纯电阻升降压斩波器课程设计

MOSFET降压、升压斩波电路设计（纯电阻负载）一、设计目的： 1.培养文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。2.培养综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。3.培养运用知识的能力和工程设计的能力。 4.提高课程设计报告撰写水平。 5.深入理解MOSFET组成升压、降压斩波电路的原理和应用。二、设计内容： 1、设计一个MOSFET降压斩波电路（纯电阻负载） 设计要求： 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）输出电压脉动率：小于10%。 2、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=100V；2）输出功率： 300W；3）开关频率： 5KHz；4）占空比： 10%90%； 5）输出电压脉动率：小于10%。 三、工作原理及参数计算： 、降压斩波电路 原理图如下：（ 因多数电源输出都是直流电压，因此，输出电路都带有整流滤波电路。）具体工作原理如下：在控制开关开通期间，电源向储能电感充电，电流从电源正极流出，流经储能电感，经负载流回电源负极。 得出(1) 在控制开关关断期间，储能电感将释放电能，流过储能电感的电流从电感的正极流出，通过负载，再经过续流二极管的正极，然后从续流二极管的负极流出，最后回到储能电感的负极。回路电压方程为： 得出：(2)（1）当开关导通时间内，续流二极管因反偏二截止，电容开始充电，直流电压源通过电感向负载传递能量。此时，电感电流线性增加，储存的磁场能量也逐渐增加。负载流过电流，两端输出电压上正下负。（2）当开关导通时间内，由于电感电流不能突变，故通过二极管续流，电感电流逐渐减小，电感上的能量逐步消耗在负载上，下降，上储能减小。此时电感电压极性变反，二极管承受正向电压二导通，负载上电压上正下负。在稳态分析中假定输出端滤波电容很大，输出电压可以认为是平直的。在连续导电模式下，电感电流不会降到0，前一个周期结束时刻与下一个周期开始时刻的电流时连续的。下面分析稳态工作情况下，输入与输出的关系。主开关导通时，有。由于电感的时间常数远大于开关周期，近似线性增长，知道时刻，达到最大值。(3)当主开关截止时，有，可认为电感电流近似线性下降，下降的绝对值为：(4)当电路工作在稳态时，电感电流波形必然周期性重复，开关导通期间电感电流的增量等于开关断开时电感电流的减少量，即(5)联合（3）（4）（5）可得：(6)由（6）式可知，改变输出电压的办法既可以调整输入电压，也可以调整占空比。在输入一定的情况下，改变占空比则可控制输出平均电压。从能量守恒角度分析（假设电感足够大，是流过电感的电流平直），当电路进入稳态后，电感在开关开通期间吸收的能量和在开关管段期间释放的能量应该守恒。内，则吸收的能量为，内，则释放的能量为。列出等式，解得下面确定电流连续的临界条件如果在时刻电感电流刚好降到0。则为电流连续与断续的临界工作状态。此时(7)联立(4)(7)用下标C表示临界参数值，则 (8)式中 输出功率，。 确定电容的计算 查阅资料得知，流经电容的电流对电容充电产生的电压称为纹波电压，纹波电压与参数的关系表达式为（9）根据（9）可算出（10）可决定脉动率。、升压斩波电路原理图如下：工作原理如下：在控制开关开通期间，电流从电源正极流出，经过电感从开关流回电源负极。电容向供电，输出电压上正下负。电源电压全部加到电感两端，在该电压作用下，电感电流线性增长。在导通之间内，电感电流增量为：（11）在控制开关关断期间，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，不变。这样，电源和电感同时给电容和负载供电，负载两端电压仍是上正下负。电感电压，电感电流线性减小。在关断时间内，电感电流减小量的绝对值为：（12）当电路工作在稳态时，电感电流波形必然周期性重复，开关导通期间电感电流的增量等于开关断开时电感电流的减少量，即联立（11）（12）式可得输出电压（13）由上式可知，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（）与开关关断期间释放的能量（）相等。列出等式： 解得下面确定电流连续的临界条件：如果在时刻电感电流刚好降到0。则为电流连续与断续的临界工作状态。此时（14）升压斩波电路的输入输出功率分别为：、忽略损耗，有，于是（15）联立式（11）（14）（15）得临界电感值为（16）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，则电压变化量（17）则（18）可决定脉动率。4、 参数计算、电路设计及波形分析：、降压斩波电路根据设计要求可选大小为的直流电压源，选取降压斩波电路的占空比为，则输出电压，输出功率，要求输出功率为，可计算出负载电阻。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：由式（8），周期可由开关频率得出为，把、代入上式得出，当时，工作在连续状态下。电感越大时，电感电流越平直。取。计算：由式（10），要求脉动率，取，计算，代入上式计算出，滤波电容越大，输出电压越平直，可取电容。用Multisim软件画出电路图如下：由上图可看出，输出功率接近，输出电压接近，基本符合要求。占空比通过设置脉冲电压源参数来控制：用示波器观察脉冲波形如下：用示波器观察输出电压的波形如下：、升压斩波电路根据设计要求可选大小为的直流电压源，选取降压斩波电路的占空比为。则输出电压，输出功率，要求输出功率为，可计算出负载电阻。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：由式（16），周期可由开关频率得出为，把、代入上式得出，当时，工作在连续状态下。电感越大时，电感电流越平直。取。计算：由式（18），要求脉动率，取，计算，代入上式计算出，滤波电容越大，输出电压越平直，可取电容。用Multisim软件画出电路图如下：由上图可看出，输出功率接近，输出电压接近，基本符合要求。占空比通过设置脉冲电压源参数来控制：用示波器观察脉冲波形如下：用示波器观察输出电压的波形如下：5、 心得体会：通过本次课程设计让我更加的深刻的理解了斩波器的原理，从而由斩波器这个小小的器件体会到了电力电子这门学科的重要性。课程设计不仅需要灵活的运用书本上以及课堂上的知识，还需要自己运用电脑上网搜索相关信心和操作相关的软件来更好的达到设计的目的。这让我不仅巩固了老师所传授的书本上的知识，而且锻炼了自己解决实际问题的能力。刚拿到题目时是在刚考完试之后，许多同学跟我一样都觉得无从下手，因为毕竟从来没有做过课程设计，就比如运用给定的参数计算出需要使