江蘇大學電力電子課程設計報告

電力電子技術

課程設計班級：電氣0904學號：3090501086姓名：李娜2012年6月15號一、.設計要求根據(jù)給定指標，設計BOOST電路參數(shù)根據(jù)給定指標，設計CUK電路參數(shù)利用Simulink軟件，對上述電路進行驗證在實驗平臺上，進行實驗，觀察重要參數(shù)撰寫課程設計報告二、BOOST電路設計BOOST電路又稱為升壓型電路,是一種直流-直流變換電路,其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。此電路在開關電源領域內(nèi)占有非常重要的地位,長期以來廣泛的應用于各種電源設備的設計中?！綛OOST電路工作原理】在電路中IGBT導通時，電流由E經(jīng)升壓電感L和V形成回路，電感L儲能；當IGBT關斷時，電感產(chǎn)生的反電動勢和直流電源電壓方向相同互相疊加，從而在負載側(cè)得到高于電源的電壓，二極管的作用是阻斷IGBT導通是，電容的放電回路。調(diào)節(jié)開關器件V的通斷周期，可以調(diào)整負載側(cè)輸出電流和電壓的大小。負載側(cè)輸出電壓的平均值為:（3-1）式（3-1）中T為開關周期,為導通時間，為關斷時間。圖1BOOST電路的結(jié)構(gòu)【matlab仿真分析】圖二BOOST電路的仿真模型在模型中給定參數(shù)：INPUTVOLTAGE:80V

OUTPUTVOLTAGE:91-128V

DUTY:13.6-41%

LOADRESISTANT:1KSWITCHPERIOD:2.2×10-5s設計要求根據(jù)公式計算兩個電路中的電感、電容值計算電路中功率器件的額定電流、電壓，進行選型通過仿真實驗，驗證電路參數(shù)是否正確觀察電路中主要波形，并記錄（仿真、實驗）BOOST電路計算公式根據(jù)公式計算以及仿真電路調(diào)整得：電感L=0.045H，電容C=15*10-8F【實驗數(shù)據(jù)】由于當取得最大占空比時，輸出電壓為135.59V>128V超出輸出電壓范圍,故不能取最大占空比，要根據(jù)最大輸出電壓整定最大占空比。由公式3-1可得，當U0=128V時，占空比α=37.5%。占空比計算的輸出電壓（V）模擬的輸出電壓（V）α=13.6%92.5992.31α=37.5%128127.9輸出電壓U0=127.9V時，二極管的有效值為IvT=0.3128A,承受的最大反向電壓為UVT=132V；IGBT開關元件的有效電流為IV=0.4902A，承受最大電壓為UV=139V?！酒骷x擇】二極管的額定參數(shù)（按兩倍余量整定）IN=2IVT/1.57=2*0.3128/1.57=0.3984A,UN=2UVT=2*132=264VIGBT開關元件的額定參數(shù)（按兩倍余量整定）IN=2IV/1.57=2*0.4902/1.57=0.6245A,UN=2UV=2*139=278V當取得最小占空比和最大輸出電壓時的仿真波形圖：a圖ｂ圖圖三最小占空比時的波形圖ａ圖ｂ圖圖四最大電壓時的波形圖升壓斬波電路之所以能使輸出電壓高于電源電壓，關鍵有兩個原因:一是L儲能之后具有使電壓泵升的作用，二是電容C可將輸出電壓保持住。在以上分析中，認為開關處于通態(tài)期間因電容C的作用使得輸出電壓不變，但實際上C值不可能為無窮大，在此階段其向負載放電，必然會有所下降，故實際輸出電壓會略低于理論所得結(jié)果，不過，在電容C值足夠大時，誤差很小，基本可以忽略。三、CUK電路設計CUK斬波電路及其等效電路圖Cuk斬波電路◆工作原理?V導通時，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分別流過電流。?V關斷時，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分別流過電流。?輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。Cuk變換器中有兩個電感，這兩個電感之間可以沒有耦合，也可以由耦合，耦合電感可進一步減少電流脈動量?！艋镜臄?shù)量關系?C的電流在一周期內(nèi)的平均值應為零，即 (5-45)?由(5-45)得(5-46)從而可得(5-47)由L1和L2的電壓平均值為零，可得出輸出電壓Uo與電源電壓E的關系(5-48)【matlab仿真分析】CUK電路的仿真模型在模擬電路中給定參數(shù)INPUTVOLTAGE:80V

OUTPUTVOLTAGE:50-105V

DUTY:27-58.9%

LOADRESISTANT:1KSWITCHPERIOD:2.2×10-5sCUK電路計算公式根據(jù)公式計算以及仿真電路調(diào)整得：電感L1=L2=0.11H，電容C1=11*10-8F，C2=4*10-9F【實驗數(shù)據(jù)】由于當占空比為27%時，輸出電壓為29.59V<50V,當占空比為58.9%時，輸出電壓為114V>105V，不滿足電壓要求，故根據(jù)電壓來整定占空比。計算的占空比輸出電壓（V）模擬的輸出電壓（V）α=38.46%5051.27α=56.76%104106.3輸出電壓U0=106.3V時，二極管的有效值為IvT=0.4891A,承受的最大反向電壓為UVT=200V；IGBT開關元件的有效電流為IV=0.6804A，承受最大電壓為UV=201V。【器件選擇】二極管的額定參數(shù)（按兩倍余量整定）IN=2IVT/1.57=2*0.4891/1.57=0.6230A,UN=2UVT=2*200=400VIGBT開關元件的額定參數(shù)（按兩倍余量整定）IN=2IV/1.57=2*0.6804/1.57=0.8667A,UN=2UV=2*201=402V當取得最大最小輸出電壓時的波形圖：最小輸出電壓時的波形圖最大輸出電壓時的波形圖與升降壓斬波電路相比，Cuk斬波電路有一個明顯的優(yōu)點，其輸入電源電流和輸出負載電流都是連續(xù)的，且脈動很小，有利于對輸入、輸出進行濾波。四、實驗對比測量輸入電壓和輸出電壓范圍輸入電壓（V）輸出電壓范圍（V）BOOST電路78.589.9~127.3CUT電路82.648.6~98.9用示波器交流檔觀測輸出電壓紋波峰-峰值為5.08V用示波器測量相應電壓、MOSFET管、功率二極管、PWM波形（用打印機打印出波形）波形圖分別見附錄1、附錄2通過PWM波計算占空比和開關頻率占空比開關頻率（KHz）BOOST電路36.4%45.5CUK電路54.5%45.5通過波形，BOOST電路畫出流過功率二極管的電流波形，CUK畫出輸出電感波形波形詳見附錄3比較實際測得的波形與仿真波形的差別，分析原因。①實際輸出電壓會略低于理論所得結(jié)果，是因為在以上分析中，認為開關處于通態(tài)期間因電容C的作用使得輸出電壓Ｕ０不變，但實際上C值不可能為無窮大，在此階段其向負載放電，Ｕ０必然會有所下降，故實際輸出電壓會略低于理論所得結(jié)果，不過，在電容C值足夠大時，誤差很小，基本可以忽略。②實際波形中存在各種干擾，波形不是太穩(wěn)定，而且會出現(xiàn)毛刺，沒有模擬圖波形清晰穩(wěn)定。③模擬電路中的二極管兩端并接一個電阻，而且阻值不夠大，使流過二極管的電流有正負，與實際波形有出入。實驗總結(jié)在做課程設計的這段時間里，我對升壓斬波（BOOST）電路和CUK電路有了進一步的理解，并且學習和使用了matlab仿真軟件，模擬出實驗波形。DC-DC的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電，包括直接直流變流電路和間接直流變電電路。直接直流變電電路又稱為斬波電路。BOOST電路和CUK電路,是直流-直流變換電路,它們在開關電源領域內(nèi)占有非常重要的地位,