实验五直流斩波电路的性能研究实验报告第五组

1、XXX 学 院 实 验 报 告学院：专业：班级：成绩:姓名：学号：Hi： 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实验（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、实验目的熟悉直流斩波电路的工作原理。熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点。了解PWM控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片、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4D42三相可调电阻5慢扫描示波器自备6力用表自备

2、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=Uio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，tof为V处于断态的时间，T为开关周期，a为导通占空比，简称占空比或导通比（a=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

3、占空比a,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。电路怦I(b)波形图图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Li充电，充电电流基本恒定为Ii,同时电容Ci上的电压向负载供电，因Ci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Li上积蓄的能量为 Uiliton。当V处于断态时Ui和Li共同向电容Ci充电，并向负载提

4、供能量。设 V处于断态的时间为toff,则在此期间电感Li 释放的能量为(Uo-Ui) litono当电路工作于稳态时，一个周期T内电感Li积蓄的能量与释放的能量相等，即：上式中的T/tomi,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。电路国图4-i3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 Chopper)的原理图及工作波形如图4-i4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Li供电使其贮存能量，同时Ci维持输出电压Uo基本恒定并向负载供电。此后， V关断，电感Li中贮存的

5、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:波形图(a)电路图(b)图4-i4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-i5所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，Ui L1 V回路和负载R L2 C2 V回路分别流过电流。当 V处于断态时，Ui Li C2 D回路和负载R L2 D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：若改变导通比a,则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<a<1/2时为降压，当1/2<a <1时为升压。、Sepic斩波电路Sepic

6、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，Ui L 1 V回路和C2V L2回路同时导电，L 1和L2贮能。当V处于断态时，Ui L1 C2 D R 回路及L2 D R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：、Zeta斩波电路Zeta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Li贮能。当V处于断态后，Li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

7、L2向负载R供电。输出电压为：若改变导通比a,则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<a<1/2时为降压，当1/2<a <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，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。

8、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

9、、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。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 信号的变化情况，并填入下表。Ur(V)11(A)占空 比()11172831观测点A(11 脚)B(14 脚)PWM波形类型方波方波方波幅值A (V)频率f (Hz)1/人-31/人-31/人-614(B)占空11172831Ur(V)占空比a(%)73Ui(V)40Uo(V)66PWM 占空比()73(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。用双踪示波器的两个

10、探头同时观测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，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。调节PWM 脉宽调节电位器改变 Ur,观测在不同占空比(a)时，记录Ui、UO和a的数值于下表中，从而画出 Uo=f(风)的关系曲线。七、实验报告(1)分析图4-20