电气工程技术交底大全报告MOSFET升压斩波电路设计.doc

-. z.目录一、绪论 11.1 直流斩波电路简介 11.2 MOSFET 简介11.3 SG3525 简介 11.4 仿真软件介绍 2二、MOSFET 升压斩波电路设计要求及案 32.1 设计要求 32.2 设计课题总体案介绍及工作原理说明 32.3 设计案各电路简介 3三、MOSFET 升压斩波主电路设计 43.1 电容滤波单相不可控整流电路 43.2 MOSFET 升压斩波电路 5四、控制电路与保护电路设计 74.1 MOSFET 驱动电路 74.2 保护电路 8五、总体电路原理图及其说明 95.1 总体电路原理图95.2 MATLAB 仿真电路图 105.3 仿真波形图 105.4 波形分析 11六、结论 11-. z.参考文献 11-. z.一、绪论1.1 直流斩波电路简介直流斩波电路DC Chopper ，也称直接变流电路，它的的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流。直流斩波的电路的种类较多，包括六种根本电路：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 Zata 斩波电路。直流斩波电路在直流传动系统、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斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种式的变换电路。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。1.2 MOSFET 简介MOSFET 是金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管，是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。MOSFET 依照其“通道的极性不同，可分为 N 沟道型与 P 沟道型的 MOSFET，通常又称为NMOSFET 与 PMOSFET，其他简称尚包括 NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET 等。1.3 SG3525 简介随着电能变换技术的开展，功率 MOSFET 在开关变换器中开场广泛使用，为此美国硅通用半导体公司 Silicon General推出 SG3525。SG3525 是用于驱动-. z.N 沟道功率 MOSFET。SG3525 是电流控制型 PWM 控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反响电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进展比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于构造上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。1.4 仿真软件介绍 MultisimMultisim 是美国仪器NI*推出的以 Windows 为根底的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用 Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进展仿真。Multisim 软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进展设计和验证。凭借 NI Multisim，可以立即创立具有完整组件库的电路图，并利用工业标准 SPICE 模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE 分析和虚拟仪器，能在设计流程中提早对电路设计进展的迅速验证，从而缩短建模循环。与 NI LabEW 和 SignalE*press 软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建。 MATLABMATLAB 是由美国 matworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交-. z.互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进展有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计如C、Fortran的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB 和 mathmatics、Maple、Math CAD 并称为四大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算面首屈一指。MATLAB 可以进展矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创立用户界面、连 matlab 开发工作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB 的根本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 来解算问题要比用 C，FORTRAN 等语言完成一样的事情简捷得多，并且 MATLAB 也吸收了像 Maple 等软件的优点，使MATLAB 成为一个强大的数学软件。在新的版本中也参加了对C，FORTRAN，C+，JAVA 的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到 MATLAB 函数库中便自己以后调用，此外多的 MATLAB 爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进展下载就可以使用。二、MOSFET 升压斩波电路设计要求及案2.1 设计要求1、输入直流电压：50V2、输出功率：300W-. z.3、开关频率：5KHz4、占空比：10%50%5、输出电压脉率：小于 10%2.2 设计课题总体案介绍及工作原理说明总体案整流电路电源MOSFET斩波电路负载保护电路触发电路图 2-1 MOSFET 升压斩波电路根本组成框图2.3 设计案各电路简介电容滤波单相不可控整流电路电容滤波单相不可控整流电路常用于小功率单相交流输入场合。本设计中采用的是单相桥式接法，其作用是将直接输入的 220V 交流电压转变为我们所需大小的直流电压，然后提供给 MOSFET 升压斩波局部作为输入。 MOSFET 斩波电路-. z.MOSFET 斩波电路是被设计的核心局部，而其核心器件又是 MOSFET。本局部是通过触发电路控制 MOSFET 的开启与关断，再利用电感和电容的储能作用实现升压功能的。触发电路本设计的触发电路是基于 SG3525 控制芯片设计的。由于 SG3525 的输出驱动电路是低阻抗的，而功率 MOSFET 的输入阻抗很高，因此输出端管脚 11 和输出端 B 管脚与 MOSFET 的栅极之间无须串接限流电阻和加速电容，就可以直接推动功率 MOSFET。保护电路保护电路是防止电压或电流过大造成元器件的的损坏而导致电路不能正常工作。三、MOSFET 升压斩波主电路设计3.1 电容滤波单相不可控整流电路电路原理图-. z.图 3-1 电容滤波单相不可控整流电路图电路原理及其工作波形在 U2的正半轴过零点至 (t)=0 的期间，因为 UdU2,故二极管均不导通，此阶段电容 C 向 R 放电，提供负载所需的电流，同时 Ud下降。至 (t)=0 之后，U2将超过 Ud，使得 VD1 和 VD4 开通，Ud=U2，交流电源向电容充电，同时向负载 R 供电，如图 3。图 3-2 电容滤波单相不可控整流电路波形图主要的数量关系1.输出电压平均值空载时，R=，输出电压最大，Ud =2U2。重载时，R 很小，电容放电很快，几乎失去储能作用。随着负载加重，U逐渐趋近于 0.9U2，即趋近于电阻负载特性。在设计时根据负载的情况选择电容 C,使，T 为交流电源的TRC5 . 25 . 1期，此时输出电压为：-. z.则：3.2 MOSFET 升压斩波电路 电路原理图MOSFET 升压斩波电路原理图如图 33 所示。图 3-3 MOSFET 升压斩波电路电路原理及其工作波形假设电路中电感 L 和电感 C 的值很大。当 MOS 管处于通态时，电源 E 向电感 L 充电，当充电电流根本恒定为I1，同时电容 C 上的电压向负载 R 供电。因为 C 的值很大，根本保持输出电压u0为恒值。当 MOS 管处于断态时，电源 E 和电感 L 共同向电容 C 充电并向负载 R 提供能量。设 MOS 管处于通态的时间为 ton，此期间电感 L 上积蓄的能量为 EI1toff。设 MOS 管处于断态的时间为 toff，此期间电感 L 释放的能量为(U0-E) I1toff。当电路工作处于稳态时，一个期 T 中电感积蓄的能量与释放的能量相等，即： 3-1offontIEUtEI101化简得： 3-2EtTtttUoffoffoffon0波形如图 5。图 3-4 MOSFET 升压斩波电路波形-. z.主要的数量关系用占空比的形势表示输出电压： 3-3EU110本设计中取占空比 =50%，则：输出电流的平均值为：负载电阻的阻值为： 四、控制电路与保护电路设计4.1 MOSFET 驱动电路驱动电路原理图图 4-1 MOSFET 驱动电路图 电路工作原理SG3525 是电流控制型 PWM 控制芯片，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反响电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进展比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于构造上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。 当 SG3525 芯片工作时，会从输出端口引脚 11 和引脚 14 输出 PWM 信号。由于 SG3525 的输出驱动电路是低阻抗的，而功率 MOSFET 的输入阻抗很高，因此输出端引脚 11 和引脚与 MOSFET 的栅极之间无须串接限流电阻和加速电-. z.容，就可以直接推动功率 MOSFET。4.2 保护电路变压器的保护1.参数计算变压器二次侧电流为：电流有效值：A355. 257. 15 . 1考虑有一定的余量，FU2 可以选用 5A 的熔断器变压器的变压比为：11021变压器一次侧电流 ：AAI45. 011021355. 21考虑有一定的余量，FU1 可以选用 3A2.变压器保护电路原理图图 4-2 变压器保护电路原理图五、总体电路原理图及其说明5.1 总体电路原理图图 5-1 总体电路原理图5.2 MATLAB 仿真电路图图 5-2 MATLAB 仿真电路图5.3 仿真波形图图 5-3 MATLAB 仿真波形图-. z.5.4 波形分析输出电压：U=100V输出电压围：98V101V电压脉率：经计算可知，输出电压脉率小于 10%，满足设计要求。六、结论本课程设计就 MOSFET 升压斩波电路进展设计，使用 MATLAB 软件进展了仿真，验证了设计的合理性和可行性。具体容包括：1设计了 MOSFET 升压斩波电路；2根据设计任务指标直流斩波电路的控制电路用 PWM 控制芯片 SG3525为核心构成，控制电路输出占空比可调的矩形波；3利用 MATLAB 软件进展了仿真，仿真结果说明：通过控制电路的占空比即通过 MOSFET 来控制升压斩波电路的输出电压；通过这次设计，我根本掌握了 MOSFET 升压斩波电路的设计。MOSFET 升压斩波电路又称为 BOOST 变换器，它对输入电压进展升压变换。通过控制电路的占空比即通过 MOSFET 来控制升压斩波电路的输出电压。并能够熟练利用MATLAB 软件进展仿真，利用 MOSFET 升压直流斩波电路原理,将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，控制电路输出占空比可调的矩形波。此次课程设计让我受益匪浅。参考文献1 源生.电路与模拟电子技术 M .：电子工业,2007.102 安.进军.电力电子技术 M .：机械工业,2008.123 洪乃刚.电力电子和电力拖动 MATLAB 仿真M.：机械工业，2006.4兆安.电力电子技术M.:机械工业,2000.-. z.5郭晓红.电机与拖动课程教学中的创新探讨J.电力学报,2008.6志佳.电力拖动控制系统中的仿真教学J.时代教育(教育教学版),2009.7 莹,奎.电力系统自动化M.:中国电力,2004.8 郭毅军,丽.MOSFET 的驱动保护电路的设计与应用J.电子设计工程. 2012.9 伯时.电力拖动自动控制系统M.:机械工业,2000.10 Sachdev M S,et al.IEEE Tutorial Course Microprocessor Relays and ProtectionSystemsM.NewYork:The Institute of Electrical and Electronics Engineering,Inc,1987.11 OCONNELL TC，KREINPT.A Schwarz-Christoffel-based analyticalmethod for electric machine field analysisJ.IEEE Transactions on Energy Conversion,2009.12 Zhuzq，Howed.Analytical prediction of the cogging torque in radial-field permanent magnet brushless motorsJ .IEEE Transactions on Magnetics,2008.