MOSFET降压斩波电路设计..docx

题 目MOSFET降压斩波电路设计姓 名学 号班 级指导老师日期前 言直流-直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流电变流电路和间接直流电变流电路。直接直流电变流电路也称斩波电路，它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。直流斩波电路的种类有很多，包括六种基本斩波电路：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，利用不同的斩波电路的组合可以构成符合斩波电路，如电流可逆斩波电路，桥式可逆斩波电路等。利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。目录1.设计要求与方案11.1 设计要求11.2 设计方案12降压斩波电路设计方案22.1降压斩波电路原理图22.2降压斩波电路工作原理图23 MOSFET驱动电路设计33.1驱动电路方案选择33.2 驱动电路原理44保护电路54.1过电压保护54.2过电流保护65电路各元件的参数设定65.1 MOSFET简介65.1.1功率MOSFET的结构75.1.2功率MOSFET的工作原理75.2各元件参数计算86系统仿真及结论96.1 仿真电路及其仿真结果96.2仿真结果分析15总结15参考文献16MOSFET降压斩波电路设计1.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。输入直流电压Ud=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。控电路 驱动电路 主电路图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。2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，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，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。图3 降压斩波电路的工作波形至一个周期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）（2.2）负载电流平均值为式中，ton为MOSFET处于通态的时间；toff为MOSFET处于断态的时间；T为开关周期；为导通占空比。由式（1.1）可知，输出到负载的电压平均值Uo最大为U，减小占空比，Uo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。3 MOSFET驱动电路设计3.1驱动电路方案选择该驱动部分是连接控制部分和主电路的桥梁，该部分主要完成以下几个功能：(1)提供适当的正向和反向输出电压，使电力MOSFE 管可靠的开通和关断；(2)提供足够大的瞬态功率或瞬时电流，使MOSFET能迅速建立栅控电场而导通；(3)尽可能小的输入输出延迟时间，以提高工作效率