电力电子技术课程设计一、 设计要求1. 根据给定指标，设计 BOOST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BOOST!路给定参数：INPUT VOLTAGE:80VOUTPUT VOLTAGE:91-128VDUT Y:%LOAD RESISTANT:1KSWITCH PERIOD: X 10-5s2. 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CUKft路给定参数INPUT VOLTAGE:80VOUTPUT V0LTAGE:50-105VDUT Y:%LOAD RESISTANT:1KSWITCH PERIOD: X 10-5s3. 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(Boost Chopper)的基本原理电路图当可控幵关IGBT处于通态时，时间为ton，电源向电感L充电，充电电流基本恒 定为h，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 Uo 为恒值，L上积累的能量为Elin当IGBT处于断态时，时间为 切，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(Uo E)ht°ff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El 1ton = (U 0 E) I1toff化简得 U0 如虹E — Etoff 12. Cuk电路的基本原理电路图电路工作过程1) 、VT幵通，有E---L1 ---幵关V , C---- 幵关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幵通并向负载放电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，E Li V回路和R L2 C V回路分别流过电流当IGBT处于断态时， E L1 C VD 回路和 R L2 VD 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ton，电容电流和时间的乘积为l2ton。
断态时间为 切，则 电容电流和时间的乘积为 I1toff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关断时丄2 流过的电流I2 给负载R供电,即I2 =lo= Vo/R, C 流过的 电流I 1(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 . 2 Vi )同理得 Co = I0 .D /( f . Vo )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 = 2 Io .D1-D ) / (f .2 Io . )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 丄1 - 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:u0 ton — e=[i/]*80=toff 1IGBT:I, kt b , T 2.2 10 5s , t, DT 6.6 10 6s0.26 0.2326.6 104242.4b 0.232额定电流 Iv (1.5 ~ 2) 0.269/1.57A (0.257 ~ 0.343) A额定电压 Uv (2 ~ 3) 127.4V (254.8 ~ 382.2)V二极管：额定电流 Ivd (1.5 ~ 2) 0.235/1.57A (0.225 ~ 0.299)A额定电压 UVD (2 ~3) 125.6V (251.2 ~ 376.8)V2. Cuk斩波电路计算公式L仁L2 = Ui .D /( f . △ I )CO = Io .(1-D )/( f . △ Uo )I = Io .D /(1-D )C = Ui .D /( 8. △ Uo . L1'. f A 2)(C ,C 0 电容一定要选用高频低阻电容)计算过程：IGBT:5 6I1 kt b , T 2.2 10 s , t1 DT 8.8 10 sO.164 O.1598.8 10568b O.159额定电流 Iv (1.5 ~ 2) O.2528/1.57A (O.2416 ~ O.3O77)A额定电压 Uv (2 ~ 3) 146V (292 ~ 438)V二极管：额定电流 IVD (1.5 ~ 2) O.198/1.57A (O.189 ~ O.252)A额定电压 Uvd (2 ~3) 137.5V (275~ 412.5)V四、仿真电路设计仿真电路2. Cuk仿真电路五、仿真电路波形波形全局图细节图波形全局图细节图六、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、MOSFE管、功率二极管、PW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BOOS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） BOOS■电路输入电压：，输出电压： 占空比D — 0.320频率f 50KHz注意点：电力二极管的电流不能直接通过示波器测得， Ivd Il Iv，其中Il为电感电流，Iv为流过MOSFE的电流。
2） Cuk电路8输入电压：80V,输出电压： 占空比D —~ 0.3920.4频率 f 49.02KHZ注意点：靠近负载侧的电感的电流不能直接通过示波器测得， lL2 Ivd Iv I L1， 其中Ivd为流过电力二极管的电流，Iv为流过MOSFE的电流，1口为靠近电源侧的电 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。