電力電子BOOST__CUK_電路

1、電力電子技術課程設計一、設計要求1. 根據(jù)給定指標，設計BOOS電路參數(shù)，根據(jù)公式計算兩個電路中的電感、電容值，計算 電路中功率器件的額定電流、電壓，進行選型。BOOS電路給定參數(shù)：INPUT VOLTAGE:8OVOUTPUT VOLTAGE:91-128VDUTY:13.6-41%LOAD RESISTANT:1KSWITCH PERIOD: 2.2 X 10-5s2. 根據(jù)給定指標，設計CUK電路參數(shù)。根據(jù)公式計算兩個電路中的電感、電容值，計算電 路中功率器件的額定電流、電壓，進行選型。CUKt路給定參數(shù)INPUT VOLTAGE:80VOUTPUT VOLTAGE:50-105VDUT

2、Y:27-58.9%LOAD RESISTANT:1KSWITCH PERIOD: 2.2 X 10-5s3. 利用Simulink軟件，對上述電路進行驗證，驗證電路參數(shù)是否正確。4. 在實驗平臺上，進行實驗，觀察重要參數(shù)，觀察電路中主要波形，并記錄仿真、實驗。5. 撰寫課程設計報告。二、設計原理及設計方案1. 升壓斬波電路Boost Chopper的根本原理電路圖當可控開關IGBT處于通態(tài)時，時間為ton，電源向電感L充電，充電電流根本恒定為I,， 同時電容C的電壓向負載R供電。因C值很大，根本保持輸出電壓U。為恒值，L上積累 的能量為EIiton。當IGBT處于斷態(tài)時，時間為切，E和L共同

3、向電容C充電并向R提供能 量，此期間電感L釋放的能量為嘰-丘兒切。當電路工作處于穩(wěn)態(tài)時，一個周期中電感L 積蓄和釋放的能量相等，即Eliton=(U-E)l itoff化簡得 uo二如We e toff1 -a2. Cuk電路的根本原理電路圖電路工作過程1) 、VT開通，有E-L1 - 開關V ,C-開關VR-L2 兩回路,電感L1充電儲能，電容C向負載放電、對L2充電，由于C上的電壓作用，二極管VD關斷。2) 、VT關斷有E-L1 - C -VD , L2 -VD-R兩回路，電感L1向電容C轉移能量，電容C充電，電感L2續(xù)流導致VD開通并向負載放電。3、電容C1上電壓高于輸出電壓和輸入電壓。

4、當IGBT處于通態(tài)時，E L! V回路和Rd? -C V回路分別流過電流。當IGBT處于斷態(tài)時，E J -C -VD回路和R L? -VD回路分別流過電流。輸出電壓的極性與電源電壓的極性相反。C的電流在一周期內的平均值應為零，也就是其對時間的積分為零，即IGBT通態(tài)時，時間為ton，電容電流和時間的乘積為I?ton。斷態(tài)時間為toff，貝U電容電流和時間的乘積為I1toff與升降壓斬波電路相比，Cuk斬波電路有一個明顯的優(yōu)點，其輸入電源電流和輸出負 載電流都是連續(xù)的，且脈動很小，有利于對輸入、輸出進行濾波。3 . Sepic 電路及Zeta斬波電路1) Sepic 電路在Q1導通時,Vi -L

5、1Q1 和C-Q1 L2 兩個回路導電,L1 , L2儲能，輸出電流由輸出電容提供 ；Q1 關斷時,Ui-L1 -C-D8-負載R和L2-D8 -負載R 兩個回路導電； 輸入電源電流連續(xù),輸出電流斷續(xù),在Q1導通時只 能靠CO供電,輸出電壓與輸入電壓的關系 Uo = Ui .D /(1-D).2)元器件選擇在Q1關斷時,L2 流過的電流I2 給負載R供電,即I2 =lo= Vo/R, C 流過的電流 I 1(等于1/2電感L輸入電流) 給Co充電,由Co充放電流平衡 得I1 (1-D)= Io .D確定電容的規(guī)那么：輸出濾波電容在最小輸入電壓時使得紋波電壓大小為穩(wěn)定值的5% ，耦合電容充放電可

6、徹底。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 )由 Ui_min .D / (f . L )= IL = 2 Io .D/1-D) 得 L1 =L2 = Ui_min .2) Zeta 電路 Zeta電路也稱雙Sepic 當Q1導通時,Vi -確定電感的規(guī)那么：在最小輸入電壓時使得紋波電流大小為穩(wěn)定值的30 % IL IL/IL = 30%(1-D ) / (f .2 Io .0.3 )Q1- C L2電路，其根本工作原理：Q1-L1 回路

7、給讓L1儲能,同時Vi -震蕩回路使 放電；輸入 輸出電壓與輸-負載 回路給負載供電,CO 充電；Q1 關斷時 丄1- D -C1L1的能量全部 轉到C , L2 - 負載-D 回路 給負載供電,CO 電源電流是斷續(xù)的，輸出電流連續(xù)，Q1關斷時，L2和Co給負載供電, 入電壓的關系Uo = Ui .D /(1-D).三、參數(shù)計算1. boost斬波電路計算公式 計算過程：t +t1Uo 二上 f EE=1心-0.3)*80=114.3Vtoff1 -aIGBT:l kt b , T =2.2 10, t DT =6.6 10_6s0.26 - 0.2326.6 10?二 4242.4b =0.

8、232額定電流 Iv =(1.5 2) 0.269/1.57(0.257 0.343) A額定電壓 Uv =(2 3) 127.4V = (254.8 382.2)V二極管：額定電流 lVD =(1.5 2)0.235/1.57A= (0.225 0.299)A額定電壓 Uvd = (2 3) 125.6V = (251.2 376.8)V2. Cuk斬波電路計算公式L1= L2 = Ui .D /( f .CO = Io .(1-D )/( f . I ) Uo )I = Io .D /(1-D )C = Ui .D /( 8. Uo . L1. f A 2)(C ,C 0電容一定要選用高頻

9、低阻電容)計算過程：IGBT:I kt b , T = 2.2 10 s, X =DT =8.8 10s8.8 10“= 568b =0.159額定電流 Iv =(1.5 2) 0.2528/1.57 (0.2416 0.3077)A額定電壓 Uv =(2 3) 146V 二(292 438)V二極管：額定電流 lVD =(1.5 2)0.198/1.57A =(0.189 0.252)A額定電壓 UVD =(23) 137.5V =(275 412.5)V四、仿真電路設計1. boost仿真電路2. Cuk仿真電路五、仿真電路波形l. boost 波形全局圖細節(jié)圖I.Cuk波形全局圖細節(jié)圖六

10、、實驗結果1、實驗內容1測量輸入電壓和輸出電壓的范圍2用示波器交流檔觀察輸出電壓紋波3用示波器測量相應電感、MOSFE管、功率二極管、PW波形 通過打印機打印波形4通過PWM波計算占空比和開關頻率5通過測得的波形BOOS畫出功率二極管、Cuk畫出輸出電感的波形6比擬實測波形和仿真波形的差異分析原因2、實驗結果1BOOS電路輸入電壓：76.9V，輸出電壓：占空比D =-0.320頻率 f =50KHz注意點：電力二極管的電流不能直接通過示波器測得，Ivd =Il -lv ,其中l(wèi)L為電感電流，lv為流過MOSFE的電流。(2) Cuk電路輸入電壓：80V,輸出電壓：8占空比D0.3920.4頻率 f =49.02KHz注意點：靠近負載側的電感的電流不能直接通過示波器測得，I L2 = IVD * IV - IL1，其中Ivd為流過電力二極管的電流，Iv為流過MOSFE的電流，IL1為靠近電源側的電感電流。(3) 比擬分析實測波形與仿真波形差異：1.在推導這兩個電路的輸出電壓計算公式時