电力电子升压斩波电路课程设计.(DOC)

目录

摘要 (2)

1.主电路设计 (3)

1.1 MOSFET升压斩波电路原理图 (3)

1.2 MOSFET升压斩波电路工作原理 (3)

1.3 MOSFET升压斩波电路元器件选择、参数确定 (5)

1.4 MOSFET升压斩波电路典型波形 (6)

1.5 晶闸管的触发电路 (6)

1.6 驱动电路 (8)

1.7升压斩波电路的主电路设计 (9)

2.控制电路设计 (10)

2.1控制电路原理图 (10)

2.2控制电路工作原理 (10)

3.仿真结果 (12)

4.心得体会 (14)

5. 参考文献 (15)

摘要

直流直流升压电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC 变换器,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用。随之出现了诸如降压电路、升降压电路、复合电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。

早期的直流装换电路，电路复杂、功率损耗、体积大，使用不方便。晶闸管的出现为这种电路的设计又提供了一种选择。晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。它电路简单体积小，便于集成；功率损耗少，符合当今社会生产的要求；所以在直流转换电路中使用晶闸管是一种很好的选择。

直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路。本文着重解决用MOSFET作开关的升压斩波电路。

1.主电路设计

设计一个MOSFET 升压斩波电路（纯电阻负载）

设计要求：

1）输入直流电压：Ud=50V ；

2）输出功率： 300W ；

3）开关频率： 5KHz ；

4）占空比： 10%-50%；

5）输出电压脉动率：小于10%。

1.1 MOSFET 升压斩波电路原理图

MOSFET 升压斩波电路原理图如图1所示，

图1 MOSFET 升压斩波主电路原理图

1.2 MOSFET 升压斩波电路工作原理

在控制开关开通期间on t ，电流从电源正极流出，经过电感从开关流回电源负极。电容C 向R 供电，输出电压o U 上正下负。电源电压i U 全部加到电感两端L i u U ，在该电压作用下，电感电流L i 线性增长。在导通之间内，电感电流增量为：

0on

t i i i L on U U U i dt t T L L L

ρ+∆===⎰ 1-1 在控制开关关断期间off t ，L i 经二极管流出，电感电压极性将变成左负右正，

认为电感很大，L i 不变。这样，电源和电感同时给电容C 和负载R 供电，负载两端电压仍是上正下负。电感电压0L i o u U U =-<，电感电流L i 线性减小。在关断

时间off t 内，电感电流减小量的绝对值为：

()1on T

o i o i L t U U U U i dt T L L ρ---∆==-⎰ 1-2 当电路工作在稳态时，电感电流L i 波形必然周期性重复，开关导通期间电感电流L i 的增量等于开关断开时电感电流L i 的减少量，即L L i i +-∆=∆。

联立可得输出电压

11o i U U ρ

=- 1-3 由上式可知，ρ是一个小于1的数，故输出电压比输入电压大。从能量守恒角度分析（假设电感足够大，电流平直），电路达到稳态时，电感在开关开通期间吸收的能量（i on U It ）与开关关断期间释放的能量（()o i off U U It -）相等。列出等式：

()i on o i off U It U U It =- 1-4

解得,

011i U U ρ

=- 1-5 下面确定电流连续的临界条件：

如果在T 时刻电感电流L i 刚好降到0。则为电流连续与断续的临界工作状态。此时2L i i ∆=

升压斩波电路的输入输出功率分别为：

i i L P U I = 1-6

o o o P U I = 1-7

忽略损耗，有i o P P =，于是,

011L o o i U I I I U ρ

==- 1-8 得临界电感值为,

2(1)2

C R L T ρρ=

- 1-9 确定电容的计算 电容在关断期间释放的能量与开通期间吸收的电荷相等，

o Q I T ρ∆= 1-10

则电压变化量

o o o I T U T Q U C C RC ρρ∆∆=

== 1-11 则

o o

U T C R U ρ=

∆ 1-12 o U ∆可决定脉动率。

1.3 MOSFET 升压斩波电路元器件选择、参数确定

根据设计要求可选大小为50V 的直流电压源;

选取降压斩波电路的占空比为50%;

则输出电压V U 1000=; 输出功率2o o U P R

=，要求输出功率为300W ，可计算出负载电阻Ω=3.33R ; 电压控制电压源和脉冲电压源可组成MOSFET 功率开关的驱动电路。

计算C L ：由式2(1)2

C R L T ρρ=-，周期T 可由开关频率5KHz 得出为4210s -⨯，把o U 、ρ、o P 代入上式得出H L c 3104.0-⨯=。

当C L L >时，工作在连续状态下。电感越大时，电感电流越平直。取H L 3104.0-⨯=。