电力电子技术课程设计教学实例——BUCK电路硬件平台实现

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电力电子技术课程设计作为电气类专业的重点实践课程，需要提高实践环节的教学比重。

本文通过设计并制作经典BUCK 电路的示教板，给出了完成一个电力电子课程设计案例的流程。

学生可以通过该案例完成电路理论计算、仿真分析、PCB 绘制、元件选型以及焊接与调试的全过程，提高解决实际工程问题的能力。

电力电子技术课程设计在高等教育体系中，一直作为电力电子技术配套的实践课程存在。

通过课程实践环节，进一步提高电力电子技术理论课程的教学效果。

受限于当前高校的实验室建设的不完善，该教学实践环节大多采用“大作业”式的理论分析报告的形式来实现。

在电气技术相关行业对应用型与实践型人才的需求日益提高的今天，该实践形式固有的局限性显现出来。

针对于此，在电气工程及其自动化专业应用型人才的培养过程中，急需实践环节的改革与创新，更好的贴合当前社会用人单位的人才需求。

适当调整教
路的完整流程。

通过该教学案例，更好的引导学生完成一个完整的工程实践项目，提高解决工程实践问题的能力。

另外该实践流程可以完整复刻于其他电力电子技术课程实践项目，为电力电子技术课程实践的教学改革提供新的思路。

表1 BUCK电路设计参数
参数数值输入电压U i 20V 输出电压U o 5V 占空比D 0.25电感L 0.375mH 电容C 500μF 工作频率f 10kHz 输出纹波电压
5%
1 整体设计方案
图1所示给出了BUCK 电路平台的整体设计思路与步骤。

其主要分为四个主要部分，包括主要参数的理论计算、仿真分析、PCB
电力电子技术课程设计教学实例——BUCK电路硬件平台实现
南京航空航天大学金城学院 刘 慧 郝雯娟
南京航空航天大学自动化学院电气工程系 王 宇
图1 BUCK电路设计流程学方法与教学内容，从而提高应届毕业生在就业中的核心竞争力。

本文以电力电子技术课程中经典的BUCK 电路为例，给出了设计与实现该电
图2 BUCK电路原理图
图3 BUCK电路的Matlab/Simulink模型
设计制作以及硬件电路的焊接与调试。

2 仿真分析
图2所示给出了BUCK 电路的原理图。

可以看出，对BUCK 电路的参数计算主要集中在电感值与电容值的确定。

而在当前的电力电子课程设计大多侧重于这个方面，因此本文不再赘述。

表1所示给出了该电路的设计参数。

根据理论设计参数，建立该BUCK 电路的Matlab/Simulink 模型
如图3所示。

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图4所示给出了该电路的仿真波形。

可以看出，当输入电压为20V 时，通过控制MOSFET 的通断实现了5V 电压输出，验证的理论
计算的正确性。

(a)输入电压U
in (b)功率管控制信号U
p
(c)输出电压U o
图4 Matlab/Simulink仿真波形
3 PCB设计与制作
PCB 的设计与制作部分首选需要学生大量查阅文献资料，完成元件的选型。

该过程可以很好地锻炼学生的文献查阅能力，了解元件的种类和应用电路。

在此基础上，再通过Altium Designer 软件绘制原理图与PCB 文件。

本文所设计的BUCK 电路范例的原理图与
PCB 图如图5、图6
所示：
图6 BUCK电路PCB图
可以看出，该电路选用了UC3842芯片作为MOSFET 的控制信号发生器。

通过UC3842的4脚的RC 震荡电路形成锯齿波振荡器，即确定了该PWM 波的频率。

芯片通过比较管脚2采样的输出电压值与芯片基准电压的大小，调节占空比并通过6脚输出。

由于本电路采用的MOSFET 为PMOSirf9540的P 沟道功率管，具有负电压导通特性。

因此其驱动信号需要经过三极管构成的共射
极电路反相。

另外，二极管型号为1n5822，为方便调节输出电压大小，采样电路采用的是电位器503与5.1K Ω色环电阻的串联结构。

4 电路焊接与调试
上述电路制板完成后，需要学生自行完成焊接与调试。

这个过程可以极大的调动学生的积极性，同时提高其实践能力。

图7为焊
接完成的电路板实物图。

图7 BUCK电路板实物图
图5 BUCK电路原理图
将电路板左端正负极接口接入直流电源，输出端接入功率电阻，即可对该电路进行测试。

图8所示波形为功率管控制信号U p 与输出电压波形。

可以看出，通过调节电位器503的阻值大小，输出电压大小为5V 左右，验证了理论分析和仿真的正确性。

5 结论
本文通过设计和实现BUCK 电路硬件平台，来尝试一种利用示教实例进行“电
力电子课程设计”课的教学方法。

该方案
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图8 实验波形
可以有效帮助学生掌握以下知识：
(1)变换器电路的设计方法与流程；(2)电力电子相关仿真软件的使用；(3)简单电路的PCB 的设计与制作；
(4)电路焊接、调试以及各类实验仪器仪表的使用。

在目前的“电力电子课程设计”教学过程中，该示教平台已承担多次教学任务，具有较好的教学效果，对调动学生学习积极性和提高实践能力起到了重要作用。

另外，学生还通过同样的开发流程完成了BOOST 电路以及BUCK-BOOST 电路的开发过程，并申请了大学生创新实践项目。

基金项目：国家自然科学基金项目（51407090，51741705）；中央高校基本科研业务经费（NJ20160043）；南航金城学院2019年教改项目（2019-Z-02）；2019年江苏省青蓝工程项目。

作者简介：
刘慧（1991—），女，江苏南京人，硕士研究生，讲师，研究方向：电机设计与控制。

郝雯娟（1982—），女，江苏南京人，硕士研究生，副
教授，研究方向：直线电机设计与控制。

王宇（1982—），男，江苏南京人，博士研究生，副教授，研究方向：电机设计与控制。

电力骨干通信网故障诊断主要依靠公司各级通信调度定期巡视设备网管及综合网管的重要告警、重要性能数据来完成。

故障诊断过于依赖运维人员经验，故障诊断效率不高。

开展基于深度学习的电力骨干通信网数据采集、故障诊断、风险预判和网络健康管理技术研究，将推动故障处置从依靠经验转变为智能诊断、日常运维从事中被动处置转变为事前主动防御，对提高电网通信调度故障处置效率、提升电力骨干通信网及电网安全运行水平具有重要的意义。

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国网河南省电力公司信息通信公司
吴利杰 安致嫄 张 勇
王春迎
基于深度学习的电力骨干通信网故障诊断方法
产部门对电力通信网的可靠性要求也越来越高，传统的网络故障诊断方法受人为主观因素影响较大，智能化的故障检测、故障定位与故障识别技术成为研究的主流方向。

本文提出了一种基于深度学习的电力骨干通信网数据采集及故障诊断技术。

1 总体设计
基于深度学习的电力骨干通信网数据采集及故障诊断技术，先对其现有的数据进行采集并且对已有的故障诊断技术调研，从网络中的故障信息中研究分析故障信息的特征与类别；然后对基于深度学习方法的故障诊断网络模型进行分析研究，重点研究其应用与合适的故障诊断模型的建立，其中主要分为三个部分：（1）针对电力骨干通信网的故障信息和各种数据进行采集及挖掘，并对数据进行预处理；（2）研究已有的深度网络模型，利用深度网络对电力骨干通信网故障特征的提取以实现分类的目标，并最终基于深度学习建立电力骨干通信网故障诊断模型；（3）基于深度学习的网络故障及风险资源定位技术的研究，最终实现网络故障的高效排除，有效的使网络运行降低风险。