电力电子——BOOSTCUK电路

1、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!路给定参数：INPUT VOLTAGE:80VOUTPUT VOLTAGE:91-128VDUTY:13.6-41%LOAD RESISTANT:1KSWITCH PERIOD: 2.2X10-5s2.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INPUT VOLTAGE:80VOUTPUT VOLTAGE:50-105VDUTY:

2、27-58.9%LOAD RESISTANT:1KSWITCH PERIOD: 2.2X10-5s3.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幵关IGBT处于通态时，时间为ton，电源向电感L充电，充电电流基本恒 定为h，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U。 为恒值，L上积累的能量为Elin。当IGBT处于断态时，时间为 切，E和L共同 向电容C充

3、电并向R提供能量，此期间电感L释放的能量为(UoE)htff。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El1ton=(U0E) I1toff化简得 U0如虹 E Etoff12. Cuk 电路的基本原理电路图电路工作过程1)、VT幵通，有E-L1 -幵关V ,C-幵关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幵通并向负载放电。3、电容C1上电压高于输出电压和输入电压。当 IGBT 处于

4、通态时，E LiV回路和R L2C V回路分别流过电流。当IGBT处于断态时，E L1C VD回路和R L2VD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ton，电容电流和时间的乘积为ton。断态时间为tff，则 电容电流和时间的乘积为I1toff。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-

5、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 关断时丄 2 流过的电流 I2 给负载 R 供电，即 I2 =lo= 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

6、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 = I2Uc /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 %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

7、 -Q1- C -L2 -负载 回路给负载供电，C0 充电；Q1 关断时 丄 1 - 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) .由 Ui_min .D / (f . L ) =ILIL/IL = 30%三、参数计算1. boost 斩波电路计算公式计算过程：U0如tE E=1/(1-0.3)*80=114.3Vtoff1IGBT:I,kt b,T 2.2 10

8、5s,t,DT 6.6 106s6.6 10额定电流Iv (1.5 2) 0.269/1.57A(0.257 0.343)A额定电压Uv (2 3) 127.4V(254.8 382.2)V二极管：额定电流IVD(1.5 2) 0.235/1.57A(0.225 0.299)A额定电压UVD(2 3) 125.6V(251.2 376.8)V2. Cuk 斩波电路计算公式L 仁 L2 = Ui .D /( f . I )C0 = Io .(1-D )/( f . Uo )I = Io .D /(1-D )C = Ui .D /( 8.Uo . L1. fA2)(C ,C 0电容一定要选用高频低

9、阻电容)计算过程：IGBT:I1kt b,T 2.2 105s,t1DT 8.8 106sk0.164 0.1659568, b 0.1598.8 106额定电流Iv (1.5 2) 0.2528/1.57A(0.2416 0.3077)A额定电压Uv (2 3) 146V(292 438)V二极管：额定电流IVD(1.5 2) 0.198/1.57A(0.189 0.252)A0.260.2324242.4b 0.232额定电压UVD(2 3) 137.5V(275412.5)V四、仿真电路设计1. boost 仿真电路2. Cuk 仿真电路五、仿真电路波形l.boost 波形全局图细节图I

10、.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、MOSFE 管、功率二极管、PW 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 BOOS 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） BOOS电路输入电压：76.9V，输出电压：89.4-126.1V占空比 D 0.320频率f 50KHz注意点：电力二极管的电流不能直接通过示波器测得，IVDILIV，其中IL为电感电流，IV为流过 MOSFE 的电流。（2） Cuk 电路输入电压：80V,输出电压：49.2-101.0V 占空比 D80.3920.4频率f 49.02KHZ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，IL2IVDIVIL1，其中IVD为流过电力二极管的电流，IV为流过 MOSFE 的电流，1口为靠近电源侧的电 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