江蘇大學(xué)電力電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告

電力電子技術(shù)

課程設(shè)計(jì)班級(jí)：電氣0904學(xué)號(hào)：3090501086姓名：李娜2012年6月15號(hào)一、.設(shè)計(jì)要求根據(jù)給定指標(biāo)，設(shè)計(jì)BOOST電路參數(shù)根據(jù)給定指標(biāo)，設(shè)計(jì)CUK電路參數(shù)利用Simulink軟件，對(duì)上述電路進(jìn)行驗(yàn)證在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察重要參數(shù)撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告二、BOOST電路設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域內(nèi)占有非常重要的地位,長(zhǎng)期以來(lái)廣泛的應(yīng)用于各種電源設(shè)備的設(shè)計(jì)中?！綛OOST電路工作原理】在電路中IGBT導(dǎo)通時(shí)，電流由E經(jīng)升壓電感L和V形成回路，電感L儲(chǔ)能；當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，電感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)和直流電源電壓方向相同互相疊加，從而在負(fù)載側(cè)得到高于電源的電壓，二極管的作用是阻斷IGBT導(dǎo)通是，電容的放電回路。調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)器件V的通斷周期，可以調(diào)整負(fù)載側(cè)輸出電流和電壓的大小。負(fù)載側(cè)輸出電壓的平均值為:（3-1）式（3-1）中T為開(kāi)關(guān)周期,為導(dǎo)通時(shí)間，為關(guān)斷時(shí)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(shè)計(jì)要求根據(jù)公式計(jì)算兩個(gè)電路中的電感、電容值計(jì)算電路中功率器件的額定電流、電壓，進(jìn)行選型通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)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(shí)驗(yàn)）BOOST電路計(jì)算公式根據(jù)公式計(jì)算以及仿真電路調(diào)整得：電感L=0.045H，電容C=15*10-8F【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】由于當(dāng)取得最大占空比時(shí)，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(dāng)U0=128V時(shí)，占空比α=37.5%。占空比計(jì)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(shí)，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(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)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(dāng)取得最小占空比和最大輸出電壓時(shí)的仿真波形圖：a圖ｂ圖圖三最小占空比時(shí)的波形圖ａ圖ｂ圖圖四最大電壓時(shí)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(guān)鍵有兩個(gè)原因:一是L儲(chǔ)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(rèn)為開(kāi)關(guān)處于通態(tài)期間因電容C的作用使得輸出電壓不變，但實(shí)際上C值不可能為無(wú)窮大，在此階段其向負(fù)載放電，必然會(huì)有所下降，故實(shí)際輸出電壓會(huì)略低于理論所得結(jié)果，不過(guò)，在電容C值足夠大時(shí)，誤差很小，基本可以忽略。三、CUK電路設(shè)計(jì)CUK斬波電路及其等效電路圖Cuk斬波電路◆工作原理?V導(dǎo)通時(shí)，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分別流過(guò)電流。?V關(guān)斷時(shí)，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分別流過(guò)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(gè)電感，這兩個(gè)電感之間可以沒(méi)有耦合，也可以由耦合，耦合電感可進(jìn)一步減少電流脈動(dòng)量?！艋镜臄?shù)量關(guān)系?C的電流在一周期內(nèi)的平均值應(yīng)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(guān)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(jì)算公式根據(jù)公式計(jì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】由于當(dāng)占空比為27%時(shí)，輸出電壓為29.59V<50V,當(dāng)占空比為58.9%時(shí)，輸出電壓為114V>105V，不滿足電壓要求，故根據(jù)電壓來(lái)整定占空比。計(jì)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(shí)，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(kāi)關(guān)元件的有效電流為IV=0.6804A，承受最大電壓為UV=201V?！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*0.4891/1.57=0.6230A,UN=2UVT=2*200=400VIGBT開(kāi)關(guān)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(dāng)取得最大最小輸出電壓時(shí)的波形圖：最小輸出電壓時(shí)的波形圖最大輸出電壓時(shí)的波形圖與升降壓斬波電路相比，Cuk斬波電路有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，其輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動(dòng)很小，有利于對(duì)輸入、輸出進(jìn)行濾波。四、實(shí)驗(yàn)對(duì)比測(cè)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(cè)輸出電壓紋波峰-峰值為5.08V用示波器測(cè)量相應(yīng)電壓、MOSFET管、功率二極管、PWM波形（用打印機(jī)打印出波形）波形圖分別見(jiàn)附錄1、附錄2通過(guò)PWM波計(jì)算占空比和開(kāi)關(guān)頻率占空比開(kāi)關(guān)頻率（KHz）BOOST電路36.4%45.5CUK電路54.5%45.5通過(guò)波形，BOOST電路畫出流過(guò)功率二極管的電流波形，CUK畫出輸出電感波形波形詳見(jiàn)附錄3比較實(shí)際測(cè)得的波形與仿真波形的差別，分析原因。①實(shí)際輸出電壓會(huì)略低于理論所得結(jié)果，是因?yàn)樵谝陨戏治鲋?，認(rèn)為開(kāi)關(guān)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(shí)際上C值不可能為無(wú)窮大，在此階段其向負(fù)載放電，Ｕ０必然會(huì)有所下降，故實(shí)際輸出電壓會(huì)略低于理論所得結(jié)果，不過(guò)，在電容C值足夠大時(shí)，誤差很小，基本可以忽略。②實(shí)際波形中存在各種干擾，波形不是太穩(wěn)定，而且會(huì)出現(xiàn)毛刺，沒(méi)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(gè)電阻，而且阻值不夠大，使流過(guò)二極管的電流有正負(fù)，與實(shí)際波形有出入。實(shí)驗(yàn)總結(jié)在做課程設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，我對(duì)升壓斬波（BOOST）電路和CUK電路有了進(jìn)一步的理解，并且學(xué)習(xí)和使用了matlab仿真軟件，模擬出實(shí)驗(yàn)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?cè)陂_(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域內(nèi)占有非常重要的地位,