电力电子实验报告直流斩波电路的性能研究

试验五直流斩波电路的性能争论〔六种典型线路〕一、试验目的(1)生疏直流斩波电路的工作原理。(2)生疏各种直流斩波电路的组成及其工作特点。序号12345序号123456型号备注DJK01电源掌握屏DJK09单相调压与可调负载DJK20直流斩波电路该掌握屏包含“三相电源输出”等几个模块。D42三相可调电阻慢扫描示波器万用表自备自备三、试验线路及原理1、主电路①、降压斩波电路(BuckChopper)i降压斩波电路(BuckChopper)4-12VIGBT。D为续流二极管。由图4-12bV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=UV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i个周期T完毕，再驱动V导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：U ton U tonU aUiio t tiion

off T iEUDitonV处于通态的时间，toffV处于断态的时间，T为开关周期，α简称占空比或导通比(α=ton/T)UO最大为U，假设减小占空α，EUDitoff+ C G

+ L1 +

ton tTUi -

D -

C1 R Uo-

Ui tUOt电路图 (b)波形图4-12降压斩波电路的原理图及波形②、升压斩波电路(BoostChopper)升压斩波电路(BoostChopper)4-13V。由图4-13bV的栅极电压波形UGE可知，当V处于通态时，电源UiL1充电，充电电流根本恒定为I1,同时电容C1上的电压向负载供电，因C1值很大，根本保持输出电压UO为105VtLUItVUon 1 i1on i和L1共同向电容C1充电，并向负载供给能量。设V处于断态的时间为t ，则在此期间电感L1off释放的能量为(UO-Ui)I1ton。当电路工作于稳态时，一个周期TL1积蓄的能量与释放的能量相等，即：UiI1ton=(UO-Ui)I1tofft onUo toff

off

TtU Uti ioff上式中的T/t ≥1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。off+ I1Ui-

L1 CGE

- +UDUDV C1

tUGEUUGEUDtR UoUO- t电路图

波形图4-13升压斩波电路的原理图及波形③、升降压斩波电路(Boost-BuckChopper)升降压斩波电路(Boost-BuckChopper)4-14所示。电路的根本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电源UiVL1供电使其贮存能量，同时C1维持输出电压UO根本恒定并向负载供电。此后，VL1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：tU onUo t ioff

t on UTt on

aU1a iU假设转变导通比α，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<α<1/2时为1/2<α<1+ C

- U +

UGEt- UDDLUi V G DL1-

tC1 R UoUO+ t电路图④、Cuk斩波电路

波形图4-14升降压斩波电路的原理图及波形Cuk斩波电路的原理图如图4-15V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—L1—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：106tU onUto t ioff

on UtTt iont

aU1a iU假设转变导通比α，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<α<1/2时为1/2<α<1C2+C2L1 CUi G V D- E

-L2C1R Uo+4-15Cuk斩波电路原理图⑤、Sepic斩波电路Sepic斩波电路的原理图如图4-16所示。电路的根本工作原理是：可控开关V处于通态时，——V回路和——21和2V———DRL2—D—R回路同时导电，此阶段UiL1RC2充电，C2贮存的能量在V处于通态时向L2转移。输出电压为：tU onUo t ioff

t on UTt ion

aU1a iU假设转变导通比α，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<α<1/2时为1/2<α<1C+ L D +U 1 C 2Ci G V L2 C1 R UoE- -图4-16 Sepic斩波电路原理图⑥、Zeta斩波电路Zeta斩波电路的原理图如图4-17V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，L1D与C2构成振荡回路，其贮存的能量C，至振荡回路电流过零，L

C

上之后，D关断，C

LR2Uo

a 1 2 2 21aUiG 2+ C E CG 2Ui VL1

L2D C1

+R Uo- -图4-17 Zeta斩波电路原理图假设转变导通比α，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<α<1/2时为1/2<α<12、掌握与驱动电路掌握电路以SG3525SG3525为美国SiliconGeneral公司生产的专用PWM掌握集成电路，其内部电路构造及各引脚功能如图4-18所示，它承受恒频脉宽调制掌握方案，内部107包含有周密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调整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、斩波器的掌握。具体的工作原理与性能指标可参阅相关的资料。4-18SG3525四、试验内容掌握与驱动电路的测试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？有哪些构造形式和主要元器件？(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展观测？六、试验方法1、掌握与驱动电路的测试启动试验装置电源，开启DJK20掌握电路电源开关。PWM脉宽调整电位器转变Ur，用双踪示波器分别观测SG35251114脚的波形，观测输出PWM信号的变化状况，并填入下表。Ur(V)11(A)占空比(%)14(B)占空比(%)PWM占空比(%)

1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.5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。观测点波形类型幅值A(V)f(Hz)

A(11脚) B(14脚) PWM108用双踪示波器的两个探头同时观测1114PWM脉宽调整电位器，观测两路输出的PWMPWM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沟通电经DJK20挂箱上的单相桥式整流及电容滤波后得到。接通沟通电源，观测Ui波形，记录其平均值(注：本装置限定直流输出最50V，输入沟通电压的大小由调压器调整输出)。按以下试验步骤依次对六种典型的直流斩波电路进展测试。DJK20200mAV-V-”分别接至V的G和E端。检查接线正确，尤其是电解电容的极性是否接反后，接通主电路和掌握电路的电源。(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，留意各波形间的相位关系。(4)调整PWM脉宽调整电位器转变Ur，观测在不同占空(α)时，记录U、U 和α的数i O值于下表中，从而画出UO=f(α)的关系曲线。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比α(%)Ui(V)Uo(V)七、试验报告4-20PWM信号的工作原理。答：PWMTton现转变占空比a，从而转变输出负载电压平均值Uo整理各组试验数据绘制各直流斩波电路的Ui/UO-α曲线，并作比较与分析。ioioUr(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比α(%)0.150.210.260.290.330.370.39U(V)40404040404040U(V)10.513.616.719.722.825.727.2109降压斩波电路的试验直流斩波电路的Ui/UO-αioioUr(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比α(%)0.130.180.210.260.290.320.37U(V)40404040404040U(V)44.648.653.358.965.171.173.6110升压斩波电路的试验直流斩波电路的Ui/UO-α争论、分析试验中消灭的各种现象。试验过程中，保持开关周期 T和输入电压Ui的大小不变。调整开关的导通时间ton的大小〔即转变Ur的大小〕。