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本書是基于全國大學生電子設計競賽的創(chuàng)新競賽輔導書。本書作者根據當代大學生電力電子教育環(huán)境，結合10余年來潛心輔導學生參賽的經驗和全國大學生電子設計競賽的發(fā)展趨勢，自主研發(fā)設計了一款教學輔助平臺X.Man電力電子開發(fā)套件。本書即圍繞X.Man電力電子開發(fā)套件，以完成電力電子基本實驗為出發(fā)點，以歷屆全國大學生電子設計競賽賽題為例，鍛煉學生將基本的電路原理、電路拓撲等知識運用于實踐之中。
本書在第1、第2章對X.Man電力電子開發(fā)套件的硬件和軟件平臺分別進行介紹，在讀者了解該套件的功能及使用方式后，再進行后續(xù)章節(jié)電路設計的學習，包括直流-直流變換電路的設計、直流電子負載的設計、逆變電路的設計、均流電路的設計和功率因數矯正電路的設計等。
本書所涉及的視頻教程及軟件、代碼，讀者可掃描書末二維碼免費獲取。

自 20 世紀中葉半導體問世以來，全世界的現(xiàn)代電力電子技術正以令人矚目的速度發(fā)展，也在改變著我國工業(yè)的整體面貌。同時，對社會的生產方式、人們的生活方式和思想觀念也產生了重大的影響。為了培養(yǎng)學生工程實踐素質、提高學生針對實際問題進行電子設計制作的能力，教育部和工信部共同發(fā)起了全國大學生電子設計競賽。該賽事是面向大學生的群眾性科技活動，有助于推動高等院校信息與電子類學科課程體系和課程內容的改革。全國大學生電子設計競賽自 1997 年開始每兩年舉辦一屆，截至 2019 年年底已成功舉辦了 14 屆，成為大學生學術類競賽的標志性賽事之一。
現(xiàn)代電力電子技術的蓬勃發(fā)展，衍生出了許多學習電力電子技術的開發(fā)產品。越來越多的套件、模塊、開源代碼等不斷問世，創(chuàng)建復雜的電力電子工程從未像今天這般便捷。同時，全國大學生電子設計競賽也受到了越發(fā)廣泛的關注，X.Man 正是由此衍生而出。這是一款由上海理工大學現(xiàn)代電力電子實驗室自主研發(fā)的電力電子開發(fā)套件，它以模塊化理念為核心，打造了一個全新的DIY 式電力電子工程開發(fā)環(huán)境。X.Man 電力電子開發(fā)套件不同于市面上其他常規(guī)電力電子開發(fā)平臺，它是針對高等院校本科電力電子教學而開發(fā)的輔助教學工具，是一座連接理論與實踐的"橋梁"，其功能基本覆蓋了本科電力電子教學的重點和難點，可促進學生的動手能力，起到了以練促學的作用。目前 X. Man 電力電子開發(fā)套件已在上海理工大學電氣工程及相關專業(yè)教學中被廣泛使用，尤其是在全國大學生電子設計競賽參賽團隊中深受青睞。在使用該套件備賽的參賽團隊中，獲獎率高達 95%，其中國家獎獲獎率達 25%，未來將在上海市其他高校得到進一步推廣。X. Man 電力電子開發(fā)套件主要由核心開發(fā)板、液晶顯示屏和通用半橋板三大部分組成，同時搭載自主研發(fā)的多功能串口示波器和多個例程，讓開發(fā)者可以根據實際開發(fā)需求，構建出屬于自己的電力電子開發(fā)平臺。
作為一本入門級的電力電子開發(fā)教材，本書以詳細介紹 X. Man 電力電子開發(fā)套件為主線，以電力電子技術為出發(fā)點，詳細講解了學習使用X.Man電力電子開發(fā)套件過程中可能遇到的各類問題，并提供了詳盡的案例及實戰(zhàn)代碼作為參考。本書的寫作初衷是從理論出發(fā)，使讀者掌握各種紛繁復雜電路背后的本質，以不變應萬變，從而讓電力電子技術初學者快速入門;讓電力電子技術開發(fā)者擁有模塊化的電力電子開發(fā)平臺;讀者通過使用X. Man電力電子開發(fā)套件，掌握電力電子技術相關知識，為以后的學習打下良好的實戰(zhàn)基礎，以迎接未來電力電子行業(yè)的更新?lián)Q代。
適合閱讀本書的讀者包括以下幾類∶
1.研究電力電子及其相關領域的在校學生
本書擁有翔實的案例、注釋詳盡的代碼，可以幫助讀者通過X.Man學習電力電子技術相關知識、撰寫論文、通過畢業(yè)設計和完成科研項目等。同時，本書也適合作為高等院校電力電子專業(yè)教程及實驗教程的教學用書。
2.初次接觸電力電子開發(fā)、有一定 C/C十＋編程基礎和電力電子元器件基礎的初學者作為一本定位為快速入門電力電子開發(fā)的教程，本書讀者僅需要具備一些對電力電子器件的基礎認知以及基本掌握C/C十十編程語言。
3. 想擁有一本全面的入門級電力電子技術開發(fā)工具書的電力電子技術開發(fā)愛好者本書從基本的硬件布局、軟件編寫到綜合性的功能應用均有詳細的教程化講解，更配有拓展性的研發(fā)啟示，便于讀者全面了解電力電子技術開發(fā)的過程或進行專項研究。
4.全國大學生電子設計競賽電源類參賽者
本書所涉及的部分案例改編自歷屆全國大學生電子設計競賽真題。編寫團隊中不乏歷屆全國大學生電子設計競賽全國一等獎、上海市TI杯獲得者。本書案例均為讀者提供了完整的硬件設計方案及詳細注釋的源代碼。期待本書會成為讀者備賽過程中的良師益友。
X.Man由袁印設計構思，由唐天賜、毛崢、李涵進行實驗。在本書的編寫過程中，本人負責全書主要統(tǒng)稿，X.Man 的開發(fā)者袁印及其設計團隊則給予了大量技術支持。在這里要感謝
毛崢對全書框架的擬定;感謝唐天賜對書中每一項實驗數據的細心調試和確定;感謝李雪庸、許頗輔助統(tǒng)稿;感謝王晗鈺、李涵、黃劍光、袁慶慶、簡欽、張子涵、李翔、謝明、袁帥等人的協(xié)助，他們參與了書中圖片的拍攝和制作工作。同時，還要感謝上海理工大學現(xiàn)代電力電子實驗室對此項目提供的大力支持，書中的所有程序均在現(xiàn)代電力電子實驗室的電力電子套件樣板上調試通過。
由于作者水平有限及時間倉促，書中難免存在錯誤和不當之處，懇請讀者批評斧正。如有需要拓展相關知識，以及需要咨詢或交流本書所述電力電子開發(fā)套件事宜的讀者，可發(fā)送郵件到 new_energy@usst. edu. cn，以做進一步探討。
夏鯤
2021年4月于上海理工大學

第1章硬件平臺
1.1 X.Man 硬件平臺簡介 2
1.1.1 核心開發(fā)板簡介 2
1.1.2 液晶顯示屏簡介 4
1.1.3 通用半橋板簡介5
1.2 X.Man 硬件平臺詳解 6
1.2.1 核心開發(fā)板詳解 6
1.2.2 液晶顯示屏詳解 10
1.2.3 通用半橋板詳解 11
第2章軟件平臺 14
2.1 系統(tǒng)架構 15
2.2 軟件工程架構15
2.2.1 X.Man 工程的文件組織結構 15
2.2.2 X.Man 工程的軟件組織結構 16
2.3 應用程序編寫指南 24
2.4 應用程序下載指南26
2.4.1 應用程序下載步驟 26
2.4.2 應用程序下載技巧 28
2.5 菜單調試指南 29
2.5.1 菜單程序接口功能介紹 29
2.5.2 菜單界面及功能設計 29
2.5.3 顯示屏按鍵功能介紹 30
2.5.4 紅外遙控器按鍵功能介紹 31
2.6 串口示波器軟件簡介 31
第 3 章系統(tǒng)檢測實驗33
3.1 燒寫程序 34
3.2 實驗結果 36
第 4 章基礎電路 48
4.1 半橋電路 49
4.2 電壓采樣電路 49
4.3 電流采樣電路 50
第 5章降壓斬波電路54
5.1 降壓斬波電路理論分析 55
5.2 降壓斬波電路實驗程序分析 56
5.3 降壓斬波電路實驗過程 59
5.4 降壓斬波電路實驗結果及分析 60
第6章升壓斬波電路63
6.1 升壓斬波電路理論分析 64
6.2 升壓斬波電路實驗程序分析 65
6.3 升壓斬波電路實驗過程 68
6.4 升壓斬波電路實驗結果及分析 70
第7 章升降壓斬波電路72
7.1 升降壓斬波電路理論分析 73
7.2 升降壓斬波電路實驗程序分析 74
7.3 升降壓斬波電路實驗過程77
7.4 升降壓斬波電路試驗結果及分析 80
7.5 全國大學生電子設計競賽真題設計指標參考 80
第8 章直流電子負載82
8.1 直流電子負載理論分析 83
8.2 直流電子負載實驗程序分析 84
8.3 直流電子負載實驗過程 95
8.4 直流電子負載實驗結果及分析 97
第9 章單相逆變電路100
9.1 單相逆變電路理論分析 101
9.1.1 半橋逆變電路 101
9.1.2 全橋逆變電路 102
9.2 單相逆變電路實驗程序分析 103
9.3 單相逆變電路實驗過程 108
9.4 單相逆變電路實驗結果及分析 111
第 10 章三相逆變電路114
10.1 三相逆變電路理論分析 115
10.2 三相逆變電路實驗程序分析116
10.3 三相逆變電路實驗過程 120
10.4 三相逆變電路實驗結果及分析 122
10.5 全國大學生電子設計競賽真題設計指標參考 124
第 11 章直流電源均流電路 125
11.1 直流電源均流電路理論分析 126
11.2 直流電源均流電路實驗程序分析 126
11.3 直流電源均流電路實驗過程 130
11.4 直流電源均流電路實驗結果及分析 133
11.5 全國大學生電子設計競賽真題設計指標參考 134
第 12 章交流電源均流電路135
12.1 單相交流電源均流電路136
12.1.1 單相交流電源均流電路理論分析 136
12.1.2 單相交流電源均流電路實驗程序分析 136
12.1.3 單相交流電源均流電路實驗過程 148
12.1.4 單相交流電源均流電路實驗結果及分析 149
12.2 三相交流電源均流電路 150
12.2.1 三相交流電源均流電路理論分析 150
12.2.2 三相交流電源均流電路實驗程序分析 151
12.2.3 三相交流電源均流電路實驗過程 161
12.2.4 三相交流電源均流電路實驗結果及分析 163
12.2.5 全國大學生電子設計競賽真題設計指標參考 164
第 13 章功率因數校正電路165
13.1 單相交流功率因數校正電路 166
13.1.1 單相交流功率因數校正電路概述 166
13.1.2 單相交流功率因數校正電路理論分析 166
13.1.3 單相交流功率因數校正電路實驗程序分析 168
13.1.4 單相交流功率因數校正電路實驗過程 178
13.1.5 單相交流功率因數校正電路實驗結果及分析 179
13.2 三相交流功率因數校正電路 180
13.2.1 三相交流功率因數校正電路理論分析 180
13.2.2 三相交流功率因數校正電路實驗程序分析 180
13.2.3 三相交流功率因數校正電路實驗過程 191
13.2.4 三相交流功率因數校正電路實驗結果及分析192
13.2.5 全國大學生電子設計競賽真題設計指標參考 193
第 14 章綜合電路微電網模擬195
14.1 微電網模擬實驗理論分析 196
14.2 微電網模擬實驗程序分析 197
14.3 微電網模擬實驗過程 197
14.4 微電網模擬實驗結果及分析 200
第 15章串口示波器 201
15.1 串口示波器功能簡介 202
15.2 文件載入與導出 210
15.2.1 文件載入210
15.2.2 文件導出 212
15.3 示波器界面 212
15.4 串口調試 216
15.5 波形顯示 217
15.6 數學運算 219
15.6.1 本地數學運算 219
15.6.2 MATLAB交互運算 220
15.7 應用舉例 221
15.7.1 測試開關電源效率 221
15.7.2 模擬信號發(fā)生器 224
15.7.3 滑動平均值濾波 227
15.7.4 采集局域網數據 229
15.7.5 采集公網數據 232
15.7.6 解析數組數據包 235
15.7.7 分批更新數據包 236
參考文獻 237
本書配套數字交互資源使用說明 238

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