純電阻升降壓斬波器課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)</p><p>　　題 目 MOSFET升壓斬波電路（純電阻負(fù)載）</p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　班 級(jí) 電子信息科學(xué)與技術(shù) <

2、;/p><p>　　指導(dǎo)教師 王淑玉 </p><p><b>　　引言3</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的：4</b></p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)內(nèi)容：4</b></p><p>　　

3、三、工作原理及參數(shù)計(jì)算：4</p><p>　　四、 參數(shù)計(jì)算、電路設(shè)計(jì)及波形分析：6</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)10</b></p><p>　　摘要:在現(xiàn)在我們所使用到能源中，電能占了很大的比重，它具有成本低廉，輸送方便，綠色環(huán)保，控制方便能很容易轉(zhuǎn)換成其他的信號(hào)等等。我們的日常生活已經(jīng)離不開(kāi)電了。在如今高能耗社會(huì)，合理的利

4、用電能，提高電能 品質(zhì)和用電效率成為了全球研究的當(dāng)務(wù)之急。而《電力電子技術(shù)》正是與這一主題相關(guān)聯(lián)的。MOSFET升壓斬波電路設(shè)計(jì)是里面的一部分，它開(kāi)關(guān)電源，與線性電源相比，具有綠色效率高，控制方便，智能化，易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。</p><p>　　MOSFET升壓斬波電路又稱為boost變換器，它對(duì)輸入電壓進(jìn)行升壓變換。通過(guò)控制電路的占空比即通過(guò)MOSFET來(lái)控制升壓斬波電路的輸出電壓。直流斬波電路作為將直流電變成

5、另一種固定電壓或可調(diào)電壓的 DC-DC 變換器 ,在直流傳動(dòng)系統(tǒng)、充電蓄電電路、開(kāi)關(guān)電源、電力電子變換裝置及各種用電設(shè)備中得到普通的應(yīng)用.隨之出現(xiàn)了諸如降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、復(fù)合斬波電路等多種方式的變換電路。直流斬波技術(shù)已被廣泛用于開(kāi)關(guān)電源及直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中，使其控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)、節(jié)約電能的效果。全控型電力電子器件MOSFET在牽引電傳動(dòng)電能傳輸與變換、有源濾波等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。</p>

6、<p>　　關(guān)鍵字:電能, MOSFET升壓斬波電路升壓變換,變換器,直流斬波技術(shù)</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　直流變換技術(shù)已被廣泛的應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源及直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中，如不間斷電源（UPS）、無(wú)軌電車(chē)、地鐵列車(chē)、蓄電池供電的機(jī)動(dòng)車(chē)輛的無(wú)級(jí)變速及20世紀(jì)80年代興起的電動(dòng)汽車(chē)的控制。從而使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性

7、能，并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。直流變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖-1所示。由于變速器的輸入是電網(wǎng)電壓經(jīng)不可控整流而來(lái)的直流電壓，所以直流斬波不僅能起到調(diào)壓的作用，同時(shí)還能起到有效地抑制網(wǎng)側(cè)諧波電流的作用。</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的：</b></p><p>　　1.培養(yǎng)文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Internet檢索需要的文獻(xiàn)資料。</p>&l

8、t;p>　　2.培養(yǎng)綜合分析問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。</p><p>　　3.培養(yǎng)運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力。</p><p>　　4.提高課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫(xiě)水平。</p><p>　　5.深入理解MOSFET組成升壓、降壓斬波電路的原理和應(yīng)用。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b><

9、/p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)MOSFET升壓斬波電路（純電阻負(fù)載）</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　1）輸入直流電壓：Ud=100V；</p><p>　　2）輸出功率： 300W；</p><p>　　3）開(kāi)關(guān)頻率： 5KHz；</p>&

10、lt;p>　　4）占空比： 10%~90%；</p><p>　　5）輸出電壓脈動(dòng)率：小于10%。 </p><p>　　三、工作原理及參數(shù)計(jì)算： </p><p><b>　　升壓斬波電路</b></p><p><b>　　原理圖如下：</b></p><p

11、><b>　　工作原理如下：</b></p><p>　　在控制開(kāi)關(guān)開(kāi)通期間，電流從電源正極流出，經(jīng)過(guò)電感從開(kāi)關(guān)流回電源負(fù)極。電容向供電，輸出電壓上正下負(fù)。電源電壓全部加到電感兩端，在該電壓作用下，電感電流線性增長(zhǎng)。在導(dǎo)通之間內(nèi)，電感電流增量為：</p><p>　　········

12、························（11）</p><p>　　在控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間，經(jīng)二極管流出，電感電壓極性將變成左負(fù)右正，認(rèn)為電感很大，不變。這樣，電源和電感

13、同時(shí)給電容和負(fù)載供電，負(fù)載兩端電壓仍是上正下負(fù)。電感電壓，電感電流線性減小。在關(guān)斷時(shí)間內(nèi)，電感電流減小量的絕對(duì)值為：</p><p>　　·······················&

14、#183;·（12）</p><p>　　當(dāng)電路工作在穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感電流波形必然周期性重復(fù)，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通期間電感電流的增量等于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電感電流的減少量，即</p><p>　　聯(lián)立（11）（12）式可得輸出電壓··············

15、3;······（13）</p><p>　　由上式可知，是一個(gè)小于1的數(shù)，故輸出電壓比輸入電壓大。</p><p>　　從能量守恒角度分析（假設(shè)電感足夠大，電流平直），電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感在開(kāi)關(guān)開(kāi)通期間吸收的能量（）與開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間釋放的能量（）相等。列出等式： 解得</p><p>　　下面確定電流連續(xù)的

16、臨界條件：</p><p>　　如果在時(shí)刻電感電流剛好降到0。則為電流連續(xù)與斷續(xù)的臨界工作狀態(tài)。此時(shí)··························&#

17、183;·······················（14）</p><p>　　升壓斬波電路的輸入輸出功率分別為：</p><p><b>　　、&

18、lt;/b></p><p>　　忽略損耗，有，于是····················（15）</p><p>　　聯(lián)立式（11）（14）（15）得臨界電感值為·

19、3;·······（16）</p><p><b>　　確定電容的計(jì)算</b></p><p>　　電容在關(guān)斷期間釋放的能量與開(kāi)通期間吸收的電荷相等，</p><p>　　則電壓變化量·······

20、3;·················（17）</p><p>　　則··············

21、3;··································（18）</p>

22、<p><b>　　可決定脈動(dòng)率。</b></p><p>　　參數(shù)計(jì)算、電路設(shè)計(jì)及波形分析：</p><p><b>　　升壓斬波電路</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求可選大小為的直流電壓源，選取降壓斬波電路的占空比為。則輸出電壓，輸出功率，要求輸出功率為，可計(jì)算出負(fù)載電阻。電壓控制電壓源和脈沖電壓

23、源可組成MOSFET功率開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　計(jì)算：由式（16），周期可由開(kāi)關(guān)頻率得出為，把、、代入上式得出，當(dāng)時(shí)，工作在連續(xù)狀態(tài)下。電感越大時(shí)，電感電流越平直。取。</p><p>　　計(jì)算：由式（18），要求脈動(dòng)率，取，計(jì)算，代入上式計(jì)算出，濾波電容越大，輸出電壓越平直，可取電容。</p><p>　　用Multisim軟件畫(huà)出電路圖如下：<

24、;/p><p>　　由上圖可看出，輸出功率接近，輸出電壓接近，基本符合要求。</p><p>　　占空比通過(guò)設(shè)置脈沖電壓源參數(shù)來(lái)控制：</p><p>　　用示波器觀察脈沖波形如下：</p><p>　　用示波器觀察輸出電壓的波形如下：</p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p>

25、<p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)讓我更加的深刻的理解了斬波器的原理，從而由斬波器這個(gè)小小的器件體會(huì)到了電力電子這門(mén)學(xué)科的重要性。課程設(shè)計(jì)不僅需要靈活的運(yùn)用書(shū)本上以及課堂上的知識(shí)，還需要自己運(yùn)用電腦上網(wǎng)搜索相關(guān)信心和操作相關(guān)的軟件來(lái)更好的達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。這讓我不僅鞏固了老師所傳授的書(shū)本上的知識(shí)，而且鍛煉了自己解決實(shí)際問(wèn)題的能力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></

26、p><p>　　[1]王兆安，劉進(jìn)軍，電力電子技術(shù)[M].第五版.北京：機(jī)械工業(yè)出版，2009:119-123.</p><p>　　[2]樊立平，王忠慶，電力電子技術(shù)[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版，北京大學(xué)出版社,2006:116-119.</p><p>　　[3]曲學(xué)基，曲敬鎧，于明揚(yáng)，電力電子整流計(jì)算及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008:192-196.

27、</p><p>　　[4]黃家善，王廷才，電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，2000：193.</p><p>　　[5]何希才，新型開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用．北京：科學(xué)出版社，2001:168.</p><p>　　[6]阮新波，嚴(yán)仰光，直流開(kāi)關(guān)電源的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)．北京：科學(xué)出版社，2000：166.</p><p>　　[7]汝全，電子技

28、術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè)．機(jī)械工業(yè)出版社，2000：136. </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　我知道電力電子技術(shù)是一門(mén)基礎(chǔ)性和支持很強(qiáng)的技術(shù)，但我真正體會(huì)到這一點(diǎn)卻是在這次課設(shè)的過(guò)程中。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì) ，我對(duì)電力電子技術(shù)這門(mén)課有了很深的了解，對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)有個(gè)更好的掌握。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)，我所設(shè)計(jì)的是

29、三相橋式全控整流電路，開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)我遇到了很多的問(wèn)題，使我有種很深的無(wú)助感。好在后來(lái)經(jīng)過(guò)仔細(xì)查閱資料，各類圖書(shū)，以及老師和同學(xué)的幫助，我順利完成了課設(shè)中的任務(wù)。</p><p>　　在此我要感謝我的指導(dǎo)老師xx老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)，感謝xx老師在百忙之中給我的幫助。在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中我培養(yǎng)了自己獨(dú)立工作的能力，給自己的未來(lái)樹(shù)立了信心，我相信它會(huì)對(duì)我今后的工作、學(xué)習(xí)、生活產(chǎn)生重要影響，我相信這次的課程設(shè)計(jì)會(huì)讓我終身收益