MOSFET升降压斩波电路

电力电子技术课程设计报告MOSFET升降压斩波电路设计

班级：110306班

姓名：***

学号：********

指导教师：***

时间：2014年1月10日

题目：MOSFET升降压斩波电路设计

一、课程设计的目的

1.电力电子技术的课程设计是《电力电子技术》课程的一个重要

的实践教学环节。它与理论教学和实践教学相配合，可使我们在理论联系实际，综合分析，理论计算，归纳整理和实验研究方面得到综合训练和提高，从而培养学生独立解决实际问题的能力。

2.加深理解电力电子技术的课程内容，建立正确的设计思想，熟

悉工程设计的顺序和方法，提高正确使用技术资料，标准，手册等的独立工作能力。

3.为后续课程的学习打下坚实的基础。

二、设计的技术数据及要求

1、交流电源：单相220V；

2、前级整流输出输电压：U d=50V～80V；

3、输出功率：300W；

4、开关频率5KHz；

5、占空比10%—90%；

6、输出电压脉率：小于10%。

三、设计内容及要求

1、方案的论证及方案的选择：

1.1总体方案论证

图1

1.2 方案一：MOSFET降压斩波电路

➢MOSFET降压斩波电路原理图

降压斩波电路的原理图以及工作波形如图2所示。该电路使用一个全控型器件V，图中为MOSFET。为在MOSFET关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。

图2 降压斩波电路原理图

➢MOSFET降压斩波电路工作原理图

直流降压斩波电路使用一个全控型的电压驱动器件MOSFET，用控制电路和驱动电路来控制MOSFET 的导通或关断。当t=0 时MOSFET 管被激励导通电源U向负载供电，负载电压为Uo=U,负载电流io 按指数曲线上升，当t=t1时控制MOSFET 关断负载电流经二极管VD 续流负载电压Uo 近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串联的电感L较大。电路工作时的波形图如图3所示。

至一个周期T结束，再驱动MOSFET导通，重复上一周期的过程。当电力电子系统工作处于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图2所示。

负载电压平均值为：（2.1）负载电流平均值为：（2.2）

式中，t on为MOSFET处于通态的时间；t off为MOSFET处于断态的时间；T为开关周期；α为导通占空比。

由式（1.1）可知，输出到负载的电压平均值U o最大为U，减小占空比α，U o随之减小。因此将该电路称为降压斩波电路。也称buck 变换器。

根据对输出电压平均值进行调试的方式不同，可分为三种工作方式：

（1）保持开关导通时间不变，改变开关T，称为频率调制工作方

式；

（2）保持开关周期T不变，调节开关导通时间，称为脉冲宽调制工作方式；

3) 开关导通时间和开关周期T 都可调，称为混合型。

图3 降压斩波电路的工作波形

2、主电路的设计

2.1 整流电路的设计

整流电路尤其是单相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应用最为广泛的电路。不仅应用于工业，也广泛应用于交通运输，电力系统，通信系统，能源系统等其他领域。本实验装置采用单相桥式全控整流电路（所接负载为纯电阻负载），如图4所示。

图4 单相桥式全控整流电路

在单项桥式全控整流电路中，晶闸管VT1 和VT4 组成一对桥臂，VT2 和VT3 组成另一对桥臂。在u2 正半周（即a 点电位高于b 点电位），若4 个晶闸管均不导通，负载电流id 为零，ud 也为零，VT1、VT4 串联承受电压u2，设VT1 和VT4 的漏电阻相等，则各承受u2 的一半。若在触发角α处给VT1 和VT4 加触发脉冲，VT1、VT4 即导通，电流从a 端经VT1、R、VT4 流回电源b 端。当u2 为零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1 和VT4 关断。

在u2 负半周，仍在触发延迟角α处触发VT2 和VT3（VT2 和VT3 的α=0 处为ωt=π），VT2 和VT3 导通，电流从电源的b 端流出，经VT3、R、VT2 流回电源a 端。

到u2 过零时，电流又降为零，VT2 和VT3 关断。此后又是VT1 和VT4 导通。如此循环工作下去。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为

2U2和2U2。图5是电阻性负载的单项桥

2

式全控整流电路波形图。

图 5 单项桥式全控整流电路电

阻性负载波形图

整流电压平均

值为：

向负载输出的直流电流平均值为：

流过晶闸管的电流平均值为：

题目中要求前级整流输出电压限制在50V —100V 之间，输入电压U1为220V ，则输入电压U2最大为41.7 ，变压器匝数比N1:N2=4：1 。

2.2 电路各元件的参数设定 2.2.1 MOSFET 简介

MOSFET 的原意是：MOS （Metal Oxide Semiconductor 金属氧化物半导体），FET （Field Effect Transistor 场效应晶体管），

2

cos 12

9.0)(sin 221

αωωπ

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