電力電子課程設計

1、精品文檔電力電子技術綜合實習報告設計題目：_Boost 和 Buck-Boost_變換器的設計_專業(yè)班級：_學生姓名：_學生學號：_指導老師：_完成日期：_ 2016618_江蘇大學電氣信息工程學院i歡迎下載精品文檔電力電子技術綜合實習任務書1.設計題目：Boost 和 Buck-Boost 變換器的設計2.設計任務：分析 Boost 和 Buck-Boost 變換器的工作原理，根據(jù)給定參數(shù)設計 Boost 和 Buck-Boost 變換器開關管 T、二極管 D 電感 L 和電容 C 的參數(shù),采用 MATLA 軟件對所設計的變換器進行仿真分析。1) Boost 變換器的給定參數(shù)： 輸入電壓 U

2、i=80V,輸出電壓 Uo=90-120V 開關頻率 fs=45kHz,負載電阻 R=50(K,輸出電壓紋波YS%輸電電流紋波I 10%輸入電壓 Ui=80V,輸出電壓Uo=50-120V 開關頻率 fs=45kHz，負載電阻 R=50(K，輸出電壓紋波 丫 5%輸出電流紋波 I 10%3.設計要求：獨立完成課程設計，撰寫報告并采用 A4 紙張打印裝訂1歡迎下載+Uois+ us-+UiUD+iDKBVL+ DSL ULioUo+2) Buck-Boost 變換 器的給 定參數(shù):精品文檔電力電子技術綜合實習報告內容原理分析1) Boost 變換器的給定參數(shù)： 輸入電壓 Ui=80V,輸出電壓

3、Uo=90-120V 開關頻率 fs=45kHz,負載電阻 R=50(K,輸出電壓紋波YS%輸電電流紋波I ICC =1 r=RUin-UdiLdtiOFFUo- Uin1- D TLIL+ UL-iD+C豐R UoUiUo2歡迎下載根據(jù)能量平衡原理，電感電流脈動量為：八iL=八iON = “OFFliU。- Ui1- D T UiDTLLU1U。=- Ui（升壓）1- D輸入電流平均值與電感電流平均值相等，分別為:二、參數(shù)設計由 Uo -ton + toffE E 知，取=20% toff1- a得Uo = 100V3歡迎下載精品文檔電感電流波形分析：（電感電流連續(xù)）匕 ADTJTIiIL1

4、Lmax+ 1L min2要使電流紋波 I 10%電壓紋波丫 5%L二0.1 Io = 0.1*0.2二0.02,U。= 0.05U。= 5VIoD 0.2*0.2 f|_uo一45000*0.05管子耐壓值：Us max二（23）Uo max = （23） * 120 = 240360V管子電流值：x =（1.52）（豐+寄）=0.560.74A三、仿真驗證原理圖CorrHnuflus!4歡迎下載精品文檔Uo100R一5000. 2AUinDuTf80*0dDC -0.02*45000可得：178245000*0.05=3e80*0.20.02*45000= 0.0178H= 3e-7精品文

5、檔UinD 80*0.2LiLf - 0.02*45000= 0.0178HIoDfLu。0.2*0.245000*5TilIS5歡迎下載精品文檔Tli-Trt心強曰.電容擴大 10 倍6歡迎下載精品文檔-O 5Tlmi dYoc 電感擴大 10 倍7歡迎下載rnnrkhr! 1 -1 !:iiiiiiii當電流斷續(xù)時，取電感縮小 100 倍8歡迎下載精品文檔HA.20a-dm。曲Qg&-0M0.04咋*0.07O與O.W0 1精品文檔Timr 0經(jīng)過以上波形以及波紋的比較，實際取值L=0.0178H,C=3e-6F （即電容值比計算值擴大 10 倍）2） Buck-Boost 變換器的給定參

6、數(shù)：輸入電壓 Ui=80V,輸出電壓 Uo=50-120V,9歡迎下載精品文檔開關頻率 fs=45kHz，負載電阻 R=500Q，輸出電壓紋波 丫 5% 輸出電流紋波 I 10%原理分析電感 L 的電流 iL 線性上升，電感儲能，電感電流增加量為:電感 L 的電流 iL 線性下降，電感放能，電感電流減少量為:NU1h +-rui.L* rT11- +牛C=Jn-XS導通S關斷Ui二L二.:ddt注cIo上LdtRUi =L虹二:ioFFdtUo(1- D)TLiL乂如+1。dt電感電流波形分析:10歡迎下載is+ Us-UD+iDio+Ui- - *VL+ D)+丄L :CRUo+當開關管 S

7、 導通時,當開關管 S 關斷時,ic根據(jù)伏秒平衡原理，電感電流脈動量為:ii - iLONOFFUUinDTUo(1- D)T- LLU參數(shù)設計:由 UoUi 可知，取:=60%1-a得 Uo=120V要使電流紋波 I .02D.口3O 3O C4LJ口r S3-1 MSi 4 B-1141r r i -ieO.B2SD.CHL-7J-15歡迎下載當電流斷續(xù)時，取電感縮小 100 倍經(jīng)過以上波形以及波紋的比較，實際取值L=0.044H,C=5.33e-6F （即電容值比計算值擴大 10 倍16歡迎下載精品文檔精品文檔UQugigDTimr 0五、設計總結由仿真結果不難得出， 為了滿足系統(tǒng)最小的

8、性能要求， 器件的正確選擇十分 重要，由于加載電壓輸出電容在電場儲存能量，所以定性的說，電容的功能就是 試圖保持一個固定不變的電壓。通常選取 Boost 和 Buck-Boost 功率級的輸出電 容值使得把輸出電壓的紋波電壓限制在規(guī)格要求的水平。 電容的串聯(lián)阻抗和功率 級的輸出電流決定了輸出電壓的紋波。 導致電容產(chǎn)生阻抗 （和輸出電壓紋波） 的 三個元素是等效串聯(lián)電阻、 等效串聯(lián)電感和電容。 對于連續(xù)電感器電流模式下的 工作，為了確定電容值，需要知道它一個關于輸出負載電流10、開關頻率 fS、要求的輸出紋波電壓 V0 的函數(shù)， 在假定所有的輸出電壓紋波都是由電容器的 電容產(chǎn)生的情況，這是因為在

9、功率級開態(tài)（0N,輸出電容器提供了所有的輸出 負載電流。 對于非連續(xù)電感器電流模式下的工作，為了確定需要的電容值， 在假定所有的輸出電壓紋波都是由電容器的電容產(chǎn)生的情況， 但是在很多實際的設計 中，為了得到需要的等效串聯(lián)電阻， 通常都要選擇比我們計算出來的電容值大的 電容器。電感器的功能是儲存能量，電流流過時能量會以磁場的方式儲存下來， 所以定性的說， 電感器的作用就是試圖保持固定不變的電流值， 或者等效的說是 限制流過電感器電流的變化率。選擇 Boost 和 Buck-Boost 功率級的輸出電感器 電感值主要是限制流過它的紋波電流的峰峰值。選擇以后，功率級的工作模式， 連續(xù)或非連續(xù)，就確定

10、下來了。 電感器紋波電流跟加載的電壓和加載電壓的時間 成正比，跟電感值成反比，除了電感值，在選擇電感器時需要考慮的其它重要因 素有最大直流或峰值電流和最大工作頻率。 讓電感器在它的額定直流電流內工作 對確保電感器不出現(xiàn)過熱或飽和很重要。 電感器工作在低于最大額定頻率可以保 證不會超過最大內部損耗，從而避免出現(xiàn)過熱或飽和。功率開關的功能是控制從輸入功率源到輸出電壓的能量流動。 在 Buck-Boost 功率級，功率開關當開關打開時連通輸入到電感器，開關關上時斷 開連接。功率開關必須在開時在輸出電感器傳導電流，關時阻止輸入電壓和輸出 電壓的差值。而且功率開關必須很快的完成一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的轉換

11、，從而 避免在開關轉換時間內的功率損耗。這篇報告中考慮的功率開關類型是功率型金 屬氧化物半導體場效應管 （MOSFET 其它的功率器件也可以用， 但是在大多數(shù) 情況下， 在考慮到費用和性能時 （考慮驅動電路時） ， MOSFE是最好的選擇?？?7歡迎下載精品文檔以使用的 MOSFETt 兩種類型：n 通道型和 p 通道型。P 通道型 MOSFE 在 Buck-Boost 功率級中的使用更流行，因為驅動 p 通道的門比驅動 n 通道 MOSFET 中的門要簡單。MOSFE選取時，V(BR)DSS 的額定值要大于輸入電壓和輸出電壓 的最大差值，而且要為瞬變量和尖峰信號預留一點的余量。選擇MOSFE

12、 時還要求額定 ID(Max)至少是功率級電感器最大電流的兩倍。 然而有很多時候這還不是 足夠的余量，還要考慮到 MOSFE 結的溫度，保證沒有超過范圍。輸出二極管在功率開關關閉時導通， 為電感器電流提供通路。 在選擇整流器 時要考慮的主要要素為：快速開關、擊穿電壓、額定電流、為降低功率損耗的低 的正向電壓下降和合適的封裝。 除非應用場合確實需要用到高費用和復雜的同步 整流器，肖特基整流器通常是低壓輸出的最好解決方案。 擊穿電壓必須大于輸入 電壓和輸出電壓的最大差值，而且必須為瞬時值和尖峰預留一定的余量。額定電 流要至少是功率級最大電流的兩倍。通常額定電流要遠大于輸出電流，因為功率 和結溫度的

13、限制決定了器件的選擇。二極管上的損耗主要由導通態(tài)二極管上的電 壓降造成的，二極管上的功率損耗可以由前向電壓和輸出負載電流的乘積來計算 得。從導通態(tài)轉化為非導通態(tài)時的轉換損耗相比于傳導損耗來說， 非常小， 通常 忽略。通過這次電力電子仿真實驗， 我掌握了開關電源的設計思路和方法。 通過對 各個模塊進行設計， 對開關電源有了更深刻的理解。 其各模塊主電路、 控制電路、 驅動電路、保護電路設計方法和思路比較多， 通過比較各模塊各個實現(xiàn)方法優(yōu)缺 點和設計的要求，選擇了比較適合的電路。本設計的主要特點是采基本實現(xiàn)了任務要求并進行了一些拓展。通過不同參 數(shù)的設置與嘗試，電源的穩(wěn)定性好，響應更快。本設計還有不足之處，理論上的 設計，在實際應用中還存在一些實現(xiàn)問題。通過對 Boost 和 Buck-Boost 電路建模，在 MATLA 上進行仿真，驗證了設計 思路的正確， 和理論性的可實現(xiàn)。 在建模中采用多種實驗方法， 使系統(tǒng)具有良好 的性能，其技術指標均滿足要求。其調