电力电子课程设计

1、）线（_号学 _名姓）封（业 专_院学_）密（本科课程设计专用封面设计题目：Cuk 变换器的设计与仿真所修课程名称：电力电子技术课程设计修课程时间：2013 年06 月17 日至6月 23日完成设计日期：2013 年06 月23 日评阅成绩：评阅意见 ：评阅教师签名：年月日1Cuk 变换器的设计与仿真一设计要求1）完成 Cuk 变换器的设计、仿真；2）设计要求：输入： DC100V； 输出： DC50150V 二题目分析Cuk电路是一种可升降压的直流变换器电路，它基本可看成是升压电路和降压电路相结合产生的一种开关电路，其电原理图如图1 所示图 1 Cuk 主电路图基本工作原理为：当控制开关 V

2、T 处于通态时， E L1V 回路和 RL2CV 回路分别流过电流。当控制开关 VT处于断态时， EL1 CVD回路和 RL2VD回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。稳态时电容 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Ti C d t00在书 P127 页的等效电路中， 开关 S 合向 B 点时间即V处于通态的时间t，则电容on电流和时间的乘积为It。开关S合向A点的时间为V处于断态的时间 toff，则电容2on电流和时间的乘积为 I1t off 。由此可得I 2tonI1toff1从而可得：I 2toffT ton 1I1tonton假设电容 C 很大

3、使电容电压uc 的脉动足够小，可得输出电压Uo与输入电压 E 的关系。当 V 导通时，即开关 S 合到 B 点时， B 点电压 uB=0，A 点电压 uA=-u c。当 V 截止时，即开关 S 合到 A 点时， uB=uc,u A=0，B 点电压 uB 平均值为 UB=toff. Uc/ T又因电感 L1 的电压平均值为零，所以 E=UB=toff.Uc/ T。电感 L2 的电压平均值为零，A 点的电压平均值为 Ua=- t on.U c/T可得出输出电压U与电源电压E的关系oU otonEtonEEtoffTt on1Cuk 斩波电路有一个明显的优点，其输入电流和输出负载电流都是连续的，没有

4、阶跃变化，有利于对输入输出进行滤波。三主电路设计、元器件选型及计算：主电路设计：结合CUK原理图设计为如下图2 主电路图 .其中电路元件分别为：直流电压源一个，电感两个，电解电容两个，电阻一个，二极管一个，一个 IGBT 和触发电压。图 2 Cuk 主电路图元器件计算及选型：首先输入电流 E=100V，开关频率 f=20KHz ，取 R=10。输出电压 U0=Ton*E/Toff= *E/(1- )=0.4 ×100/(1-0.4)=66.67V。2输出电流 I2=U0/R=66.7/10=6.67A，输入电流 I1=*I2/ （1- ）=4.45A。电感取值 L1=l2=1mH,电

5、解电容取值 C1=C2=30uF。IGBT 型号： 1XGH20N60A二极管型号： D1N5823脉冲参数设置：图 3脉冲电压参数设置四主电路仿真分析利用 orCAD对电路仿真得到以下仿真波形：脉冲电压波形10V0V-10V2.902ms3.000ms3.100ms3.200ms3.300msV(V2:+)Time图 4Ton 期间脉冲为12V ，Toff 期间脉冲为 -1V 。输入电压波形200V100V0V0s10ms 20ms 30ms 40ms 50ms V(V1:+)Time图 53输出电压波形0V-50V-100V0s10ms 20ms 30ms 40ms 50ms V(C2:-

6、)Time图 6输出电压 =100*0.4/0.6=66.67V输入电流波形20A0A-20A0s10ms 20ms 30ms 40ms 50ms I(L1)Time图 7输入电流 I1= *I2/ （ 1- ）=4.45A7.3A5.0A2.5A16.949ms 17.000ms 17.100ms 17.200ms 17.300ms I(L1)Time图 84输出电流波形10.0A5.0A0A0s10ms 20ms 30ms 40ms 50ms -I(R1)Time图 9输出电流 I2=U0/R=66.7/10=6.67AIGBT和二极管的两端电压200V0V-200V30.100ms30.

7、200ms30.300ms30.396msV(L1:2)V(L2:1)Time图 10正方形为 IGBT，菱形为二极管通过 IGBI 和二极管的电流（正方形为 IGBT，菱形为二极管）20A0A-20A31.011ms31.100ms31.200ms31.300ms31.400msIC(Z1)I(D1)Time图 115五控制电路设计控制原理：下图所示是 DC DC变换器控制系统的控制电路。专用触发芯片 SG3525所产生的仅仅只是 PWM控制信号，强度不够，不能够直接去驱动 IGBT，中间还需要有驱动电路。 另外，主电路会产生很大的谐波， 很可能影响到控制电路中 PWM信号的产生。因此，还需

8、要对控制电路和主电路进行电气隔离。图 126六设计总结首先，我们小组做的课题是 Cuk 变换器的设计与仿真。通过书本和网上资料整理出有用的信息。然后，我们通过计算，分析，分工合作以及集体讨论思考完成了此次课程设计。在这次课程设计中， 遇到了不少问题。 第一个问题是 orCAD仿真软件的安装和使用，很不熟练，总是出现各种各样的错误，在同学的帮助下总算画好了原理图。第二个问题就是电路元器件参数和型号的确定，虽然计算出器件参数，按计算的设置好后，在仿真时却发现实际输出电压和设定的输出电压相差甚远，仿出来的波形完全不同于理论上的波形，不论怎样修改参数， 输出电压总是上不去， 达不到 50V150V的输出要求。另外就是元件型号的确定，我们发现参数和型号的对应关系并不明显，不容易通过额定电压和额定电流来确定二极管和 IGBT 的型号。最后在汤老师的帮助下， 将电容换成了电解电容，在 R 两端接了一个电容，并将元器件的型号作了修改，这些问题才得到解决。在解决这些问题的过程中，老师和同学的帮助很大，自己也收获颇多。在这次课程设计中，通过查找资料，请教老师，询问同学，以及不懈的努力，学会了使用 orCAD 仿真软件，对 Cuk变换器有了更深的理解， 对电力电子这门课的应用加深了认识，也培养了自己独立思考的能力。参考文献：1 王兆安编著 . 电力电子技术 . 北京 : 机械工业出