電力電子課程設(shè)計17865

1、電力電子技術(shù)綜合實習(xí)報告設(shè)計題目：Boost和Buck-Boost變換器的設(shè)計 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 完成日期：2016.6.18 江蘇大學(xué)·電氣信息工程學(xué)院電力電子技術(shù)綜合實習(xí)任務(wù)書1. 設(shè)計題目： Boost和Buck-Boost變換器的設(shè)計2. 設(shè)計任務(wù)：分析Boost和Buck-Boost變換器的工作原理，根據(jù)給定參數(shù)設(shè)計Boost和Buck-Boost變換器開關(guān)管T、二極管D、電感L和電容C的參數(shù)，采用MATLAB軟件對所設(shè)計的變換器進行仿真分析。1) Boost變換器的給定參數(shù)：輸入電壓Ui=80V，輸出電壓Uo=90-120V，開關(guān)頻率fs=4

2、5kHz，負載電阻R=500，輸出電壓紋波5%，輸電電流紋波I10%。 2) Buck-Boost變換器的給定參數(shù)：輸入電壓Ui=80V，輸出電壓Uo=50-120V，開關(guān)頻率fs=45kHz，負載電阻R=500，輸出電壓紋波5%，輸出電流紋波I10%。3. 設(shè)計要求：獨立完成課程設(shè)計，撰寫報告并采用A4紙張打印裝訂。電力電子技術(shù)綜合實習(xí)報告內(nèi)容一、原理分析1) Boost變換器的給定參數(shù)：輸入電壓Ui=80V，輸出電壓Uo=90-120V，開關(guān)頻率fs=45kHz，負載電阻R=500，輸出電壓紋波5%，輸電電流紋波I10%。 S導(dǎo)通 S斷開 當開關(guān)管S導(dǎo)通時，電感L的電流iL線性上升，電感儲

3、能，電感電流增加量為：當開關(guān)管S關(guān)斷時，電感L的電流iL線性下降，電感放能，電感電流減少量為： 電感電流波形分析：（電感電流連續(xù)）根據(jù)能量平衡原理，電感電流脈動量為： 輸入電流平均值與電感電流平均值相等，分別為：二、參數(shù)設(shè)計由知，取=20%得Uo = 100V要使電流紋波I10%，電壓紋波5%，由，可得：HF管子耐壓值：管子電流值：三、仿真驗證原理圖取H，F(xiàn)電容擴大10倍電感擴大10倍當電流斷續(xù)時，取電感縮小100倍經(jīng)過以上波形以及波紋的比較，實際取值L=0.0178H,C=F（即電容值比計算值擴大10倍）2) Buck-Boost變換器的給定參數(shù)：輸入電壓Ui=80V，輸出電壓Uo=50-1

4、20V，開關(guān)頻率fs=45kHz，負載電阻R=500，輸出電壓紋波5%，輸出電流紋波I10%。原理分析 S導(dǎo)通 S關(guān)斷當開關(guān)管S導(dǎo)通時，電感L的電流iL線性上升，電感儲能，電感電流增加量為： 當開關(guān)管S關(guān)斷時，電感L的電流iL線性下降，電感放能，電感電流減少量為： 電感電流波形分析：根據(jù)伏秒平衡原理，電感電流脈動量為： 參數(shù)設(shè)計：由可知，取=60%得Uo=120V要使電流紋波I10%，電壓紋波5%, 由，可得：=F管子耐壓值：管子電流值：仿真驗證：原理圖取L=0.044H，C= F電容擴大10倍電感擴大10倍當電流斷續(xù)時，取電感縮小100倍經(jīng)過以上波形以及波紋的比較，實際取值L=0.044H,

5、C=F（即電容值比計算值擴大10倍五、設(shè)計總結(jié)由仿真結(jié)果不難得出，為了滿足系統(tǒng)最小的性能要求，器件的正確選擇十分重要，由于加載電壓輸出電容在電場儲存能量，所以定性的說，電容的功能就是試圖保持一個固定不變的電壓。通常選取Boost和Buck-Boost功率級的輸出電容值使得把輸出電壓的紋波電壓限制在規(guī)格要求的水平。電容的串聯(lián)阻抗和功率級的輸出電流決定了輸出電壓的紋波。導(dǎo)致電容產(chǎn)生阻抗（和輸出電壓紋波）的三個元素是等效串聯(lián)電阻、等效串聯(lián)電感和電容。對于連續(xù)電感器電流模式下的工作，為了確定電容值，需要知道它一個關(guān)于輸出負載電流IO、開關(guān)頻率fS、要求的輸出紋波電壓VO的函數(shù)，在假定所有的輸出電壓紋波

6、都是由電容器的電容產(chǎn)生的情況，這是因為在功率級開態(tài)（ON），輸出電容器提供了所有的輸出負載電流。對于非連續(xù)電感器電流模式下的工作，為了確定需要的電容值，在假定所有的輸出電壓紋波都是由電容器的電容產(chǎn)生的情況，但是在很多實際的設(shè)計中，為了得到需要的等效串聯(lián)電阻，通常都要選擇比我們計算出來的電容值大的電容器。電感器的功能是儲存能量，電流流過時能量會以磁場的方式儲存下來，所以定性的說，電感器的作用就是試圖保持固定不變的電流值，或者等效的說是限制流過電感器電流的變化率。選擇Boost和Buck-Boost功率級的輸出電感器電感值主要是限制流過它的紋波電流的峰峰值。選擇以后，功率級的工作模式，連續(xù)或非連續(xù)

7、，就確定下來了。電感器紋波電流跟加載的電壓和加載電壓的時間成正比，跟電感值成反比，除了電感值，在選擇電感器時需要考慮的其它重要因素有最大直流或峰值電流和最大工作頻率。讓電感器在它的額定直流電流內(nèi)工作對確保電感器不出現(xiàn)過熱或飽和很重要。電感器工作在低于最大額定頻率可以保證不會超過最大內(nèi)部損耗，從而避免出現(xiàn)過熱或飽和。 功率開關(guān)的功能是控制從輸入功率源到輸出電壓的能量流動。在Buck-Boost功率級，功率開關(guān)當開關(guān)打開時連通輸入到電感器，開關(guān)關(guān)上時斷開連接。功率開關(guān)必須在開時在輸出電感器傳導(dǎo)電流，關(guān)時阻止輸入電壓和輸出電壓的差值。而且功率開關(guān)必須很快的完成一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，從

8、而避免在開關(guān)轉(zhuǎn)換時間內(nèi)的功率損耗。這篇報告中考慮的功率開關(guān)類型是功率型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管（MOSFET）。其它的功率器件也可以用，但是在大多數(shù)情況下，在考慮到費用和性能時（考慮驅(qū)動電路時），MOSFET是最好的選擇?？梢允褂玫腗OSFET有兩種類型：n通道型和p通道型。P通道型MOSFET在Buck-Boost功率級中的使用更流行，因為驅(qū)動p通道的門比驅(qū)動n通道MOSFET中的門要簡單。MOSFET選取時，V(BR)DSS的額定值要大于輸入電壓和輸出電壓的最大差值，而且要為瞬變量和尖峰信號預(yù)留一點的余量。選擇MOSFET時還要求額定ID(Max)至少是功率級電感器最大電流的兩倍。然而有很

9、多時候這還不是足夠的余量，還要考慮到MOSFET結(jié)的溫度，保證沒有超過范圍。 輸出二極管在功率開關(guān)關(guān)閉時導(dǎo)通，為電感器電流提供通路。在選擇整流器時要考慮的主要要素為：快速開關(guān)、擊穿電壓、額定電流、為降低功率損耗的低的正向電壓下降和合適的封裝。除非應(yīng)用場合確實需要用到高費用和復(fù)雜的同步整流器，肖特基整流器通常是低壓輸出的最好解決方案。擊穿電壓必須大于輸入電壓和輸出電壓的最大差值，而且必須為瞬時值和尖峰預(yù)留一定的余量。額定電流要至少是功率級最大電流的兩倍。通常額定電流要遠大于輸出電流，因為功率和結(jié)溫度的限制決定了器件的選擇。二極管上的損耗主要由導(dǎo)通態(tài)二極管上的電壓降造成的，二極管上的功率

10、損耗可以由前向電壓和輸出負載電流的乘積來計算得。從導(dǎo)通態(tài)轉(zhuǎn)化為非導(dǎo)通態(tài)時的轉(zhuǎn)換損耗相比于傳導(dǎo)損耗來說，非常小，通常忽略。通過這次電力電子仿真實驗，我掌握了開關(guān)電源的設(shè)計思路和方法。通過對各個模塊進行設(shè)計，對開關(guān)電源有了更深刻的理解。其各模塊主電路、控制電路、驅(qū)動電路、保護電路設(shè)計方法和思路比較多，通過比較各模塊各個實現(xiàn)方法優(yōu)缺點和設(shè)計的要求，選擇了比較適合的電路。 本設(shè)計的主要特點是采基本實現(xiàn)了任務(wù)要求并進行了一些拓展。通過不同參數(shù)的設(shè)置與嘗試，電源的穩(wěn)定性好，響應(yīng)更快。本設(shè)計還有不足之處，理論上的設(shè)計，在實際應(yīng)用中還存在一些實現(xiàn)問題。 通過對Boost和Buck-Boost電路建模，在MATLAB上進行仿真，驗證了設(shè)計思路的正確，和理論性的可實現(xiàn)。在建模中采用多種實驗方法