电力电子技术课程设计电流可逆斩波电路MOSFET正文

1、电流可逆斩波电路（MOSFET）1 设计要求与方案 设计一电流可逆斩波电路（MOSFET），已知电源电压为400V，反电动势负载，其中R的值为5、L 的值为1 mH、E=350V，斩波电路输出电压250V。电流可逆斩波主电路原理图如图1.1所示。图1.1 电流可逆斩波电路的原理图及其工作波形a）电路图 b）波形2 原理和参数2.1 设计原理如图1.1：V1和VD1构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第1象限；V2和VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第2象限。必须防止V1和V2同时导通而导致的电源短路。只作

2、降压斩波器运行时，V2和VD2总处于断态；只作升压斩波器运行时，则V1和VD1总处于断态；第3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作。当降压斩波电路或升压斩波电路的电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向流过，这样电动机电枢回路总有电流流过。在一个周期内，电枢电流沿正、负两个方向流通，电流不断，所以响应很快。2.2 参数计算V1 gate 信号的参数：输出Uo大小由降压斩波电路决定，根据，已知Ui=400V，Uo=250V，不妨取T=0.001s，则ton=0.000625s，占空比为62.5%。V2 gate 信号的参数：由于电感只有1mH, 释放磁场能的

3、时间不易计算，可在后面仿真时再确定。T=0.001s，占空比粗略地取为30%，V2 gate 信号触发延时间：（62.5%+（1-30%）*0.001=0.000725s。 3驱动电路分析与设计图3.1 驱动电路原理图功率MOSFET驱动电路的要求是：（1）开关管开通瞬时,驱动电路应能提供足够充电电流使MOSFET栅源极间电压迅速上升到所需值,保证开关管能快速开通且不存在上升沿的高频振荡；（2）开关管导通期驱动电路能保证MOSFET栅源极间电压保持稳定可靠导通；（3）关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压的快速泄放,保证开关管能快速关断；（4）关断期间驱动电

4、路最好能提供一定的负电压避免受到干扰产生误导通; （5）另外要求驱动电路结构简单可靠,损耗小,根据情况施加隔离。根据以上要求可设计上面图3.1的磁脉冲驱动电路。4 主电路设计按照图1.1 电路原理图在matlab里面搭建下面图4.1电流可逆斩波电路（MOSFET）电路图。图 4.1 电流可逆斩波电路（MOSFET）电路图5建模与仿真5.1参数设定按照前面计算的参数，分别在对应模块设定参数。从仿真得到的电流波形中，找到iD1导通时间，即对应负载电感释放磁场能的时间，大约为10us。根据这一数值再来确定gate V2 信号的触发延迟时间：0.001*62.5%+0.00001=0.000635s。

5、将所得参数设定到各模块，如图5.1和5.2。图 5.1 电流可逆斩波电路（MOSFET）V1 gate信号参数图 5.2 电流可逆斩波电路（MOSFET）V2 gate信号参数5.2 现象与分析设定完参数仿真得到图5.3波形：电流波形与理论一致，但电压波形出现了很大的毛刺。按照理论不应该出现如此大的毛刺，初步推测可能是某模块参数设定不合理。图5.3 电流可逆斩波电路（MOSFET）输出波形5.3 问题探讨为了寻求问题答案，参考了做电流可逆斩波电路（IGBT）电路的同学仿真波形。于是我在自己电路图中把MOSFET替换成IGBT，如图5.4。仍然按照前面设定的参数，进行仿真得到图5.5所示波形。波

6、形效果非常理想，输出电压没有出现毛刺。图 5.4 电流可逆斩波电路（IGBT）电路图图 5.5 电流可逆斩波电路（IGBT）输出波形图通过以上电流可逆斩波电路用MOSFET和IGBT仿真波形的对比，我判断是MOSFET参数设定不合理。通过查找相关资料发现，书上MOSFET仿真实验默认的参数与自己的不一致，如图5.6和5.7。参照书上参数，重新设定MOSFET参数如图5.7。图 5.6 电流可逆斩波电路（MOSFET）MOSFET默认参数图 5.7 电流可逆斩波电路（MOSFET）MOSFET修改后参数图 5.8 电流可逆斩波电路（MOSFET）修改参数后输出波形图修改了MOSFET参数，仿真得

7、到如图5.8波形：没有电流可逆斩波电路（IGBT）输出电压波形平整。但毛刺得到了相当程度的抑制，波形较理想，符合设计要求。设计心得这次课程设计，题目要求难度并不大，原理上容易理解。但实际在MATLAB仿真的过程中我遇到了很多问题：首先在搭建模型时，对各模块不是很熟悉，但参照了相关书籍后，最终还是顺利地搭建起来了模型。其次在设定V2 gate 信号的触发延迟时间时，由于负载电感只有1mH，释放磁场能时间相当短，在示波器的初始显示界面不不易找到这个时间。最终通过对电路原理的透彻理解，结合波形在电流递减过零点发现了这一小段us级的时间。还有正确设定了gate 信号的参数后，电流可逆斩波电路中采用MOSFET和IGBT得到了不同的波形，参考书籍发现了自己所用MATLAB版本中MOSFET默认参数不合理，修正后终于得到了预想的波形。此次课程设计巩固了电力电子技术中电流可逆斩波电路的理论知识，还提升了自己运用MATLAB分析问题的能力，最重要的是锻炼了自己发现问题解决问题的能力。参考文献1王兆安.电力电子技术.北京:机械工业出版社,20092王云亮.电力电