电力电子BOOSTCUK电路文档格式.docx
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13.6-41%
●LOADRESISTANT:
1K
●SWITCHPERIOD:
2.2×
10-5s
2.根据给定指标,设计CUK电路参数。
根据公式计算两个电路中的电感、电容值,计算电路中功率器件的额定电流、电压,进行选型。
CUK电路给定参数
50-105V
27-58.9%
10-5s
3.利用Simulink软件,对上述电路进行验证,验证电路参数是否正确。
4.在实验平台上,进行实验,观察重要参数,观察电路中主要波形,并记录(仿真、实验)。
5.撰写课程设计报告。
二、设计原理及设计方案
1.升压斩波电路(BoostChopper)的基本原理
电路图
当可控开关IGBT处于通态时,时间为,电源向电感L充电,充电电流基本恒定为,同时电容C的电压向负载R供电。
因C值很大,基本保持输出电压。
为恒值,L上积累的能量为。
当IGBT处于断态时,时间为,E和L共同向电容C充电并向R提供能量,此期间电感L释放的能量为。
当电路工作处于稳态时,一个周期中电感L积蓄和释放的能量相等,即
=
化简得
2.Cuk电路的基本原理
电路工作过程
1)、VT开通,有E---L1---开关V,C----开关V—R---L2两回路,电感L1充电储能,电容C向负载放电、对L2充电,由于C上的电压作用,二极管VD关断。
2)、VT关断有E---L1---C---VD,L2---VD---R两回路,电感L1向电容C转移能量,电容C充电,电感L2续流导致VD开通并向负载放电。
3、电容C1上电压高于输出电压和输入电压。
当IGBT处于通态时,回路和回路分别流过电流。
当IGBT处于断态时,回路和回路分别流过电流。
输出电压的极性与电源电压的极性相反。
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
IGBT通态时,时间为,电容电流和时间的乘积为。
断态时间为,则电容电流和时间的乘积为。
与升降压斩波电路相比,Cuk斩波电路有一个明显的优点,其输入电源电流和输出负载电流都是连续的,且脉动很小,有利于对输入、输出进行滤波。
3.Sepic电路及Zeta斩波电路
1)Sepic电路
在Q1导通时,Vi-----L1-------Q1和C---Q1------L2两个回路导电,L1,L2储能,输出电流由输出电容提供;
Q1关断时,Ui---L1---C---D8–负载R和L2–D8---负载R两个回路导电;
输入电源电流连续,输出电流断续,在Q1导通时只能靠CO供电,输出电压与输入电压的关系Uo=Ui.D/(1-D).
2)元器件选择
在Q1关断时,L2流过的电流I2给负载R供电,即I2=Io=Vo/R,C流过的电流I1(等于1/2电感L输入电流)给Co充电,由Co充放电流平衡得I1(1-D)=Io.D
确定电容的规则:
输出滤波电容在最小输入电压时使得纹波电压大小为稳定值的5%,耦合电容充放电可彻底。
由C.△Uc/dt=I2△Uc/Uc=5%UC取2倍Ui
得C=Io.D/(f.2Vi)
同理得Co=I0.D/(f.0.05Vo)
确定电感的规则:
在最小输入电压时使得纹波电流大小为稳定值的30%
由Ui_min.D/(f.L)=△IL△IL/IL=30%
IL=2Io.D//1-D)
得L1=L2=Ui_min.(1-D)/(f.2Io.0.3)
2)Zeta电路
Zeta电路也称双Sepic电路,其基本工作原理:
当Q1导通时,Vi-----Q1---L1回路给让L1储能,同时Vi----Q1---C–L2---负载回路给负载供电,C0充电;
Q1关断时,L1–D---C1震荡回路使L1的能量全部转到C,L2----负载---D回路给负载供电,C0放电;
输入电源电流是断续的,输出电流连续,Q1关断时,L2和Co给负载供电,输出电压与输入电压的关系Uo=Ui.D/(1-D).
三、参数计算
1.boost斩波电路计算公式
计算过程:
=[1/(1-0.3)]*80=114.3V
IGBT:
,
额定电流
额定电压
二极管:
2.Cuk斩波电路计算公式
L1=L2=Ui.D/(f.△I)
C0=Io.(1-D)/(f.△Uo)
I=Io.D/(1-D)
C=Ui.D/(8.△Uo.L1`.f∧2)
(C,C0电容一定要选用高频低阻电容)
四、仿真电路设计
1.boost仿真电路
2.Cuk仿真电路
五、仿真电路波形
1.boost波形
全局图
细节图
1.Cuk波形
六、实验结果
1、实验内容
(1)测量输入电压和输出电压的范围
(2)用示波器交流档观察输出电压纹波
(3)用示波器测量相应电感、MOSFET管、功率二极管、PWM波形
(通过打印机打印波形)
(4)通过PWM波计算占空比和开关频率
(5)通过测得的波形BOOST画出功率二极管、Cuk画出输出电感的波形
(6)比较实测波形和仿真波形的差别分析原因
2、实验结果
(1)BOOST电路
输入电压:
76.9V,输出电压:
89.4-126.1V
占空比
频率
注意点:
电力二极管的电流不能直接通过示波器测得,,其中为电感电流,为流过MOSFET的电流。
(2)Cuk电路
80V,输出电压:
49.2-101.0V
靠近负载侧的电感的电流不能直接通过示波器测得,,其中为流过电力二极管的电流,为流过MOSFET的电流,为靠近电源侧的电感电流。
(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.器件的寄生电感和寄生电容会对电路波形产生一定的影响;
4.示波器的探头干扰和外界干扰也会对电路波形产生一定的影响。