电流可逆斩波电路（MOSFET）
1 设计要求与方案
设计一电流可逆斩波电路（MOSFET），已知电源电压为400V，反电动势负载，其中R的值为5Ω、L 的值为1 mH、E=350V，斩波电路输出电压250V。
电流可逆斩波主电路原理图如图1.1所示。
V1EV2uoVD2VD1uoLRioMEMOioiV1Oa)a）电路图 b）波形
iD1iV2b)tiD2t图1 .1 电流可逆斩波电路的原理图及其工作波形
2 原理和参数
2.1 设计原理
如图1.1：V1和VD1构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第1象限；V2和VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第2象限。
必须防止V1和V2同时导通而导致的电源短路。 只作降压斩波器运行时，V2和VD2总处于断态； 只作升压斩波器运行时，则V1和VD1总处于断态；
第3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作。
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当降压斩波电路或升压斩波电路的电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向流过，这样电动机电枢回路总有电流流过。在一个周期内，电枢电流沿正、负两个方向流通，电流不断，所以响应很快。
2.2 参数计算
V1 gate 信号的参数：输出Uo大小由降压斩波电路决定，根据
UO=tonUiT，
已知Ui=400V，Uo=250V，不妨取T=0.001s，则ton=0.000625s，占空比为62.5%。
V2 gate 信号的参数：由于电感只有1mH, 释放磁场能的时间不易计算，可在后面仿真时再确定。T=0.001s，占空比粗略地取为30%，V2 gate 信号触发延时间：（62.5%+（1-30%））*0.001=0.000725s。
3 驱动电路分析与设计
图3.1 驱动电路原理图
功率MOSFET驱动电路的要求是：
（1）开关管开通瞬时,驱动电路应能提供足够充电电流使MOSFET栅源极间电压迅速上升到所需值,保证开关管能快速开通且不存在上升沿的高频振荡；
（2）开关管导通期驱动电路能保证MOSFET栅源极间电压保持稳定可靠导通； （3）关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压的快速泄放,保证开关管能快速关断；
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（4）关断期间驱动电路最好能提供一定的负电压避免受到干扰产生误导通; （5）另外要求驱动电路结构简单可靠,损耗小,根据情况施加隔离。 根据以上要求可设计上面图3.1的磁脉冲驱动电路。
4 主电路设计
按照图1.1 电路原理图在matlab里面搭建下面图4.1电流可逆斩波电路（MOSFET）电路图。
图 4.1 电流可逆斩波电路（MOSFET）电路图
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5 建模与仿真
5.1参数设定
按照前面计算的参数，分别在对应模块设定参数。
从仿真得到的电流波形中，找到iD1导通时间，即对应负载电感释放磁场能的时间，大约为10us。根据这一数值再来确定gate V2 信号的触发延迟时间： 0.001*62.5%+0.00001=0.000635s。将所得参数设定到各模块，如图5.1和5.2。
图 5.1 电流可逆斩波电路（MOSFET）V1 gate信号参数
图 5.2 电流可逆斩波电路（MOSFET）V2 gate信号参数
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5.2 现象与分析
设定完参数仿真得到图5.3波形：电流波形与理论一致，但电压波形出现了很大的毛刺。按照理论不应该出现如此大的毛刺，初步推测可能是某模块参数设定不合理。
图5.3 电流可逆斩波电路（MOSFET）输出波形
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5.3 问题探讨
为了寻求问题答案，参考了做电流可逆斩波电路（IGBT）电路的同学仿真波形。于是我在自己电路图中把MOSFET替换成IGBT，如图5.4。仍然按照前面设定的参数，进行仿真得到图5.5所示波形。波形效果非常理想，输出电压没有出现毛刺。
图 5.4 电流可逆斩波电路（IGBT）电路图
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图 5.5 电流可逆斩波电路（IGBT）输出波形图
通过以上电流可逆斩波电路用MOSFET和IGBT仿真波形的对比，我判断是MOSFET参数设定不合理。通过查找相关资料发现，书上MOSFET仿真实验默认的参数与自己的不一致，如图5.6和5.7。参照书上参数，重新设定MOSFET参数如图5.7。
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图 5.6 电流可逆斩波电路（MOSFET）MOSFET默认参数
图 5.7 电流可逆斩波电路（MOSFET）MOSFET修改后参数
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图 5.8 电流可逆斩波电路（MOSFET）修改参数后输出波形图
修改了MOSFET参数，仿真得到如图5.8波形：没有电流可逆斩波电路（IGBT）输出电压波形平整。但毛刺得到了相当程度的抑制，波形较理想，符合设计要求。
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设计心得
这次课程设计，题目要求难度并不大，原理上容易理解。但实际在MATLAB仿真的过程中我遇到了很多问题：
首先在搭建模型时，对各模块不是很熟悉，但参照了相关书籍后，最终还是顺利地搭建起来了模型。
其次在设定V2 gate 信号的触发延迟时间时，由于负载电感只有1mH，释放磁场能时间相当短，在示波器的初始显示界面不不易找到这个时间。最终通过对电路原理的透彻理解，结合波形在电流递减过零点发现了这一小段us级的时间。
还有正确设定了gate 信号的参数后，电流可逆斩波电路中采用MOSFET和IGBT得到了不同的波形，参考书籍发现了自己所用MATLAB版本中MOSFET默认参数不合理，修正后终于得到了预想的波形。
此次课程设计巩固了电力电子技术中电流可逆斩波电路的理论知识，还提升了自己运用MATLAB分析问题的能力，最重要的是锻炼了自己发现问题解决问题的能力。
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参考文献
[1]王兆安.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2009 [2]王云亮.电力电子技术.北京:电子工业出版社,2009 [3]张兴.高等电力电子技术.北京:机械工业出版社,2011
[4]刘淳.matlab在电力电子技术中的应用.北京:电子工业出版社,2008 [5]许镇琳.电力电子技术matlab仿真.北京:电子工业出版社,2010
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