电力电子课程设计

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1、真诚为您提供优质参考资料,若有不当之处,请指正。_学院_专业 姓名_ 学号_(密)(封)(线)本科课程设计专用封面设计题目: Cuk变换器的设计与仿真 所修课程名称: 电力电子技术课程设计 修课程时间: 2013 年 06 月 17 日至 6 月 23 日完成设计日期: 2013 年 06 月 23 日评阅成绩: 评阅意见:评阅教师签名: 年 月 日 / Cuk变换器的设计与仿真一设计要求1)完成Cuk变换器的设计、仿真;2)设计要求:输入:DC100V; 输出:DC50150V二题目分析 Cuk电路是一种可升降压的直流变换器电路,它基本可看成是升压电路和降压电路相结合产生的一种开关电路,其电

2、原理图如图1所示 图1 Cuk主电路图基本工作原理为:当控制开关VT处于通态时,EL1V回路和RL2CV回路分别流过电流。当控制开关VT处于断态 时,EL1CVD回路和RL2VD回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。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 在书P127页的等效电路中,开关S合向B点时间即V处于通态的时间ton,则电容电流和时间的乘积为I2ton。开关S合向A点的时间为V处于断态的时间toff,则电容电流和时间的乘积为I1 toff。由此可得 从而可得 : 假设电容C很大使电容电压uc的脉动足够小,可得输出电压Uo与输入电压E的关系

3、。当V导通时,即开关S合到B点时,B点电压uB=0,A点电压uA=-uc。当V截止时,即开关S合到A点时,uB=uc,uA=0,B点电压uB平均值为UB=toff.Uc/T又因电感L1的电压平均值为零,所以E=UB=toff.Uc/T。电感L2的电压平均值为零,A点的电压平均值为Ua=-ton.Uc/T可得出输出电压Uo与电源电压E的关系 Cuk斩波电路有一个明显的优点,其输入电流和输出负载电流都是连续的,没有阶跃变化,有利于对输入输出进行滤波。三主电路设计、元器件选型及计算:主电路设计:结合CUK原理图设计为如下图2主电路图. 其中电路元件分别为:直流电压源一个,电感两个,电解电容两个,电阻

4、一个,二极管一个,一个IGBT和触发电压。 图2 Cuk主电路图元器件计算及选型:首先输入电流E=100V,开关频率f=20KHz,取R=10。输出电压U0=Ton*E/Toff=*E/(1-)=0.4100/(1-0.4)=66.67V。输出电流I2=U0/R=66.7/10=6.67A,输入电流I1=*I2/(1-)=4.45A。电感取值L1=l2=1mH,电解电容取值C1=C2=30uF。IGBT型号:1XGH20N60A二极管型号:D1N5823脉冲参数设置: 图3 脉冲电压参数设置 四主电路仿真分析利用orCAD对电路仿真得到以下仿真波形:脉冲电压波形图4 Ton期间脉冲为12V,T

5、off期间脉冲为-1V。输入电压波形图5输出电压波形图6 输出电压=100*0.4/0.6=66.67V输入电流波形 图7 输入电流I1=*I2/(1-)=4.45A图8输出电流波形图9 输出电流I2=U0/R=66.7/10=6.67A IGBT和二极管的两端电压 图10 正方形为IGBT,菱形为二极管通过IGBI和二极管的电流(正方形为IGBT,菱形为二极管) 图11五控制电路设计控制原理:下图所示是DCDC变换器控制系统的控制电路。 专用触发芯片SG3525所产生的仅仅只是 PWM 控制信号,强度不够,不能够直接去驱动 IGBT,中间还需要有驱动电路。另外,主电路会产生很大的谐波,很可能

6、影响到控制电路中PWM 信号的产生。因此,还需要对控制电路和主电路进行电气隔离。 图12六设计总结首先,我们小组做的课题是Cuk变换器的设计与仿真。通过书本和网上资料整理出有用的信息。然后,我们通过计算,分析,分工合作以及集体讨论思考完成了此次课程设计。在这次课程设计中,遇到了不少问题。第一个问题是orCAD仿真软件的安装和使用,很不熟练,总是出现各种各样的错误,在同学的帮助下总算画好了原理图。第二个问题就是电路元器件参数和型号的确定,虽然计算出器件参数,按计算的设置好后,在仿真时却发现实际输出电压和设定的输出电压相差甚远,仿出来的波形完全不同于理论上的波形,不论怎样修改参数,输出电压总是上不

7、去,达不到50V150V的输出要求。另外就是元件型号的确定,我们发现参数和型号的对应关系并不明显,不容易通过额定电压和额定电流来确定二极管和IGBT的型号。最后在汤老师的帮助下,将电容换成了电解电容,在R两端接了一个电容,并将元器件的型号作了修改,这些问题才得到解决。在解决这些问题的过程中,老师和同学的帮助很大,自己也收获颇多。在这次课程设计中,通过查找资料,请教老师,询问同学,以及不懈的努力,学会了使用orCAD 仿真软件,对Cuk变换器有了更深的理解,对电力电子这门课的应用加深了认识,也培养了自己独立思考的能力。参考文献:1 王兆安编著.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2013年1月设计计算(30分)仿真验证(50分)控制电路的设计(20分)总成绩教师签名根据课题参数进行分析(10分)电路主电路设计,主开关元器件的选型等(20分)仿真模型的建立(20分)仿真参数的设置(15分)仿真的效果(15分) 评分表

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