电力电子课程设计

1、_学院_专业 姓名_ 学号_（密）（封）（线）本科课程设计专用封面设计题目： Cuk变换器的设计与仿真 所修课程名称： 电力电子技术课程设计 修课程时间： 2013 年 06 月 17 日至 6 月 23 日完成设计日期： 2013 年 06 月 23 日评阅成绩： 评阅意见：评阅教师签名： 年 月 日Cuk变换器的设计与仿真一设计要求1）完成Cuk变换器的设计、仿真；2）设计要求：输入：DC100V； 输出：DC50150V二题目分析 Cuk电路是一种可升降压的直流变换器电路，它基本可看成是升压电路和降压电路相结合产生的一种开关电路，其电原理图如图1所示 图1 Cuk主电路图基本工作原理为：

2、当控制开关VT处于通态时，EL1V回路和RL2CV回路分别流过电流。当控制开关VT处于断态 时，EL1CVD回路和RL2VD回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。稳态时电容C的电流在一周期内的平均值应为零，也就是其对时间的积分为零，即 在书P127页的等效电路中，开关S合向B点时间即V处于通态的时间ton，则电容电流和时间的乘积为I2ton。开关S合向A点的时间为V处于断态的时间toff，则电容电流和时间的乘积为I1 toff。由此可得 从而可得 ： 假设电容C很大使电容电压uc的脉动足够小，可得输出电压Uo与输入电压E的关系。当V导通时，即开关S合到B点时，B点电压uB=0，A

3、点电压uA=-uc。当V截止时，即开关S合到A点时，uB=uc,uA=0，B点电压uB平均值为UB=toff.Uc/T又因电感L1的电压平均值为零，所以E=UB=toff.Uc/T。电感L2的电压平均值为零，A点的电压平均值为Ua=-ton.Uc/T可得出输出电压Uo与电源电压E的关系 Cuk斩波电路有一个明显的优点，其输入电流和输出负载电流都是连续的，没有阶跃变化，有利于对输入输出进行滤波。三主电路设计、元器件选型及计算：主电路设计：结合CUK原理图设计为如下图2主电路图. 其中电路元件分别为：直流电压源一个，电感两个，电解电容两个，电阻一个，二极管一个，一个IGBT和触发电压。 图2 Cu

4、k主电路图元器件计算及选型：首先输入电流E=100V，开关频率f=20KHz，取R=10。输出电压U0=Ton*E/Toff=*E/(1-)=0.4100/(1-0.4)=66.67V。输出电流I2=U0/R=66.7/10=6.67A，输入电流I1=*I2/（1-）=4.45A。电感取值L1=l2=1mH,电解电容取值C1=C2=30uF。IGBT型号：1XGH20N60A二极管型号：D1N5823脉冲参数设置： 图3 脉冲电压参数设置 四主电路仿真分析利用orCAD对电路仿真得到以下仿真波形：脉冲电压波形图4 Ton期间脉冲为12V，Toff期间脉冲为-1V。输入电压波形图5输出电压波形图

5、6 输出电压=100*0.4/0.6=66.67V输入电流波形 图7 输入电流I1=*I2/（1-）=4.45A图8输出电流波形图9 输出电流I2=U0/R=66.7/10=6.67A IGBT和二极管的两端电压 图10 正方形为IGBT，菱形为二极管通过IGBI和二极管的电流（正方形为IGBT，菱形为二极管） 图11五控制电路设计控制原理：下图所示是DCDC变换器控制系统的控制电路。 专用触发芯片SG3525所产生的仅仅只是 PWM 控制信号，强度不够，不能够直接去驱动 IGBT，中间还需要有驱动电路。另外，主电路会产生很大的谐波，很可能影响到控制电路中PWM 信号的产生。因此，还需要对控制

6、电路和主电路进行电气隔离。 图12六设计总结首先，我们小组做的课题是Cuk变换器的设计与仿真。通过书本和网上资料整理出有用的信息。然后，我们通过计算，分析，分工合作以及集体讨论思考完成了此次课程设计。在这次课程设计中，遇到了不少问题。第一个问题是orCAD仿真软件的安装和使用，很不熟练，总是出现各种各样的错误，在同学的帮助下总算画好了原理图。第二个问题就是电路元器件参数和型号的确定，虽然计算出器件参数，按计算的设置好后，在仿真时却发现实际输出电压和设定的输出电压相差甚远，仿出来的波形完全不同于理论上的波形，不论怎样修改参数，输出电压总是上不去，达不到50V150V的输出要求。另外就是元件型号的确定，我们发现参数和型号的对应关系并不明显，不容易通过额定电压和额定电流来确定二极管和IGBT的型号。最后在汤老师的帮助下，将电容换成了电解电容，在R两端接了一个电容，并将元器件的型号作了修改，这些问题才得到解决。在解决这些问题的过程中，老师和同学的帮助很大，自己也收获颇多。在这次课程设计中，通过查找资料，请教老师，询问同学，以及不懈的努力，学会了使用orCAD 仿真软件，对Cuk变换器有了更深的理解，对电力电子这门课的应用加深了认识，也培养了自己独立思考的能力。参考文献：1 王兆安编著.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2013年1月设计计算