电力电子技术课程设计
湖南科技大学
信息与电气工程学院
《课程设计报告》
题目：升降压斩波仿真
专业：电气工程
班级：电气二班
姓名：吕斌
学号： 1204010223
指导教师：郭小定
2015 年 6 月 16 日
信息与电气工程学院
课程设计任务书
2014 —2015 学年第 2 学期
专业：电气工程班级：电气二班学号： 1204010232 姓名：熊文锐
课程设计名称：电力电子技术
设计题目： cuk斩波仿真（电源：110V，输出电压：50V，输出电流:100A）
完成期限：自 2015 年 6 月 15 日至 2015 年 6 月 22 日共 1 周
设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：
一、设计依据
设计参数：输出电压50V、电流100A
Cuk斩波电路原理
二、要求及主要内容
1．确定直流电动机型号；
2．主电路、保护电路、控制电路设计；
3．主电路元件的参数计算与选择；
4．平波电抗器的参数计算与选择；
5．计算整流变压器参数、选择其容量和规格；
6．主电路中过电压过电流保护电路的选择及相应电路元件的计算与选择；
7．绘制主电路、保护电路、控制电路设计电气系统原理图；
8．写出课程设计报告。其中设计报告要包括有设计的目的，设计原理，设计参数的计算，元器件选型，器件表，电路图的设计说明以及设计的心得等；设计报告3000字以上；
指导教师（签字）：
摘要
本次电力电子技术课程设计的题目为基于集成电路的Cuk斩波器仿真。直流斩波电路功能是将直流电变为另一固定电压或调电压的直流电，也称为直接直流－直流变换器。
直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路。一方面，这两种电路应用最为广泛，另一方面，理解了这两种电路可为理解其他的电路打下基础，因此本文对这两种电路作了着重介绍并利用Matlab/Simulink进行了仿真。在此基础上对其余几种电路作了简单介绍。
利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波电路、桥式可逆斩波电路等。利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。本文对以上两种形式的电路也进行了简单的介绍和仿真。
关键词：直流斩波分析仿真
目录
1、设计目的及意义 (1)
2、Cuk斩波电路原理介绍 (3)
3、Cuk斩波电路参数计算 (4)
4、斩波电路触发电路介绍 (4)
5、斩波电路驱动电路介绍 (6)
6、斩波电路保护电路介绍 (7)
7、仿真模拟波形图 (8)
8、经验总结 (11)
9、参考书目 (11)
10、附录 (11)
评语：成绩：
评阅人：日期：
1、设计的目的及意义
电力电子课程设计的目的在于进一步巩固和加深所学电力电子基本理论知识。使学生能综合运用相关关课程的基本知识，培养学生检索文献的能力，特别是利用网络检索需要的文献资料，培养学生灵活应用所学的电力电子技术知识并能创新。通过本课程设计，培养学生独立思考能力，培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。了解专业工程设计的特点、思路、以及具体的方法和步骤，掌握专业课程设计中的设计计算、软件编制，硬件设计及整体调试，培养学生在电力电子技术领域的工程设计能力以及培养对电力电子装置各个参数的计算。
这次课程设计不仅可以增加我的知识积累，让我有机会将课堂上所学的电力电子理论知识运用到实际中，了解了这些知识在电源上丰富而强大的用途，为将来的毕业设计打下了基础。在设计的过程中会遇到各式各样的问题，可以发现自己在哪个方面缺乏知识，从而加强这个方面的知识。在课程设计过程中查阅资料，了解查阅资料的重要性，鼓励他们克服心理上的不良情绪，不断的学习和解决难题，不断磨练学生意志的过程。
2、cuk斩波电路原理介绍
V通时，开关S合向B点，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路有电流，这时ic=i2。 V断时，开关S合向A点，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路有电流，这时ic=i1。输出电压的极性与电源电压极性相反。电路相当于开关S在A、B两点之间交替切换。
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：∫i c dt=∫i c（on）dt+∫i c（off）dt=i2t on-i1t off
由此可得：
i
1/i
2
=T
off
/T
on
=（T-t
on
）/t
on
=（1-α）/α
假设电容C很大使电容电压Uc的脉动足够小。
当开关S合到B点时，B点电压Ub=0，A点电压Ua=-Uc。
当S合到A点时，Ub=Uc Ua=0。因此，B点电压Ub的平均值为:Ub=t off*Uc/t on,又因为电感L1的平均值为0，所以E=Ub=t off*Uc/t on。另一方面A点的电压平均值为
Ua=-t
on *Uc/T，且L2的电压平均值为0，按上图（b）中输出电压U0的极性，有U
=t
on
*Uc/T。
于是可以得出输出电压U0与电源E的关系为：
U
0=t
off
*E/t
on
=t
on
*E/（T-t
on
）=α*E/（1-α）
3、cuk斩波电路参数计算
E=110V，U0=50V，I0=100A。
根据上式可以得出：α=U0÷（U0+E）=50÷（50+110）=0.3125，所以占空比为31.25%。由得出R=0.5Ω。
电感L1与L2确定值设为100mH，电容C确定值设为3000uF。
流过IGBT的电流取1.5到2倍的电流有效值除以1.57；电压取2到3倍的最大电压。
二极管做类似计算。
4、斩波电路触发电路介绍
本次仿真采用的是multisim12内部由555芯片组成的触发电路，其具体电路与参数如下图所示：
图1（触发电路参数设置图）
由于555定时器不能产生占空比为50％以下的矩形波，因此要产生占空比为31.25％的矩形波可以先由555定时器产生一个占空比为68.75％的矩形波然后接一个非门求其反向的矩形波，此矩形波的占空比即为31.25％。其电路图与波形如下图所示：
图2（触发电路电路图）
图3（触发电路输出波形）
5、斩波电路驱动电路介绍
由触发电路输出的矩形波气电压为5V，还不足以驱动IGBT，并且若将触发电路产生的矩形波经过放大直接驱动IGBT的话，IGBT就容易受到触发电路中一些干扰的影响从而影响
IGBT的正常工作，因此我们需要对触发电路与IGBT之间同时进行电气隔离与放大波形。其具体电路图如下图所示：
图4（驱动电路电路图）
其三极管Q4与Q5之间输出的波形如下图所示：
图5(驱动电路输出波形)
其供给IGBT的电压为15V左右。
6、斩波电路保护电路介绍
本次仿真才用的是过电流保护，起电路结构如下：
图6（保护电路电路图）
在此电路中当电流源的值为150A及以下时，电阻R3口输出的是正5V的高电平，当电流源的值为170A时，电阻R3口输出的是0V的低电平。因此，用主电路中的电流代替电流源，当主电路发生短路或过流时，驱动电路就不会给IGBT触发信号，IGBT会停止工作。不紧如此，当电流过大要烧坏IGBT时，熔断器会断掉从而保护IGBT不被烧坏。
7、仿真模拟波形图
总电路如附录A所示
其输出的电压波形如图所示：
图7（输出电压波形图）
其输出的平均电压为：
图8（输出电压）U0=48.898V，满足设计要求。其输出的电流波形如图：
图9（输出电流波形图）其输出的平均电流为：
图10（输出电流）
I0=97.856A，满足设计要求。
8、经验总结
此次电力电子课程设计，尽管耗费了较长的时间，但是收获还是挺多的。不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高我们的实际动手能力和独立思考的能力。
本次课程设计不仅使我们加深了对课本知识的理解和掌握，也大大提高了我们的实践能力。尤其是会运用了Multisim这个软件，我相信在以后会带给我很大的好处，这次课程无疑是成功的。很感谢我的老师，在我有疑问的时候给了我很大的帮助，同时我也相信只停留在理论知识上是远远不够的，要在理论的基础上进行实践，这才能获得更大的收获。
参考书目
1．王兆安，黄俊主编．电力电子技木．第四版．北京：机械工业出版社；
2．王云亮主编．电力电子技术．第一版．北京：电子工业出版社；
3．梁廷贵主编．现代集成电路实用手册可控硅触发电路分册．北京：科学技术文献出版社；
4．刘雨棣主编．电力电子技木及应用．西安：西安电子科技大学出版社；
5．张石安，张炜主编．电力电子技木基础．北京：电子工业出版社；
曲学基，于明扬主编.电力电子整流技术及应用.北京：电子工业出版社；
附录A：
Cuk斩波总电路
附录B ：
斩波器电路器件表
序号元器件名称型号和数量
电阻0.5Ω1个，0.02Ω4个1
电容3000uF1个，10pF4个2
3 电感100mH2个
4 IGBT IRGBC30S3个
5 二极管1JH621个
6 熔断器50A3个