电力电子技术课程设计-mosfet降压斩波电路设计纯电阻负载(编辑修改稿)

电力电子技术课程设计-mosfet降压斩波电路设计纯电阻负载(编辑修改稿)内容摘要：

式中 : tC , tR 分别是与脚 脚 6 相连的振荡器的电容和电阻； dR 是与脚 7 相连的放电端电阻值。 根据任务要求需要频率为 5kHz，所以由上式可取 tC = μF, tR = k1 , dR = 75。 可得 f=5kHz，满足要求。 5 图 5. 控制电路 SG3525 有过流保护的功能，可以通过改变 10 脚电压的高低来控制脉冲波的输出。 因此可以将驱动电路输出的过流保护电流信号经一电阻作用，转换成电压信号来进行过流保护，同理也可以用 10 端进行过压保护，如图 5 所示 10 端外接过压过流保护电路。 当驱动电路检测到过流时发出电流信号，由于电阻的作用将 10 脚的电位抬高，从而 114 脚输出低电平，而当其没有过流时， 10 脚一直处于低电平，从而正常的输出 PWM波。 SG3525 还有稳压作用。 1 端接芯片内置电源， 2 端接负载输出电压，通过 1 端的变位器得到它的一个基准电位，从而当负载电位发生变化时能够通过 2 所接的误差放大器来控制输出脉宽的占空比，若负载电位升高则输出脉宽占空比减小，使得输出电压减小从而稳定了输出电压，反之则然。 调节变位器使得 1 端得到不同的基准电位，控制输出脉宽的占空比，从而可使得输出电压为 20V90V 范围。 本控制电路是以 SG3525 为核心构成 ,SG3525 为美国 Silicon General 公司生产的专用，它集成了 PWM 控制 电路 ,其内部电路结构及各引脚功能如图 所示 ,它采用恒频脉宽调制控制方案 ,内部包含有精密基准源 ,锯齿波振荡器 ,误差放大器 ,比较器 ,分频器和保护电路等 .调节 Ur 的大小 ,在 11,14两端可输出两个幅度相等 ,频率相等 ,相位相差 , 占空比可调的矩形波 (即 PWM 信号 ).然后，将脉冲信号送往芯片 HL402，对微信号进行升压处理，再把经过处理的电平信号送往 MOSGRT，对其触发，以满足主电路的要求。 6 图 芯片的内部结构 四 . MOSFET 驱动电路设计 驱动 电路方案选择 该驱动部分是连接控制部分和主电路的桥梁 ， 该部分主要完成以下几个功能 ： (1)提供适当的正向和反向输出电压 ， 使电力 MOSFE 管可靠的开通和关断 ； (2)提供足够大的瞬态功率或瞬时电流 ， 使 MOSFET能迅速建立栅控电场而导通 ； (3)尽可能小的输入输出延迟时间 ， 以提高工作效率 ； (4) 足够高的输入输出电气隔离性能 ， 使信号电路与栅极驱动电路绝缘 ； (5)具有灵敏的过流保护能力。 而电力 MOSFET 是用栅极电压来控制漏极电流的 ， 因此它的第一个显著特点是驱动电路简单 ， 需要的驱动功率小 ； 第二个显著特点是开关速 度快、工作频率高。 但是电力MOSFET电流容量小 ， 耐压低 ， 多用于功率不超过 10Kw 的电力电子装置。 在功率变换装置中 ,根据主电路的结构 ， 起功率开关器件一般采用直接驱动和隔离驱动两种方式 .美国 IR公司生产的 IR2110驱动器 ， 兼有光耦隔离和电磁隔离的优点 ， 是中小功率变换装置中驱动器件的首选。 根据设计要求、驱动要求及电力 MOSFET 管开关特性 ,选择驱动芯片 IR2110 来实现 7 驱动。 芯片 IR2110 管脚及内部电路图如下图 4所示。 图 4 IR2110 管脚及内部电路图 驱动电路原理 IR2110 内部功能由三部分组成 ： 逻辑输入 、 电平平移及输出保护。 IR2110 驱动半桥的电路如图所示 ， 其中 C1， VD1分别为自举电容和自举二极管 ， C2为 VCC的滤波电容。 假定在 S 关断期间 C1已经充到足够的电压 （ VC1 VCC）。 当 HIN 为高电平时如下图 42 ， VM1开通 ， VM2关断 ， VC1加到 S1的栅极和源极之间 ，C1 通过 VM1， Rg1和栅极和源极形成回路放电 ， 这时 C1就相当于一个电压源 ， 从而使 S1导通。 由于 LIN与 HIN是一对互补输入信号 ， 所以此时 LIN为低电平 ， VM3关断 ， VM4导通 ，这时聚集在 S2栅极和源极的电荷在芯片内部通过 Rg2迅速对地放电 ， 由于死区时间影响使 S2 在 S1 开通之前迅速关断。 1V M 1653121V M 40V M 30V M 27C 2R g 2S 2S 1V HR g 1V C CV D 1V BC 1 图 5 IR2110 驱动半桥电路 设计驱动电路如图 6所示 . 8 图 6驱动电路图 五 .电路各元件的参数设定 MOSFET 简介 MOSFET 的原意是： MOS（ Metal Oxide Semiconductor 金属氧化物半导体）， FET（ Field Effect Transistor 场效应晶体管），即以金属层（ M）的栅极隔着氧化层（ O）利用电场的效应来控制半导体（ S）的场效应晶 体管。 功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型 ,但通常主要指绝缘栅型中的 MOS 型（ Metal Oxide Semiconductor FET） ,简称功率 MOSFET（ Power MOSFET）。 结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（ Static Induction TransistorSIT）。 其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于 GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过 10kW的电力电子装置。 功率 MOSFET 的种类：按 导电沟道可分为 P沟道和 N沟道。 按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于 N（ P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率 MOSFET 主要是 N沟道增强型。