电力电子技术课程设计--MOSFET降压斩波电路设计（纯电阻负载）

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1、 电气工程及其自动化专业电气工程及其自动化专业 电力电子技术课程设计任务书电力电子技术课程设计任务书 班级班级 学号学号 姓名姓名 设 计 时 间设 计 时 间 20142014 年年 1212 月月 1010 日日 指 导 教 师指 导 教 师 2014 年年 12 月月 10 日日 课程设计任务书 题 目: MOSFET 降压斩波电路设计（纯电阻负载） 初始条件： 1、输入直流电压：Ud=100V 2、输出功率：300W 3、开关频率 5KHz 4、占空比 10%90% 5、输出电压脉率：小于 10% 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等 具体要求） 1

2、、根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路、控制电路； 2、用 MATLAB/Simulink 对设计的电路进行仿真； 3、撰写课程设计报告画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理、选择 元器件参数，说明控制电路的工作原理、绘出主电路典型波形，绘出触发信号（驱动信号） 波形，并给出仿真波形，说明仿真过程中遇到的问题和解决问题的方法，附参考资料。 目录 一.设计要求与方案 . 1 1.1 设计要求 1 1.2 设计方案 1 二.降压斩波电路设计方案 .2 2.1 降压斩波电路原理图 . 2 2.2 降压斩波电路工作原理图 . 2 三.控制电路 .3 3.1 工作原理 . 4 3.2 控

3、制芯片介绍 . 5 四. MOSFET 驱动电路设计 6 4.1 驱动电路方案选择 . 6 4.2 驱动电路原理 7 五.电路各元件的参数设定 .8 5.1 MOSFET 简介 8 5.2 功率 MOSFET 的结构 8 5.3 功率 MOSFET 的工作原理 9 5.4 各元件参数计算 9 六. 保护电路 . 10 6.1 主电路器件保护 10 6.2 负载过压保护 . 11 七 仿真电路及其仿真结果. 11 7.1 仿真结果分析 15 八总结 16 九参考文献 . 18 1 MOSFET 降压斩波电路设计 一.设计要求与方案 1.1 设计要求 利用MOSFET设计一个降压斩波电路。 输入直

4、流电压U d =100V，输出功率P=300W 。 开关频率为5KHz，占空比10%到90%。 输出电压脉率小于10%。 1.2 设计方案 电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路、保护电路及以电力电 子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作 要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电路电子器件的导通或者关断，来完 成整个系统的功能。 根据MOSFET降压斩波电路设计任务要求设计主电路、驱动电路。其结构框图如图1 所示。 图1 电路结构图 在图1结构框图中，控制电路用来产生MOSFET降压斩波电路的控制信号，控制电路 产生的控制信号传到驱动电

5、路，驱动电路把控制信号转换为加在MOSFET控制端与公共端 之间，可以使其开通或关断的信号。通过控制MOSFET的开通和关断来控制MOSFET降压斩 波电路工作。控制电路中保护电路是用来保护电路，防止电路产生过电流、过电压现象 而损坏电路设备。 控制电路 驱动电路 主电路 2 二二.降压斩波电路设计方案降压斩波电路设计方案 2.1 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， 也可使用其他器件， 若采用晶闸管， 需设置使晶闸管关断的辅助电路。 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

6、。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，后两种情况下负 载中均会出现反电动势，如图中 U0(t)所示。若负载中无反电动势时，只需令 U0(t)=0， 以下的分析及表达式均可适用。 uiui V VDVD L UOUO( (t t) )C ULUL( (t t) ) IdId( (t t) ) R R V V IlIl( (T T) ) L L 图 2 降压斩波电路原理图 2.2 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，在t=0时刻驱动V导通， 电源U i 向负载供电， 负载电压U0=E， 负载电流i0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U0 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值较大。电路工作时的波形图如图3所 示。 UGe T Ton toff O I0 i1 i2 I10 i20 ot1t2 U0 o E 3 图 3