電力電子課程設(shè)計

1、_學(xué)院_專業(yè) 姓名_ 學(xué)號_（密）（封）（線）本科課程設(shè)計專用封面設(shè)計題目： Cuk變換器的設(shè)計與仿真 所修課程名稱： 電力電子技術(shù)課程設(shè)計 修課程時間： 2013 年 06 月 17 日至 6 月 23 日完成設(shè)計日期： 2013 年 06 月 23 日評閱成績： 評閱意見：評閱教師簽名： 年 月 日Cuk變換器的設(shè)計與仿真一設(shè)計要求1）完成Cuk變換器的設(shè)計、仿真；2）設(shè)計要求：輸入：DC100V； 輸出：DC50150V二題目分析 Cuk電路是一種可升降壓的直流變換器電路，它基本可看成是升壓電路和降壓電路相結(jié)合產(chǎn)生的一種開關(guān)電路，其電原理圖如圖1所示 圖1 Cuk主電路圖基本工作原理為：

2、當控制開關(guān)VT處于通態(tài)時，EL1V回路和RL2CV回路分別流過電流。當控制開關(guān)VT處于斷態(tài) 時，EL1CVD回路和RL2VD回路分別流過電流。輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。穩(wěn)態(tài)時電容C的電流在一周期內(nèi)的平均值應(yīng)為零，也就是其對時間的積分為零，即 在書P127頁的等效電路中，開關(guān)S合向B點時間即V處于通態(tài)的時間ton，則電容電流和時間的乘積為I2ton。開關(guān)S合向A點的時間為V處于斷態(tài)的時間toff，則電容電流和時間的乘積為I1 toff。由此可得 從而可得 ： 假設(shè)電容C很大使電容電壓uc的脈動足夠小，可得輸出電壓Uo與輸入電壓E的關(guān)系。當V導(dǎo)通時，即開關(guān)S合到B點時，B點電壓uB=0，A

3、點電壓uA=-uc。當V截止時，即開關(guān)S合到A點時，uB=uc,uA=0，B點電壓uB平均值為UB=toff.Uc/T又因電感L1的電壓平均值為零，所以E=UB=toff.Uc/T。電感L2的電壓平均值為零，A點的電壓平均值為Ua=-ton.Uc/T可得出輸出電壓Uo與電源電壓E的關(guān)系 Cuk斬波電路有一個明顯的優(yōu)點，其輸入電流和輸出負載電流都是連續(xù)的，沒有階躍變化，有利于對輸入輸出進行濾波。三主電路設(shè)計、元器件選型及計算：主電路設(shè)計：結(jié)合CUK原理圖設(shè)計為如下圖2主電路圖. 其中電路元件分別為：直流電壓源一個，電感兩個，電解電容兩個，電阻一個，二極管一個，一個IGBT和觸發(fā)電壓。 圖2 Cu

4、k主電路圖元器件計算及選型：首先輸入電流E=100V，開關(guān)頻率f=20KHz，取R=10。輸出電壓U0=Ton*E/Toff=*E/(1-)=0.4×100/(1-0.4)=66.67V。輸出電流I2=U0/R=66.7/10=6.67A，輸入電流I1=*I2/（1-）=4.45A。電感取值L1=l2=1mH,電解電容取值C1=C2=30uF。IGBT型號：1XGH20N60A二極管型號：D1N5823脈沖參數(shù)設(shè)置： 圖3 脈沖電壓參數(shù)設(shè)置 四主電路仿真分析利用orCAD對電路仿真得到以下仿真波形：脈沖電壓波形圖4 Ton期間脈沖為12V，Toff期間脈沖為-1V。輸入電壓波形圖5輸

5、出電壓波形圖6 輸出電壓=100*0.4/0.6=66.67V輸入電流波形 圖7 輸入電流I1=*I2/（1-）=4.45A圖8輸出電流波形圖9 輸出電流I2=U0/R=66.7/10=6.67A IGBT和二極管的兩端電壓 圖10 正方形為IGBT，菱形為二極管通過IGBI和二極管的電流（正方形為IGBT，菱形為二極管） 圖11五控制電路設(shè)計控制原理：下圖所示是DCDC變換器控制系統(tǒng)的控制電路。 專用觸發(fā)芯片SG3525所產(chǎn)生的僅僅只是 PWM 控制信號，強度不夠，不能夠直接去驅(qū)動 IGBT，中間還需要有驅(qū)動電路。另外，主電路會產(chǎn)生很大的諧波，很可能影響到控制電路中PWM 信號的產(chǎn)生。因此，

6、還需要對控制電路和主電路進行電氣隔離。 圖12六設(shè)計總結(jié)首先，我們小組做的課題是Cuk變換器的設(shè)計與仿真。通過書本和網(wǎng)上資料整理出有用的信息。然后，我們通過計算，分析，分工合作以及集體討論思考完成了此次課程設(shè)計。在這次課程設(shè)計中，遇到了不少問題。第一個問題是orCAD仿真軟件的安裝和使用，很不熟練，總是出現(xiàn)各種各樣的錯誤，在同學(xué)的幫助下總算畫好了原理圖。第二個問題就是電路元器件參數(shù)和型號的確定，雖然計算出器件參數(shù)，按計算的設(shè)置好后，在仿真時卻發(fā)現(xiàn)實際輸出電壓和設(shè)定的輸出電壓相差甚遠，仿出來的波形完全不同于理論上的波形，不論怎樣修改參數(shù)，輸出電壓總是上不去，達不到50V150V的輸出要求。另外就是元件型號的確定，我們發(fā)現(xiàn)參數(shù)和型號的對應(yīng)關(guān)系并不明顯，不容易通過額定電壓和額定電流來確定二極管和IGBT的型號。最后在湯老師的幫助下，將電容換成了電解電容，在R兩端接了一個電容，并將元器件的型號作了修改，這些問題才得到解決。在解決這些問題的過程中，老師和同學(xué)的幫助很大，自己也收獲頗多。在這次課程設(shè)計中，通過查找資料，請教老師，詢問同學(xué)，以及不懈的努力，學(xué)會了使用orCAD 仿真軟件，對Cuk變換器有了更深的理解，對電力電子這門課的應(yīng)用加深了認識，也培養(yǎng)了自己獨立思考的能力。參考文獻：1 王兆安編著.電力電子技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社,2013年1月設(shè)計計算