试验五-直流斩波电路的性能研究试验报告-第五组

1、XXX学院实验报告学院： 专业： 班级： 成绩： 姓名： 学号： 组别： 组员： 实验地点： 实验日期： 指导教师签名：预习情况正常操作情况正常考勤情况正常数据处理情况正常验 (序号) 项目名称：直流斩波电路的性能研究(六种典型线路)实验五 直流斩波电路的性能研究(六种典型线路)一、实验目的(1) 熟悉直流斩波电路的工作原理。(2) 熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点。(3) 了解 PWM 控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。二、实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK09单相调压与可调负载3DJK20 直流斩波电路4D42

2、 三相可调电阻5慢扫描示波器自备6万用表自备三、实验线路及原理 1、主电路、降压斩波电路 (Buck Chopper)降压斩波电路 (Buck Chopper) 的原理图及工作波形如图 4-12 所示。图中 V 为全控型器件，选 用IGBT 。 D 为续流二极管。由图 4-12b 中V 的栅极电压波形 UGE 可知，当 V 处于通态时，电源 Ui 向负载供电， UD =Ui 。当V 处于断态时，负载电流经二极管 D 续流，电压 UD 近似为零，至一 个周期 T 结束，再驱动 V 导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：式中 ton 为V 处于通态的时间， toff 为 V 处于断态的时间

3、， T 为开关周期，为导通占空比， 简称占空比或导通比 ( =ton/T) 。由此可知，输出到负载的电压平均值 UO 最大为 Ui，若减小占空 比，则 UO 随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。图 4-12 降压斩波电路的原理图及波形 、升压斩波电路 (Boost Chopper)升压斩波电路 (Boost Chopper)的原理图及工作波形如图 4-13 所示。电路也使用一个全控型器 件V。由图 4-13b 中V 的栅极电压波形 UGE 可知，当 V 处于通态时，电源 Ui 向电感 L1 充电，充 电电流基本恒定为 I1,同时电容 C1 上的电压向负载供电，因 C1

4、 值很大，基本保持输出电压 UO 为恒值。设 V 处于 通态的时间为 ton，此阶段电感 L1 上积蓄的能量为 UiI1ton。当 V 处于断态时 Ui和L1 共同向电容 C1 充电，并向负载提供能量。设 V 处于断态的时间为 toff，则在此期间电感 L1 释放的能量为 (UO-Ui) I1ton。当电路工作于稳态时，一个周期 T 内电感 L1 积蓄的能量与释放的能 量相等，即：上式中的 T/t off 1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。图 4-13 升压斩波电路的原理图及波形、升降压斩波电路 (Boost-Buck Chopper)升降压斩波电路 (Boost-Buck

5、Chopper) 的原理图及工作波形如图 4-14 所示。电路的基本工作 原理是：当可控开关 V 处于通态时，电源 Ui 经 V 向电感 L1 供电使其贮存能量，同时 C1维持输 出电压 UO 基本恒定并向负载供电。此后， V 关断，电感 L1 中贮存的能量向负载释放。可见 ,负 载电压为上负下正，与电源电压极性相反。输出电压为：(a) 电路图图4-14 升降压斩波电路的原理图及波形、 Cuk 斩波电路Cuk 斩波电路的原理图如图 4-15 所示。电路的基本工作原理是：当可控开关 V 处于通态时，Ui L1V 回路和负载 RL2C2V 回路分别流过电流。当 V 处于断态时， UiL1C2D 回

6、RL 2D 回路分别流过电流，输出电压的极性与电源电压极性相反。输出电压为：路和负载若改变导通比， 为升压。(b)波形图则输出电压可以比电源电压高， 也可以比电源电压低。 当0 1/2 时为降压， 当1/2 1 时、 Sepic 斩波电路Sepic 斩波电路的原理图如图 4-16 所示。电路的基本工作原理是：可控开关 V 处于通态时， UiL1V 回路和C2VL2 回路同时导电， L1 和L2 贮能。当 V 处于断态时， UiL1C2DR 回路及 L2DR 回路同时导电，此阶段 Ui 和L1 既向R 供电，同时也向 C2 充电，C2 贮存的能量在V 处于通态时向 L2 转移。输出电压为：Zet

7、a 斩波电路的原理图如图 4-17 所示。电路的基本工作原理是：当可控开关 V 处于通态时， 电源Ui 经开关V 向电感 L1 贮能。当 V 处于断态后， L1 经D 与C2 构成振荡回路，其贮存的能量 转至C2，至振荡回路电流过零， L1 上的能量全部转移至 C2 上之后， D 关断， C2 经L2 向负载 R供电。输出电压为：若改变导通比， 则输出电压可以比电源电压高， 也可以比电源电压低。 当0 1/2 时为降压， 当1/2 1 时 为升压。2、控制与驱动电路控制电路以 SG3525 为核心构成， SG3525 为美国 Silicon General 公司生产的专用 PWM 控制集成电路

8、， 其内部电路结构及各引脚功能如图 4-18 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 A 、B 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）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。 详细的工作原理与性能指标可参阅相关的资料。图4-18 SG3525 芯片的内部结构与所需的外部组件四、实验内容(1) 控制与驱动电路的测试(2) 六种直流斩波器的测试五、思考题(1)直流斩波电路的工作原理是什么？有哪些结构形式和主要元器件？ 原理：通过开关晶体管、场效应管或 IGBT

9、 将直流信号或电源切成与信号同幅值的单极性或双极性的脉 冲波。结构形式： 1 降压斩波电路。 2 升压斩波电路 3 升降压斩波电路 4 CUK 斩波电路 5 SEPIC 斩波电路 6ZETA 斩波电路 。主要元器件： 1 IGBT 2 电容 3 直流电源 4 电感(2)为什么在主电路工作时不能用示波器的双踪探头同时对两处波形进行观测？ 因为共地问题，容易造成短路六、实验方法1、控制与驱动电路的测试(1) 启动实验装置电源，开启 DJK20 控制电路电源开关。(2)调节PWM 脉宽调节电位器改变 Ur，用双踪示波器分别观测 SG3525 的第11 脚与第 14 脚的波形，观测输出 PWM 信号的

10、变化情况，并填入下表。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.511(A) 占空 比(%)111722.2283133.336.114(B) 占空 比(%)111722.2283133.336.1PWM 占 空比 (%)22.233.344.455.666.766.673观测点A(11 脚)B(14 脚 )PWM波形类型方波方波方波幅值A (V)12.512.512.5频率 f (Hz)1/0.19x10-31/0.19x10-31/1.8x10-6(3)用示波器分别观测 A 、 B 和PWM 信号的波形，记录其波形、频率和幅值，并填入下表。(4)用双踪示波器的两个探头同时观测 11

11、 脚和14 脚的输出波形，调节 PWM 脉宽调节电位器， 观测两路输出的 PWM 信号，测出两路信号的相位差，并测出两路 PWM 信号之间最小的“死区” 时间。2、直流斩波器的测试 ( 使用一个探头观测波形 ) 斩波电路的输入直流电压 Ui 由三相调压器输出的单相交流电经 DJK20 挂箱上的单相桥式整 流及电容滤波后得到。接通交流电源，观测Ui 波形，记录其平均值 (注：本装置限定直流输出最大值为 50V ，输入交流电压的大小由调压器调节输出)。按下列实验步骤依次对六种典型的直流斩波电路进行测试。(1) 切断电源，根据 DJK20 上的主电路图，利用面板上的元器件连接好相应的斩波实验线路，

12、并接上电阻负载，负载电流最大值限制在 200mA 以内。将控制与驱动电路的输出“ V-G ”、“ V-E 分别接至 V 的 G 和E 端。(2) 检查接线正确，尤其是电解电容的极性是否接反后，接通主电路和控制电路的电源。(3) 用示波器观测 PWM 信号的波形、 UGE 的电压波形、 UCE 的电压波形及输出电压 Uo 和二 极管两端电压 UD 的波形，注意各波形间的相位关系。(4) 调节PWM 脉宽调节电位器改变 Ur，观测在不同占空比 ()时，记录 Ui、UO 和的数值 于下表中，从而画出 UO=f( ) 的关系曲线。七、实验报告(1) 分析图 4-20 中产生 PWM 信号的工作原理。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比(%)22.233.344.455.666.166.673Ui(V)4038.837.234.932.417.318.6Uo