降压升压斩波电路的课程设计.doc

MOSFET降压、升压斩波设计

一、问题的提出与简述

直流斩波电路〔DCChopper〕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，也称为直接直流—直流变换器〔DC/DCConverter〕。直流斩波电路的种类较多，包括6种根本斩波电路：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。利用不同的根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作开关的降压、升压斩波电路。

二、设计目的

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、原理

Ⅰ、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，到达最大值。

···········(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，改变输出电压的方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，改变占空比那么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，，那么吸收的能量为，内，，那么释放的能量为。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。那么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，那么

····················(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。

Ⅱ、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