电力电子——BOOST__CUK_电路.doc

电力电子技术课程设计一、 设计要求1.根据给定指标，设计BOOST电路参数，根据公式计算两个电路中的电感、电容值，计算电路中功率器件的额定电流、电压，进行选型。BOOST电路给定参数：l INPUT VOLTAGE:80Vl OUTPUT VOLTAGE:91-128Vl DUTY:13.6-41%l LOAD RESISTANT:1Kl SWITCH PERIOD: 2.2 10-5s2.根据给定指标，设计CUK电路参数。根据公式计算两个电路中的电感、电容值，计算电路中功率器件的额定电流、电压，进行选型。CUK电路给定参数l INPUT VOLTAGE:80Vl OUTPUT VOLTAGE:50-105Vl DUTY:27-58.9%l LOAD RESISTANT:1Kl SWITCH PERIOD: 2.2 10-5s 3.利用Simulink软件，对上述电路进行验证，验证电路参数是否正确。4.在实验平台上，进行实验，观察重要参数，观察电路中主要波形，并记录（仿真、实验）。5.撰写课程设计报告。二、 设计原理及设计方案1. 升压斩波电路（Boost Chopper）的基本原理电路图当可控开关IGBT处于通态时，时间为，电源向电感L充电，充电电流基本恒定为，同时电容C的电压向负载R供电。因C值很大，基本保持输出电压。为恒值，L上积累的能量为。当IGBT处于断态时，时间为，E和L共同向电容C充电并向R提供能量，此期间电感L释放的能量为。当电路工作处于稳态时，一个周期中电感L积蓄和释放的能量相等，即=化简得 2. Cuk电路的基本原理电路图电路工作过程1)、VT开通，有E-L1 -开关V , C-开关VR-L2 两回路 , 电感L1充电储能，电容C向负载放电、对L2充电，由于C上的电压作用，二极管VD关断。2)、VT关断有E-L1 - C -VD , L2 -VD-R 两回路 ，电感L1向电容C转移能量，电容C充电，电感 L2续流导致VD开通并向负载放电。3、电容C1上电压高于输出电压和输入电压。当IGBT处于通态时，回路和回路分别流过电流。当IGBT处于断态时，回路和回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压的极性相反。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IGBT通态时，时间为，电容电流和时间的乘积为。断态时间为，则电容电流和时间的乘积为。与升降压斩波电路相比，Cuk斩波电路有一个明显的优点，其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。3 . Sepic 电路及Zeta 斩波电路 1) Sepic 电路 在Q1 导通时, Vi -L1 -Q1 和C-Q1 -L2 两个回路导电, L1 , L2储能 ,输出电流由输出电容提供 ; Q1 关断时 , Ui-L1 -C-D8 负载R 和 L2 D8 -负载 R 两个回路导电 ; 输入电源电流连续, 输出电流断续, 在Q1导通时只能靠CO供电 , 输出电压与输入电压的关系 Uo = Ui .D /(1-D) .2) 元器件 选择 在Q1 关断时 , L2 流过的电流I2 给负载R供电 , 即I2 =Io= Vo/R, C 流过的电流 I 1( 等于1/2 电感 L 输入电流） 给 Co充电 , 由Co充放电流平衡 得 I1 (1-D) = Io .D 确定电容的规则: 输出滤波电容在最小输入电压时使得纹波电压大小为稳定值的5% ， 耦合电容充放电可彻底。 由 C . Uc / dt = I2 Uc /Uc = 5% UC取2 倍 Ui 得 C = Io .D / ( f . 2 Vi ) 同理得 Co = I0 .D /( f . 0.05 Vo ) 确定电感的规则: 在最小输入电压时使得纹波电流大小为稳定值的30 % 由 Ui_min .D / (f . L ) = IL IL/IL = 30% IL = 2 Io .D/1-D) 得 L1 =L2 = Ui_min .（1-D ） / (f .2 Io .0.3 ) 2) Zeta 电路 Zeta 电路 也称双Sepic 电路 , 其基本工作原理:当Q1导通时 , Vi - Q1 -L1 回路给让L1 储能, 同时Vi - Q1- C L2 - 负载 回路给负载供电, C0 充电 ; Q1 关断时 , L1 D -C1 震荡回路 使L1 的能量全部 转到 C , L2 -负载 - D 回路 给负载供电 , C0 放电 ; 输入电源电流是断续的, 输出电流连续, Q1 关断时, L2 和Co 给负载供电 , 输出电压与输入电压的关系Uo = Ui .D /(1-D) . 三、 参数计算1. boost斩波电路计算公式计算过程：=1/(1-0.3)*80=114.3VIGBT: , , , 额定电流额定电压二极管：额定电流额定电压2. Cuk斩波电路计算公式L1=L2 = Ui .D /( f . I ) C0 = Io .(1-D )/( f . Uo ) I = Io .D /(1-D ) C = Ui .D /( 8. Uo . L1. f 2) (C ,C 0 电容一定要选用高频低阻电容)计算过程：IGBT: , , , 额定电流额定电压二极管：额定电流额定电压四、仿真电路设计1.boost仿真电路2Cuk仿真电路五、仿真电路波形1.boost波形全局图细节图1.Cuk波形全局图细节图六、实验结果1、实验内容 （1）测量输入电压和输出电压的范围 （2）用示波器交流档观察输出电压纹波 （3）用示波器测量相应电感、MOSFET管、功率二极管、PWM波形 （通过打印机打印波形） （4）通过PWM波计算占空比和开关频率 （5）通过测得的波形BOOST画出功率二极管、Cuk画出输出电感的波形 （6）比较实测波形和仿真波形的差别分析原因2、实验结果（1）BOOST电路 输入电压：76.9V，输出电压：89.4-126.1V 占空比 频率 注意点：电力二极管的电流不能直接通过示波器测得，其中 为电感电流，为流过MOSFET的电流。 （2）Cuk电路 输入电压：80V，输出电压：49.2-101.0V 占空比 频率 注意点：靠近负载侧的电感的电流不能直接通过示波器测得，其中为流过电力二极管的电流，为流过MOSFET的电流，为靠近电源侧的电感电流。（3）比较分析实测波形与仿真波形差别：1.在推导这两个电路的输出电压计算公式时 我们将电容假设为无穷大，即电容两端的电压几乎保持