............................................................................................................ - 19 -参考文献.......................................................................................................................... - 19 -电气与信息工程系课程设计评分表 ...................................................... 错误!未定义书签。
电力电子技术课程设计报告
电力电子课程设计报告题目三相桥式全控整流电路设计 学院：电子与电气工程学院 年级专业：201５级电气工程及其自动化 姓名： 学号: 指导教师：高婷婷,林建华 成绩:
摘要 整流电路尤其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要同时也是应用得最为广泛的电路，不仅用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统,能源系统及其他领域,因此对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义,这不仅是电力电子电路理论学习的重要一环,而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用，因此调试三相桥式可控整流电路的相关参数并对不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有一定的现实意义。 关键词：电力电子,三相，整流
目录 1 设计的目的和意义………………………………………１ 2 设计任务与要求 (1) 3 设计方案 (1) ?３.1三相全控整流电路设计 (1) 3.1.１三相全控整流电路图原理分析 (2) ?3.１.2整流变压器的设计 (2) ?3．1.3晶闸管的选择 (3) 3.2 保护电路的设计 (4) 3．2.1变压器二次侧过压保护 (4) ?3．2.2 晶闸管的过压保护………………………………………………４ 3.2．3 晶闸管的过流保护………………………………………………５ 3.3 触发电路的选择设计 (5) 4 实验调试与分析 (6) 4.１三相桥式全控整流电路的仿真模型 (6)
4.2仿真结果及其分析……………………………………………７ 5 设计总结 (8) 6 参考文献 (9)
1 设计的目的和意义 本课程设计属于《电力电子技术》课程的延续，通过设计实践，进一步学习掌握《电力电子技术》,更进一步的掌握和了解他三相桥式全控整流电路。通过设计基本技能的训练,培养学生具备一定的工程实践能力。通过反复调试、训练、便于学生掌握规范系统的电子电力方面的知识，同时也提高了学生的动手能力。 2 设计任务与要求 三相桥式全控整流电路要求输入交流电压2150,10,0.5U V R L H ==Ω=为阻 感性负载。 １.写出三相桥式全控整流电路阻感性负载的移相范围,并计算出直流电压的变化范围 2.计算α=60°时，负载两端电压和电流，晶闸管平均电流和有效电流。 3.画出α=60°时，负载两端 d U 和晶闸管两端 1 VT U 波形。 4.分析纯电阻负载和大电感负载以及加续流二极管电路的区别。 5.晶闸管的型号选择。 ３ 设计方案 ３.１三相全控整流电路设计
直流PWM驱动电源设计(DOC)
南京工程学院 课程设计说明书 成绩题目直流电动机脉宽调速系统设计课程名称电力电子技术 院（系、部、中心）电力工程学院 专业建筑电气与智能化 班级建筑电气091 学生姓名陈曦 学号206091034 设计时间2011.12.12~12.24 设计地点电力工程实践中心8-319 指导教师陈刚廖德利 2011 年12 月南京
1．课程设计应达到的目的 电源和驱)驱动电源及控制用小功率开关电源。其目的是通过对实际电力电子装置的设计、制作和调试，深化和拓展课程所学知识，提高工程实践能力。动是电力电子技术的两大主要应用领域。课程设计的主要任务是设训一和实现一个直流电动机的脉宽调速(直流PWM) 2．课程设计题目及要求 设计题目：直流PWM驱动电源的设计 设计要求：课程设计的主要任务是设计一个直流电动机的脉宽调速（直流PWM）驱动电源。DC-DC变换器采用H桥形式，控制方式为单极性。 被控直流永磁电动机参数：额定电压20V，额定电流1A，额定转速2000rpm。驱动系统的调速范围：大于1：100，电机能够可逆运行。驱动系统应具有软启动功能，软启动时间约为2s。 主要设计要求如下： 1.阅读相关资料，设计主电路和控制电路，用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原 理图。 2.采购器件，装焊控制电路板。 3.在实验室进行装置调试。 4.设计成果验收。 5.整理设计文件，撰写设计说明书。 6.设计的成果应包括:用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原理图，电路设计过程的 详细说明书及焊装和调试完毕的控制电路板。
3．课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕课程设计任务 1）主电路的设计，器件的选型。包括含整流变压器在内的整流电路设计和H桥可逆斩波电路的设计(要求采用IPM作为DC/DC变换的主电路，型号为PS21564)。 2）PWM控制电路的设计（指以SG3525为核心的脉宽调制电路和用门电路实现的脉冲分配电路）。 3）IPM接口电路设计（包括上下桥臂元件的开通延迟，及上桥臂驱动电源的自举电路）。 4）DC15V 控制电源的设计（采用LM2575系列开关稳压集成电路，直接从主电路的直流母线电压经稳压获得）。 2人组成1个设计小组，通过合理的分工和协作共同完成上述设计任务。设计的成果应包括：用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原理图，电路设计过程的详细说明书及焊装和调试通过的控制电路板。 4．主要参考文献 1）秦继荣编著，现代直流伺服控制技术及其系统设计。 2）电力电子实验台（直流脉宽调速部分）使用说明书。 3）IPM 模块PS21564 使用说明书及参考资料。 4）SG3525 使用说明书及参考资料。 5）LM2575 使用说明书及参考资料。 6）74LS04，74LS00 说明书。 7）二极管IN4148，IN5819 说明书 8）主电路原理图。 9）DIP- IPM 内部功能图 10）SG3525 内部功能图 11）LM2575 内部功能图 12）74LS04，74LS00 内部功能图
PWM信号发生器的设计报告
前言 脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation.PWM）控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术和模拟信号数字传输通信领域最广泛应用的控制方式，因此研究基于PWM技术的脉冲宽度及周期可调的信号发生器具有十分重要的现实意义。 本文主要讨论了脉冲占空比可调信号的产生方法，采用三种不同的方案使用VHDL语言编程实现了信号的产生。其中方案一的原理是分频，即用计数器计算时钟脉冲的上升沿个数，再通过输出电平反复翻转得到计数个数（脉冲宽度）可控的PWM 信号；方案二的原理是锯齿波比较法，首先编程产生阶梯状的锯齿波，再通过锯齿波与输入占空比值（数值可控的直线）比较产生脉冲宽度随输入占空比数值变化的PWM 信号；方案三是用有限状态机产生有用信号，首先定义两个状态，再通过计数器值与输入占空比值比较控制状态的切换，产生PWM信号。本文详细介绍方案二和方案三两种方法。 通过使用QuartusII9.0软件采用VHDL语言编程并用功能仿真证实了上文提到的三种PWM信号产生方案都是可行的，都能产生切实可用的PWM信号，三种方案中均可以通过修改输入端口占空比来控制产生信号的脉宽，且可以通过在程序中修改计数器的计数上限和分频模块的分频比改变信号的周期及频率，实现了多参数可调，使整体设计具有灵活的现场可更改性和较好的可移植性。且实现功能的程序简单易懂，设计过程中思路阐述清晰，流程介绍明了，且程序易于修改，可读性好。
第一章设计要求 1.1 研究课题 PWM信号发生器的研制 1.2设计要求 用CPLD可编程模块产生下列信号（特殊芯片：EPM570T100C5） (1)采用VHDL编写相关程序，PWM信号的工作频率为500Hz(1000Hz)； (2)时钟信号通过分频器后，由输入开关量控制占空比可调。
电力电子专业技术课程设计任务大全
电力电子技术课程设计任务大全
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
《电力电子技术》课程设计任务书（一） 小功率晶闸管整流电路设计 一、设计的技术数据及要求 1、电路输出的直流电压和电流应满足负载要求； 2、电路应具有一定的稳压和保护功能，同时还具有较高的防止过电压和过电流的抗干扰能力； 3、触发电路满足要求； 4、电网供电电压：三相380V，电动机负载，工作于电动状态。 直流电机参数： 型号额定功率 （KW） 额定电压 （V） 额定电流 （A） 额定转速 （r/min） 电枢回路电感 （mH） Z3-52 7.5 220 40.8 1500 4.42 二、设计内容及要求 1、方案论证及选择； 2、主电路设计（包括整流变压器电压及容量计算，晶闸管元件选择，电 抗器容量等计算）； 3、控制电路设计（触发电路的选择与设计）； 4、保护电路设计（包括过流和过压保护等）； 5、总结及心得体会； 6、参考文献设计； 7、完成电路原理图1份。 《电力电子技术》课程设计任务书（二） 小功率晶闸管整流电路设计 一、设计的技术数据及要求 1、电路输出的直流电压和电流应满足负载要求； 2、电路应具有一定的稳压和保护功能，同时还具有较高的防止过电压和过电流的抗干扰能力； 3、触发电路满足要求。 4、电网供电电压：单相220V，电动机负载，工作于电动状态。 直流电机参数： 型号额定功率 （KW） 额定电压 （V） 额定电流 （A） 额定转速 （r/min） 电枢回路电感 （mH） Z3-52 3 220 17.4 750 17.69
电力电子课设 DCDC PWM控制电路的设计
学院 电力电子课程设计题目： DC/DC PWM控制电路的设计 小组成员： 学号： 学部（系）：机械与电气工程学部 专业年级：电气133 指导教师： 2 年 12 月 16 日 - 1 -
目录 一、总体设计方案...................... 错误！未定义书签。 二、设计原理及各部分功能.............. 错误！未定义书签。 三、实验所得的各个波形................ 错误！未定义书签。 四、TL494及相关器件说明............... 错误！未定义书签。 五、总结及心得体会................................. - 9 - - 2 -
一、总体设计方案 ●题目 DC/DC PWM控制电路的设计 ●题目介绍 电力电子电路控制中广泛应用着脉冲宽度调制技术（Pulse Width Modulation, 简称PWM），将宽度变化而频率不变的脉冲作为电力电子变换电路中功率开关管的驱动信号，控制开关管的通断，从而控制电力电子电路的输出电压以满足对电能变换的需要。由于开关频率不变，输出电压中的谐波频率固定，滤波器设计比较容易。 本课程设计主要采用比较常用的PWM集成芯片TL494（也可用其它芯片）完成设计，让同学们初步掌握PWM控制电路的设计方法。 ●课设要求 1. 设计基于PWM芯片的控制电路，包括外围电路。按照单路输出方案进行设计，开关频率设计为10KHz；具有软起动功能、保护封锁脉冲功能，以及限流控制功能。电路设计方案应尽可能简单、可靠。 2. 实验室提供面包板和器件，在面包板或通用板上搭建设计的控制电路。 3. 设计并搭建能验证你的设计的外围实验电路，并通过调试验证设计的正确性。 4. 扩展性设计：增加驱动电路部分的设计内容。 - 3 -