電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)電流可逆斬波電路MOSFET正文

1、電流可逆斬波電路（MOSFET）1 設(shè)計(jì)要求與方案 設(shè)計(jì)一電流可逆斬波電路（MOSFET），已知電源電壓為400V，反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載，其中R的值為5、L 的值為1 mH、E=350V，斬波電路輸出電壓250V。電流可逆斬波主電路原理圖如圖1.1所示。圖1.1 電流可逆斬波電路的原理圖及其工作波形a）電路圖 b）波形2 原理和參數(shù)2.1 設(shè)計(jì)原理如圖1.1：V1和VD1構(gòu)成降壓斬波電路，由電源向直流電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行，工作于第1象限；V2和VD2構(gòu)成升壓斬波電路，把直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電?dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第2象限。必須防止V1和V2同時(shí)導(dǎo)通而導(dǎo)致的電源短路。只作

2、降壓斬波器運(yùn)行時(shí)，V2和VD2總處于斷態(tài)；只作升壓斬波器運(yùn)行時(shí)，則V1和VD1總處于斷態(tài)；第3種工作方式：一個(gè)周期內(nèi)交替地作為降壓斬波電路和升壓斬波電路工作。當(dāng)降壓斬波電路或升壓斬波電路的電流斷續(xù)而為零時(shí)，使另一個(gè)斬波電路工作，讓電流反方向流過，這樣電動(dòng)機(jī)電樞回路總有電流流過。在一個(gè)周期內(nèi)，電樞電流沿正、負(fù)兩個(gè)方向流通，電流不斷，所以響應(yīng)很快。2.2 參數(shù)計(jì)算V1 gate 信號(hào)的參數(shù)：輸出Uo大小由降壓斬波電路決定，根據(jù)，已知Ui=400V，Uo=250V，不妨取T=0.001s，則ton=0.000625s，占空比為62.5%。V2 gate 信號(hào)的參數(shù)：由于電感只有1mH, 釋放磁場(chǎng)能的

3、時(shí)間不易計(jì)算，可在后面仿真時(shí)再確定。T=0.001s，占空比粗略地取為30%，V2 gate 信號(hào)觸發(fā)延時(shí)間：（62.5%+（1-30%）*0.001=0.000725s。 3驅(qū)動(dòng)電路分析與設(shè)計(jì)圖3.1 驅(qū)動(dòng)電路原理圖功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的要求是：（1）開關(guān)管開通瞬時(shí),驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)能提供足夠充電電流使MOSFET柵源極間電壓迅速上升到所需值,保證開關(guān)管能快速開通且不存在上升沿的高頻振蕩；（2）開關(guān)管導(dǎo)通期驅(qū)動(dòng)電路能保證MOSFET柵源極間電壓保持穩(wěn)定可靠導(dǎo)通；（3）關(guān)斷瞬間驅(qū)動(dòng)電路能提供一個(gè)盡可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓的快速泄放,保證開關(guān)管能快速關(guān)斷；（4）關(guān)斷期間驅(qū)動(dòng)電

4、路最好能提供一定的負(fù)電壓避免受到干擾產(chǎn)生誤導(dǎo)通; （5）另外要求驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠,損耗小,根據(jù)情況施加隔離。根據(jù)以上要求可設(shè)計(jì)上面圖3.1的磁脈沖驅(qū)動(dòng)電路。4 主電路設(shè)計(jì)按照?qǐng)D1.1 電路原理圖在matlab里面搭建下面圖4.1電流可逆斬波電路（MOSFET）電路圖。圖 4.1 電流可逆斬波電路（MOSFET）電路圖5建模與仿真5.1參數(shù)設(shè)定按照前面計(jì)算的參數(shù)，分別在對(duì)應(yīng)模塊設(shè)定參數(shù)。從仿真得到的電流波形中，找到iD1導(dǎo)通時(shí)間，即對(duì)應(yīng)負(fù)載電感釋放磁場(chǎng)能的時(shí)間，大約為10us。根據(jù)這一數(shù)值再來確定gate V2 信號(hào)的觸發(fā)延遲時(shí)間：0.001*62.5%+0.00001=0.000635s。

5、將所得參數(shù)設(shè)定到各模塊，如圖5.1和5.2。圖 5.1 電流可逆斬波電路（MOSFET）V1 gate信號(hào)參數(shù)圖 5.2 電流可逆斬波電路（MOSFET）V2 gate信號(hào)參數(shù)5.2 現(xiàn)象與分析設(shè)定完參數(shù)仿真得到圖5.3波形：電流波形與理論一致，但電壓波形出現(xiàn)了很大的毛刺。按照理論不應(yīng)該出現(xiàn)如此大的毛刺，初步推測(cè)可能是某模塊參數(shù)設(shè)定不合理。圖5.3 電流可逆斬波電路（MOSFET）輸出波形5.3 問題探討為了尋求問題答案，參考了做電流可逆斬波電路（IGBT）電路的同學(xué)仿真波形。于是我在自己電路圖中把MOSFET替換成IGBT，如圖5.4。仍然按照前面設(shè)定的參數(shù)，進(jìn)行仿真得到圖5.5所示波形。波

6、形效果非常理想，輸出電壓沒有出現(xiàn)毛刺。圖 5.4 電流可逆斬波電路（IGBT）電路圖圖 5.5 電流可逆斬波電路（IGBT）輸出波形圖通過以上電流可逆斬波電路用MOSFET和IGBT仿真波形的對(duì)比，我判斷是MOSFET參數(shù)設(shè)定不合理。通過查找相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，書上MOSFET仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)J(rèn)的參數(shù)與自己的不一致，如圖5.6和5.7。參照書上參數(shù)，重新設(shè)定MOSFET參數(shù)如圖5.7。圖 5.6 電流可逆斬波電路（MOSFET）MOSFET默認(rèn)參數(shù)圖 5.7 電流可逆斬波電路（MOSFET）MOSFET修改后參數(shù)圖 5.8 電流可逆斬波電路（MOSFET）修改參數(shù)后輸出波形圖修改了MOSFET參數(shù)，仿真得

7、到如圖5.8波形：沒有電流可逆斬波電路（IGBT）輸出電壓波形平整。但毛刺得到了相當(dāng)程度的抑制，波形較理想，符合設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)心得這次課程設(shè)計(jì)，題目要求難度并不大，原理上容易理解。但實(shí)際在MATLAB仿真的過程中我遇到了很多問題：首先在搭建模型時(shí)，對(duì)各模塊不是很熟悉，但參照了相關(guān)書籍后，最終還是順利地搭建起來了模型。其次在設(shè)定V2 gate 信號(hào)的觸發(fā)延遲時(shí)間時(shí)，由于負(fù)載電感只有1mH，釋放磁場(chǎng)能時(shí)間相當(dāng)短，在示波器的初始顯示界面不不易找到這個(gè)時(shí)間。最終通過對(duì)電路原理的透徹理解，結(jié)合波形在電流遞減過零點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了這一小段us級(jí)的時(shí)間。還有正確設(shè)定了gate 信號(hào)的參數(shù)后，電流可逆斬波電路中采用MOSFET和IGBT得到了不同的波形，參考書籍發(fā)現(xiàn)了自己所用MATLAB版本中MOSFET默認(rèn)參數(shù)不合理，修正后終于得到了預(yù)想的波形。此次課程設(shè)計(jì)鞏固了電力電子技術(shù)中電流可逆斬波電路的理論知識(shí)，還提升了自己運(yùn)用MATLAB分析問題的能力，最重要的是鍛煉了自己發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。參考文獻(xiàn)1王兆安.電力電子技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20092王云亮.電力電