江苏大学电力电子课程设计报告

电力电子技术

课程设计班级：电气0904学号：3090501086姓名：李娜2012年6月15号一、.设计要求根据给定指标，设计BOOST电路参数根据给定指标，设计CUK电路参数利用Simulink软件，对上述电路进行验证在实验平台上，进行实验，观察重要参数撰写课程设计报告二、BOOST电路设计BOOST电路又称为升压型电路,是一种直流-直流变换电路,其电路结构如图1所示。此电路在开关电源领域内占有非常重要的地位,长期以来广泛的应用于各种电源设备的设计中。【BOOST电路工作原理】在电路中IGBT导通时，电流由E经升压电感L和V形成回路，电感L储能；当IGBT关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断IGBT导通是，电容的放电回路。调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。负载侧输出电压的平均值为:（3-1）式（3-1）中T为开关周期,为导通时间，为关断时间。图1BOOST电路的结构【matlab仿真分析】图二BOOST电路的仿真模型在模型中给定参数：INPUTVOLTAGE:80V

OUTPUTVOLTAGE:91-128V

DUTY:13.6-41%

LOADRESISTANT:1KSWITCHPERIOD:2.2×10-5s设计要求根据公式计算两个电路中的电感、电容值计算电路中功率器件的额定电流、电压，进行选型通过仿真实验，验证电路参数是否正确观察电路中主要波形，并记录（仿真、实验）BOOST电路计算公式根据公式计算以及仿真电路调整得：电感L=0.045H，电容C=15*10-8F【实验数据】由于当取得最大占空比时，输出电压为135.59V>128V超出输出电压范围,故不能取最大占空比，要根据最大输出电压整定最大占空比。由公式3-1可得，当U0=128V时，占空比α=37.5%。占空比计算的输出电压（V）模拟的输出电压（V）α=13.6%92.5992.31α=37.5%128127.9输出电压U0=127.9V时，二极管的有效值为IvT=0.3128A,承受的最大反向电压为UVT=132V；IGBT开关元件的有效电流为IV=0.4902A，承受最大电压为UV=139V。【器件选择】二极管的额定参数（按两倍余量整定）IN=2IVT/1.57=2*0.3128/1.57=0.3984A,UN=2UVT=2*132=264VIGBT开关元件的额定参数（按两倍余量整定）IN=2IV/1.57=2*0.4902/1.57=0.6245A,UN=2UV=2*139=278V当取得最小占空比和最大输出电压时的仿真波形图：a图ｂ图图三最小占空比时的波形图ａ图ｂ图图四最大电压时的波形图升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因:一是L储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住。在以上分析中，认为开关处于通态期间因电容C的作用使得输出电压不变，但实际上C值不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，必然会有所下降，故实际输出电压会略低于理论所得结果，不过，在电容C值足够大时，误差很小，基本可以忽略。三、CUK电路设计CUK斩波电路及其等效电路图Cuk斩波电路◆工作原理☞V导通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电流。☞V关断时，E—L1—C—VD回路和R—L2—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。Cuk变换器中有两个电感，这两个电感之间可以没有耦合，也可以由耦合，耦合电感可进一步减少电流脉动量。◆基本的数量关系☞C的电流在一周期内的平均值应为零，即 (5-45)☞由(5-45)得(5-46)从而可得(5-47)由L1和L2的电压平均值为零，可得出输出电压Uo与电源电压E的关系(5-48)【matlab仿真分析】CUK电路的仿真模型在模拟电路中给定参数INPUTVOLTAGE:80V

OUTPUTVOLTAGE:50-105V

DUTY:27-58.9%

LOADRESISTANT:1KSWITCHPERIOD:2.2×10-5sCUK电路计算公式根据公式计算以及仿真电路调整得：电感L1=L2=0.11H，电容C1=11*10-8F，C2=4*10-9F【实验数据】由于当占空比为27%时，输出电压为29.59V<50V,当占空比为58.9%时，输出电压为114V>105V，不满足电压要求，故根据电压来整定占空比。计算的占空比输出电压（V）模拟的输出电压（V）α=38.46%5051.27α=56.76%104106.3输出电压U0=106.3V时，二极管的有效值为IvT=0.4891A,承受的最大反向电压为UVT=200V；IGBT开关元件的有效电流为IV=0.6804A，承受最大电压为UV=201V。【器件选择】二极管的额定参数（按两倍余量整定）IN=2IVT/1.57=2*0.4891/1.57=0.6230A,UN=2UVT=2*200=400VIGBT开关元件的额定参数（按两倍余量整定）IN=2IV/1.57=2*0.6804/1.57=0.8667A,UN=2UV=2*201=402V当取得最大最小输出电压时的波形图：最小输出电压时的波形图最大输出电压时的波形图与升降压斩波电路相比，Cuk斩波电路有一个明显的优点，其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。四、实验对比测量输入电压和输出电压范围输入电压（V）输出电压范围（V）BOOST电路78.589.9~127.3CUT电路82.648.6~98.9用示波器交流档观测输出电压纹波峰-峰值为5.08V用示波器测量相应电压、MOSFET管、功率二极管、PWM波形（用打印机打印出波形）波形图分别见附录1、附录2通过PWM波计算占空比和开关频率占空比开关频率（KHz）BOOST电路36.4%45.5CUK电路54.5%45.5通过波形，BOOST电路画出流过功率二极管的电流波形，CUK画出输出电感波形波形详见附录3比较实际测得的波形与仿真波形的差别，分析原因。①实际输出电压会略低于理论所得结果，是因为在以上分析中，认为开关处于通态期间因电容C的作用使得输出电压Ｕ０不变，但实际上C值不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，Ｕ０必然会有所下降，故实际输出电压会略低于理论所得结果，不过，在电容C值足够大时，误差很小，基本可以忽略。②实际波形中存在各种干扰，波形不是太稳定，而且会出现毛刺，没有模拟图波形清晰稳定。③模拟电路中的二极管两端并接一个电阻，而且阻值不够大，使流过二极管的电流有正负，与实际波形有出入。实验总结在做课程设计的这段时间里，我对升压斩波（BOOST）电路和CUK电路有了进一步的理解，并且学习和使用了matlab仿真软件，模拟出实验波形。DC-DC的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变电电路。直接直流变电电路又称为斩波电路。BOOST电路和CUK电路,是直流-直流变换电路,它们在开关电源领域内占有非常重要的地位,