电力电子升压斩波电路课程设计
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武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书 1 目录 摘要................................................................................................................................ 2 1.主电路设计................................................................................................................. 3 1.1 MOSFET升压斩波电路原理图 ..................................................................... 3 1.2 MOSFET升压斩波电路工作原理 ................................................................. 3 1.3 MOSFET升压斩波电路元器件选择、参数确定 ......................................... 5 1.4 MOSFET升压斩波电路典型波形 ................................................................. 6 1.5 晶闸管的触发电路......................................................................................... 6 1.6 驱动电路......................................................................................................... 8 1.7升压斩波电路的主电路设计.......................................................................... 9 2.控制电路设计........................................................................................................... 10 2.1控制电路原理图............................................................................................ 10 2.2控制电路工作原理........................................................................................ 10 3.仿真结果................................................................................................................... 12 4.心得体会................................................................................................................... 14 5. 参考文献................................................................................................................. 15 武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书
2 摘要
直流直流升压电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的 DC-DC 变换器 ,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电路、升降压电路、复合电路等多种方式的变换电路。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。 早期的直流装换电路，电路复杂、功率损耗、体积大，使用不方便。晶闸管的出现为这种电路的设计又提供了一种选择。晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。它电路简单体积小，便于集成；功率损耗少，符合当今社会生产的要求；所以在直流转换电路中使用晶闸管是一种很好的选择。 直流斩波电路的种类较多，包括6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。利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路。本文着重解决用MOSFET作开关的升压斩波电路。 武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书
3 1.主电路设计 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=50V； 2）输出功率： 300W； 3）开关频率： 5KHz； 4）占空比： 10%-50%； 5）输出电压脉动率：小于10%。
1.1 MOSFET升压斩波电路原理图 MOSFET升压斩波电路原理图如图1所示，
图1 MOSFET升压斩波主电路原理图 1.2 MOSFET升压斩波电路工作原理 在控制开关开通期间ont，电流从电源正极流出，经过电感从开关流回电源负极。电容C向R供电，输出电压oU上正下负。电源电压iU全部加到电感两端
LiuU，在该电压作用下，电感电流Li线性增长。在导通之间内，电感电流增量为： 武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书 4 0ontiii
LonUUUidttTLLL
1-1
在控制开关关断期间offt，Li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，Li不变。这样，电源和电感同时给电容C和负载R供电，负载两端电压仍是上正下负。电感电压0LiouUU，电感电流Li线性减小。在关断时间offt内，电感电流减小量的绝对值为：
1onToioiLtUUUUidtTLL
1-2
当电路工作在稳态时，电感电流Li波形必然周期性重复，开关导通期间电感电流Li的增量等于开关断开时电感电流Li的减少量，即LLii。 联立可得输出电压 11oiUU 1-3
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（ionUIt）与开关关断期间释放的能量（()oioffUUIt）相等。列出等式： ()ionoioffUItUUIt 1-4
解得,
011iUU
1-5
下面确定电流连续的临界条件： 如果在T时刻电感电流Li刚好降到0。则为电流连续与断续的临界工作状态。此时2Lii 升压斩波电路的输入输出功率分别为：
iiLPUI 1-6
oooPUI 1-7 忽略损耗，有ioPP，于是, 武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书 5 011LooiUIIIU 1-8
得临界电感值为, 2(1)2CRLT 1-9
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，
oQIT 1-10
则电压变化量 ooo
ITUTQUCCRC
1-11
则 oo
UTCRU
1-12
oU可决定脉动率。
1.3 MOSFET升压斩波电路元器件选择、参数确定 根据设计要求可选大小为50V的直流电压源; 选取降压斩波电路的占空比为50%; 则输出电压VU1000;
输出功率2ooUPR，要求输出功率为300W，可计算出负载电阻3.33R; 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CL：由式2(1)2CRLT，周期T可由开关频率5KHz得出为4210s，
把oU、、oP代入上式得出HLc3104.0。 当CLL时，工作在连续状态下。电感越大时，电感电流越平直。取HL3104.0。 武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书 6 计算C：由式ooUTCRU，要求脉动率10%，取10%; 计算VUU10%100; 代入上式计算出FC5103，滤波电容越大，输出电压越平直。
1.4 MOSFET升压斩波电路典型波形 MOSFET主电路典型波形如图2所示，
图2 MOSFET主电路典型波形 1.5 晶闸管的触发电路 作用：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。广义上讲，还包括对其触发时刻进行控制的相位控制电路。 晶闸管触发电路应满足下列要求： 1、触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通（结合擎住电流的概念） 2、触发脉冲应有足够的幅度 3、不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内 4、应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离
