江苏大学电力电子课程设计

电力电子课程设计

学院：电气信息工程学院

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一． 设计要求

(1)根据给定的参数范围,设计BOOST 电路的参数； (2)根据给定的参数范围,设计CUK 电路的参数； (3)利用MATLAB 对上述电路图仿真实验得出波形；

(4)在实验室平台上试验,观测数据与波形,并与仿真图形进行比对；

(5)撰写实验报告；

二． 电路设计 1.电路工作原理 （1）Boost 电路

Boost 电路原理图

基本原理

假设L ，C 值很大。当可控开关V 处于通态的时候，电源E 向电感L 充电，充电的电流基本恒定不变I 1，同时电容C 向负载R 放电。因为C 很大，基本保持输出电压U 0不变。当可控开关处于断态的时候，E 和电感L 上积蓄的能量共同向电容C 充电并向负载R 提供能量。当电路工作处于稳态时，一个周期T 中电感L 积蓄的 能量与释放的能量相等，即：

化简得：

()off

o on t I E U t EI 11-=E

t T E t t t U off

off

off on o =+=

基本数值计算：

输出电压U 0与输入电压E 关系：

01

1

1U E E

βα==-

输出电流I0与输入电流I1的关系：

01021U I I E

E β==

输出电流I0与输出电压U0的关系：

001U E I R R

β==

（2）Cuk 电路

Cuk 电路原理图

基本原理

当可控开关V 处于通态的时候，E-L1-V 回路和R-L2-C-V 回路分别流过电流。当V 处于断态的时候，E-L1-C-VD 回路和R-L1-VD 回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。

在该电路中，稳态时的电容的电流一周期内的平均值为0，也就是其对时间的积分为零，即

0T

C i dt =?

基本数值计算

输出电流I 2与输入电流I 1的关系 ：

211off on on on t T t I I t t α

α--===

输出电压U 0与输入电压E 的关系：

01on on off on t t U E E E t T t αα

===--

2.电路参数计算

Boost 、Cuk 电路给定参数 Boost ：给定电压80V 输出电压 90-120V 给定频率45Khz 负载电阻500、1000Ω Cuk : 给定电压80V 输出电压 50-105V 给定频率45Khz 负载电阻500、1000Ω

（1）Boost 升压斩波电路参数计算

电感计算公式：

in in

U D

L f I =

电容计算公式：

000

D I C f U =

计算过程：

取电源电压E =80V ，设定输出电压为U 0=100V,则占空比D =20%，工作频率f =45KHZ ，取负载电阻值500Ω

01021180*0.250.8*0.8500U E I I A E R β=

===

0.10.1*0.25=0.025in in I I A ==

80*0.2

0.014245*1000*0.025in in U D L H f I =

== 000D 0.2

1.78745*1000*0.05*500I C e F f U =

==-

（2）Cuk 电路参数计算

电感计算公式：

121

d U D L L f I ==

电容计算公式：

010(1)I D C f U -=

22

108d U D

C L U f =

取电源电压E =80V ，设定输出电压为U0=50V ，占空比为38.5%，工作频率f=45KHZ ，取负载电阻500Ω。

0250

0.1500U I A R =

==

120.385

*0.10.0625110.385I I A αα=

==--

110.10.00625I I A

==

000.050.05*50 2.5U U V

===

12180*0.385

0.10945*6.25d U D L L H

f I ====

22

1080*0.385

6.98988*0.109*0.05*50*45000*45000d U D C e F L U f =

==-

010(1)10.385

=5.47745000*0.05*500I D C e F

f U --==-

3.功率器件的选型

Boost 、Cuk 的IGBT 与二极管的计算： 计算公式

2 1.57N V I I = 2 1.57N VT I I =÷

2N V U U = 2N VT U U =

Boost 计算参数

0.333α=时 0.48V I A = 130V U V = 135VT U V = 0.62VT I A =

IGBT 额定参数（按两倍裕量来整定）

2 1.572*0.62/1.570.79N V I I A =÷==

22*135270N V U U V ===

二极管额定参数（按两倍裕量来整定）

2 1.572*0.48/1.570.61N VT I I A

=÷==

22*130260N VT U U

V ===

Cuk 计算参数

0.567α= 0.97V I A = 200V U V = 195VT U V = 0.8VT I A =

IGBT 额定参数（按两倍裕量来整定）

2 1.572*0.97/1.57 1.24N V I I A =÷==

22*200400N V U U V

===

二极管额定参数（按两倍裕量来整定）

2 1.572*0.8/1.57 1.01N VT I I A

=÷==

22*195390N VT U U V ===

三、仿真实验

（1）Boost 电路

matlab 仿真电路

最小占空比波形（α=0.111）

（2）Cuk电路

matlab仿真电路

最小占空比波形（α=0.385）

（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不变，但实际电容有个充放电过程；2.在推导这两个电路的计算公式和仿真时，我们将开关器件和二极管默认为理想器件，即导通压件为零，而实际电路中这两种器件总会产生一定的压降；3. 实际波形中存在各种干扰，波形不是特别稳定，而且会出现毛刺，没有模拟图波形清晰稳定。4.模拟电路中的二极管两端并联了一个电阻，而且阻值不够大，使流过二极管的电流有正有负，与实际波形有出入。

四、课程设计总结

通过此次为期一个星期的电力电子技术课程设计,使我对电力电子直流斩波的相关知识

有了更加深入的了解, 虽然在设计过程中遇到了一些问题，但是经过与同学交流与思考之后，终于找出了错误的原因并解决了。通过使用Matlab软件绘制电路并进行仿真实验还有在实验室做电路实验，使我对直流斩波知识的掌握更加牢固。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了用MATLAB绘制电路图的基本方法，熟悉了两个电路的工作原理，了解了电力电子实验仿真的方法；以及如何选用合适的电力电子器件等等。

我认为，在这次课程设计中，不仅提高了我的独立思考的能力，而且在其它很多能力上也都有了提高。更重要的是，在课程设计的过程中，我学会了很多学习的方法，受益匪浅。面对挑战，我们唯有不断的学习、实践，不断地充实自己，我们才有可能击败困难。努力了我们不一定成功，但是不努力我们一定不会成功。以后，不管有多苦，我想我们都能以苦为乐，“吃得苦中苦，方为人上人”。在这次设计过程中，体现了自己独立的学习能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。此次课程设计也让我明白了，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识。

对我而言，知识上的收获很重要，精神上的丰收更加可喜。让我明白了学无止境、实践是检验真理唯一标准的这些道理。我们每个人永远不能满足与现有的成就，人生就像是在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将会让我在之后的学习道路中，脚踏实地，加强实践，做到学有所用。