电力电子技术 课程设计 姓名： XXXXXX 班级： 电气100X 学号：学院： 2013-06-28

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电路给定参数：

? 输入电压: 25~70V

? 输出电压: 85~130V

? 负载: 1K

? 开关频率: 50KHz

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

? 输入电压:75~85V

? 输出电压:50~110V

? 负载:1K

? 开关频率: 50KHz

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、 Boost电路设计

1. Boost电路的基本原理

电路图

当可控开关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I1，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U0。为恒值，L上积累的能量为EI1ton。当IGBT处于断态时，时间为toff，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(U0?E)I1toff。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

EI1ton=(U0?

E)I1toff

化简得 U0?

ton?tofftoffE?1E，由公式明显看出U0>E 。 1??

2. Boost电路参数设计

参数计算公式：

L?

有输入电压25~70V，输出电压85~130V可知，占空比?可范围为17.6~81%，输出电流 UdDf?I1C?IoDf?Uo

U02i0的范围0.085~0.13A， =?UinI1，i1的范围0.103~0.676A，考虑到此电路后续仿真的效率R

??62~72%，且?随Uin增大而增大，随UO增大而减小。所以i1考虑效率后的变化范围是0.143~1.09A。

由上述参数计算公式计算得：

Lmin?36mH， Lmax?162mH，取L=100mH

Cmin?36pF, Cmax?162pF，取C=200pF （?I1、?U0取10%） 经实验仿真发现，为提高电压波形质量，减小纹波，减小过度时间，调整后的电感值L=100mH，调整后的电容值取C=1uF。

3. 仿真分析

【仿真电路】

给定参数：输入电压70V，开关频率50kHz。

【仿真数据】

【仿真波形】

给定参数：输入电压70V，开关频率50kHz，占空比30%。

细节图：IGBT电流、IGBT电压、PWM波、电感电流、二极管电流

总图：IGBT电流、IGBT电压、PWM波、电感电流、二极管电流

电感电流、负载电流、PWM波细节图比较

流过电感电流与流过负载电流波形全局图比较

输出电压全局图

输出电压细节图

【器件选择】

1. 二极管参数：因为输出电压要求为85—130V，二极管承受最大反向电压为电容电压，在电路工作过程中电容两端电压基本不变，所以二极管承受最大反向电压为130V。所以：

UN?(2~3U)VT?(2~3)*?13026V0 ~

二极管在输入电压25V，输出电压130V时二极管有最大有效值电压0.76A IN?(1.5~2)IVT/1.57

?(1.5~2)*0.76/1.57?0.726~0.968A

2. IGBT参数：IGBT在关断时承受正向电压为电容电压，在电路工作过程中电容两端电压基本不变，所以IGBT承受最大电压为130V。所以：

UN?(2~3)UVT?(2~3)*130?260~390V

IGBT在输入电压25V，输出电压130V时ＩＧＢＴ流过最大电流０.８Ａ IN?(1.5~2)IV/1.57

?(1.5~2)*0.8/1.57

?0.764~1.02A

三、CUK电路设计

１. Ｃｕｋ电路的基本原理

电路图

当IGBT处于通态时，E?L1?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

?T0iCdt?0 I2ton?I1toff

从而可得

I2toffT?ton1?????I1tonton?

由L1和L2的电压平均值为零，可得出输出电压Uo与电源电压E的关系

tonton?Uo?E?E?E toffT?ton1??

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。

２.Ｃｕｋ电路参数设计

参数计算公式：

UdD

L1?L2?f?I1 C1?IO(1?D) f?UO C2?UdD8?UOL2f2

有输入电压７５~８５V，输出电压５０～１１０V可知，占空比?可范围为37~59.5%，输出电流 i0的范围0.05~0.11A， i1的范围0.0294~0.1613A。

当Uin=80V,Uo=80V时?=50%，I0=I1=0.08A， 由上述参数计算公式计算得：

L=100mH，C1=100pF， C2=2.5pF （?I1、?U0取10%）

经实验仿真发现，为提高电压波形质量，减小纹波，减小过度时间，调整后的电感值L1= L2=100mH，调整后的电容值取C1=23pF,C2=25pF。

3.仿真分析

【仿真电路】

给定参数：输入电压80V，开关频率50kHz。

【仿真数据】

【仿真波形】

给定参数：输入电压80V，开关频率50kHz，占空比40%。

全局图

细节图

输出电压全局图

输出电压细节图

【器件选择】

1.二极管参数：二极管承受最大反向电压为电容电压，在85V输入电压110V输出电压下，电容电压有最大峰值270V。所以：

UN?(2~3)UTM

?(2~3)*270?540~810V

IN?(1.5~2)IVT/1.57 在输出电压110V时二极管有最大有效值电压约为0.3A，所以：

?(1.5~2)*0.3/1.57?0.287~0.382A

2.IGBT参数：IGBT在关断时承受正向电压为电容电压，在85V输入电压110V输出电压下，电容电压有最大峰值270V。所以：

UN?(2~3)UTM

?(2~3)*270?540~810V

IN?(1.5~2)IVT/1.57

?(1.5~2)*0.3/1.57?0.287~0.382A

四、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

经对比发现，试验波形与仿真波形基本一致。试验波形见附纸。

和二极管类似在输出电压110V时IGBT有最大有效值电压约为0.3A，所以：

五、实验总结

随着电力电子的飞速发展，电力电子技术的应用也变得越来越广泛。它不仅用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用，可以说时无处不见。正是由于电力电子的重要性，我们必须掌握好该理论。而且要把理论与实践沟通起来，而沟通这两者的桥梁就是电力电子仿真软件。

通过本次课程设计，完成了对Boost、Cuk电路的设计与仿真，对这两种经典电路有了更加深刻的认识，跳出了书本上的局限。在利用MATLAB仿真的过程中，熟识了对MATLAB/SIMULINK的一些基本的常规应用。但限于时间，有关电力电子的其他方面的仿真还未涉及，还有许多问题有待于探索和研究。

与传统的授课方式相比，通过利用simulink仿真软件，只要对模块的参数作相应的修改，不在需要再重新构建仿真模型，便可得到各输出量对应不同条件下的波形，使得教学更具有实时性、直观性，也一改传统教学中出现的静止不变的电压和电流波形，使得学生可以动态的观测电流、电压波形，更有助于理论知识的理解，更好的掌握课程所教授的内容，激发学习兴趣。

此次课程设计的目的在于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课程的基本知识，通过本课程设计，培养学生独立思考能力，学会和认识查阅和占有技术资料的重要性，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。通过设计过程学习和管理，树立正确的设计思想和严谨的工作作风，以期达到提高学生设计能力。经过这段实习，我认识到自己还有很多东西需要进一步加强学习，而且要把理论联系实践来学习，用实践来解释理论知识。

在本次课程设计中我们也遇到了许多瓶颈与困难，最后都在老师指导和与同学们的讨论过程中得到解决。虽然课程设计顺利完成，但我们还有很多工具及理论还未掌握，在以后的学习生活中更应该加深对这方面内容的理解和学习。这次课程设计培养了我们严谨科学的思维，通过它架起了理论与实践的桥梁。

 

第二篇：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

专业：

学号：

      姓名：

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I1，同时电容C向负载R放电。因为C很大，基本保持输出电压U0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：

基本数值计算：

     输出电压U0与输入电压E关系：

                                      

    输出电流I0与输入电流I1的关系：     

                             

    输出电流I0与输出电压U0的关系：

                         

  

（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

                        

基本数值计算

    输出电流I2与输入电流I1的关系 ：

                       

    输出电压U0与输入电压E的关系：

                      

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：

电容计算公式：

计算过程：

取电源电压E=80V，设定输出电压为U0=100V,则占空比D=20%，工作频率f=45KHZ，取负载电阻值500Ω

（2）Cuk电路参数计算

电感计算公式：

电容计算公式：

    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。

3.功率器件的选型

Boost、Cuk的IGBT与二极管的计算：

计算公式

        

           

Boost计算参数

时    

IGBT额定参数（按两倍裕量来整定）

 

二极管额定参数（按两倍裕量来整定）

 

Cuk计算参数

       

IGBT额定参数（按两倍裕量来整定）

二极管额定参数（按两倍裕量来整定） 

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。