MOSFET升压斩波电路解析

长春工业大学

电力电子技术课程设计

题目：MOSFET升压斩波电路

院（系）：电气与电子工程学院

班级： 110310

学号： 20111211

姓名：沈永来

指导教师：林志琦

时间：2014.1.6--2014.1.10

设计说明

任务: 用MOSFET晶体管设计升压斩波电路。

本次课程利用MOSFET晶体管升压斩波电路的基本原理,设计一个可调控的斩波电路.斩波器的电能变换为功能是由电力电子器件的通断控制实现的.通过电力电子器件的开关作用,将恒定的直流电压变为可调控的直流电压,或将变化的直流电压变换为恒定的直流电压的电力电子电路,称为直流斩波电路,相应的装置称为斩波器.斩波器具有效率高,体积小,重量轻,成本低等优点,广泛用于直流牵引变速拖动系统,可调整直流开关电源,无轨电车,地铁列车中.直流升压斩波电路实际上就是利用PWM技术,在斩波电路中,输入电压是固定不变的,通过开关的开通时间与关断时间,即可控制输出电压的平均值.

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U GS，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U GS大于某一电压值U T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I D.电压U T称为开启电压，U GS超过U T越多，导电能力越强，漏极电流I D越大.

关键字电能 MOSFET升压斩波电路

升压变换变换器直流斩波技术

一．设计要求与方案

一、设计的技术数据

1、交流电源：单相220V；

2、前级整流输出输电压：U d=50V～80V；

3、输出功率：300W；

4、开关频率5KHz；

5、占空比10%~90%；

6、输出电压脉率：小于10%。

二、设计内容及要求

1、方案论证及选择；

2、主电路设计（包括整流电路设计及器件的具体型号；斩波电路设计，器件选择及型号

确定，电感电容估算等）

3、控制电路设计（触发电路的选择与设计电路，如：PWM控制芯片SG3525）；

4、驱动电路设计（如IR2125，三菱Ｍ579系列或其他系列等）；

5、总结及心得体会；

6、参考文献；

7、完成电路原理图1份。

1.2 设计方案

电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路、保护电路及以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电路电子器件的导通或者关断，来完成整个系统的功能。

1.根据MOSFET升压斩波电路设计任务要求设计主电路、驱动电路。其结构框图如图1所示。

图1 电路结构图

在图1结构框图中，控制电路用来产生MOSFET 升压斩波电路的控制信号，控制电路产生的控制信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换为加在MOSFET 控制端与公共端之间，可以使其开通或关断的信号。通过控制MOSFET 的开通和关断来控制MOSFET 升压斩波电路工作。控制电路中保护电路是用来保护电路，防止电路产生过电流、过电压现象而损坏电路设备。

2.主电路设计方案：

二．各主电路的组成

2.1整流电路的设计

整流电路尤其是单相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应

用最为广泛的电路。不仅应用于工业，也广泛应用于交通运输，电力系统，通信系统，能源系统等其他领域。本实验装置采用单相桥式全控整流电路（所接负载为纯电阻负载）。

2

cos 129.0)(sin 221αωωππ

α+==⎰

U t td U U d

在单项桥式全控整流电路中，晶闸管 VT1 和 VT4 组成一对桥臂，VT2 和 VT3 组 成另一对桥臂。在 u2 正半周（即 a 点电位高于 b 点电位） ，若 4 个晶闸管均不导 通，负载电流 id 为零，ud 也为零，VT1、VT4 串联承受电压 u2，设 VT1 和 VT4 的漏电 阻相等，则各承受 u2 的一半。若在触发角α处给 VT1 和 VT4 加触发脉冲，VT1、 VT4 即导通，电流从 a 端经 VT1、R 、VT4 流回电源 b 端。当 u2 为零时，流经晶闸管 的电流也降到零，VT1 和 VT4 关断。

在 u2 负半周，仍在触发延迟角α处触发 VT2 和 VT3（VT2 和 VT3 的α=0 处为ω t=π） ，VT2

和 VT3 导通，电流从电源的 b 端流出，经 VT3、R 、VT2 流回电源 a 端。 到 u2 过零时，电流又降为零，VT2 和 VT3 关断。此后又是 VT1 和 VT4 导通。如此循环工作下去。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为2

2

U2和2U2。

整流电压平均值为

向负载输电流平均值为

流过晶闸管的电流平均值为

I

I d dvT

21=R U d

d I

=整流电路波形图

:

2.1.1 晶闸管触发电路的设计

1. TCA785芯片介绍

TCA785是德国西门子(Siemens)公司于1988年前后开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路，，它对零点的识别更加可靠，输出脉冲的齐整度更好，而移相范围更宽，且由于它输出脉冲的宽度可人为自由调节，所以适用范围较广。

（1）引脚排列、各引脚的功能及用法

TCA785是双列直插式16引脚大规模集成电路。它的引脚排列如图所示。

TCA785的引脚排列

各引脚的名称、功能及用法如下：

引脚16(VS)：电源端。

引脚1(OS)：接地端。

引脚4(Q1)和2(Q2)：输出脉冲1与2的非端。

引脚14(Q1)和15(Q2)：输出脉冲1和2端。

引脚13(L)：非输出脉冲宽度控制端。

引脚12(C12)：输出Q1、Q2脉宽控制端。

引脚11(V11)：输出脉冲Q1、Q2或Q1、Q2移相控制直流电压输入端。

引脚10(C10)：外接锯齿波电容连接端。

引脚9(R9)：锯齿波电阻连接端。

引脚8(VREF)：TCA785自身输出的高稳定基准电压端。

引脚7(QZ)和3(QV)：TCA785输出的两个逻辑脉冲信号端。

引脚6(I)：脉冲信号禁止端。

引脚5(VSYNC)：