MOSFET升压斩波电路主电路设计1.doc

前言

任务：用MOSFET晶体管设计升压斩波电路（纯阻性负载）。
本文设计的是一个可调的直流升压斩波电源，利用MOSFET升压直流斩波电路原理。所谓直流斩波电路的功能就是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直流-直流变换器（DC/DCConverter）。直流升压斩波电路实际上采用的就是PWM技术。PMW控制方式是目前采用最广泛的一种控制方式，它具有良好的调整特性。随着电子技术的发展，近年来已发展各种集成控制芯片，这种芯片只需要外接少量元器件就可以工作，这不但简化设计，还大幅度的减少元器件数量、连线和焊点。直流斩波电路的控制电路一专用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。

MOSFET工作原理
当漏极接电源正极，源极接电源负极，栅极之间电压为零或负时，P型区和N-型漂移区之间的PN结反向，漏极之间无电流流过。如果在栅极和源极加正向电压UGS，由于栅极是绝缘的，不会有栅流。但栅极的正电压所形成电场的感应作用却会将其下面P型区中的少数载流子电子吸引到栅极下面的P型区表面。当UGS大于某一电压值UT时，栅极下面P型区表面的电子浓度将超过空穴浓度，形成N型半导体，沟通了漏极和源极，形成漏极电流ID.电压UT称为开启电压，UGS超过UT越多，导电能力越强，漏极电流ID越大。

第一章MOSFE升压斩波电路设计供电方案的选定
1.1系统框图：

触发电路
保护电路
波滤
升压斩波电路
变压
电源

1.2给定指标
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.输出电压脉率：小于10%

1.3设计任务说明书要求
1.供电电路的选择
2.整流电路的选择
3.所有电力电子器件的选择
4.保护电路的设计
5.触发电路的设计
6.画出完整的主电路原理图和控制电路的原理图

1.4具体的供电方案

图1直流斩波电路主电路的设计
第二章MOSFET升压斩波电路主电路设计

2.1主电路原理图：

图2

2.2变压器二次侧电压的计算
滤波后的直流输入电压Ud为：Ud=0.9Ud1=50v
整流电压平均值Ud1为：Ud1=0.9U2[(1+COSπ/2)/2]=56v
变压器二次侧电压U2为：U2=123V
晶闸管的触发角是π/2

2.3变压器一、二侧电流的计算
变压器一侧交流电压为220V
变压器的匝数比为：N1/N2=U1/U2=220/123=1.79
变压器二次侧电流I2为：由P=I22R，其中的P=300W，其中的纯电阻为200Ω.得：I2=1.732A
变压器一次侧电流I1为：由N1/N2=U1/U2=I2/I1得：I1=0.97A

2.4变压器容量的计算
变压器容量S为：S=U2I2=213V.A

2.5变压器型号的选择
根据计算结果，选择变匝数比为1.79、容量S为213V.A的变压器就可以满足电路的要求。

第三章MOSFET升压斩波电路元件的选择
3.1.整流元件中电压、电流最大值的计算
流过晶闸管的最大正向电压UVTmax=0.5Ud1=19.80V
流过晶闸管的最大电流IVTmax=IVT=I2=1.732

3.2整流元件型号的选择
根据计算结果，选择最大电压UVTmax=19.80V、最大电流IVTmax=1.73A的晶闸管就可以满足电路的要求。

第四章保护元件的选择

4.1变压器二次侧熔断器的选择
变压器二次侧熔断熔断电流I熔=1.2I2=2.078A，根据计算结果，选择熔断电流I熔=2.078A的熔断器就可以满足电路的要求。

4.2晶闸管MOSFET保护电路选择
本设计中的保护电路选择是缓冲电路，其作用是抑制电力电子器件的内部因过电压、du/dt或者过电流和di/dt,减少器件的开关损耗。

4.3保护电路原理图及其工作原理

图3缓冲电路的原理图
当电力电子器件的内部出现过电压、过电流时。缓冲电路会吸收多余的电能，也就是无功功率，减少器件的开通损耗，从而达到保护电路的作用。

第五章MOSFET升压斩波电路的相控触发电路

5.1相控触发电路原理图

图4常见晶闸管触发电路

5.2相控触发芯片的选择主要有3个二极管组成，4个电阻，2个NPN型晶闸管，一个脉冲变压器TM。

5.3相控触发电路的工作原理
V1、V2构成脉冲放大环节，脉冲变压器TM和附属电路构成脉冲输出环节；V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲；VD1和R3是为了V1、V2由导通变为截至时脉冲变压器TM释放其储存能力而设。
第六章MOSFET升压斩波电路设计总设计结果