EE303電力電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

1、 電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上海交通大學(xué)電氣工程實(shí)驗(yàn)中心2014年2月目錄實(shí)驗(yàn)一 單相橋式全控整流電路實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)二 三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)7實(shí)驗(yàn)三 直流斬波電路（BuckBoost變換器）實(shí)驗(yàn)11實(shí)驗(yàn)四 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性與驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)14實(shí)驗(yàn)五 移相控制全橋零電壓開關(guān)PWM變換器實(shí)驗(yàn)19實(shí)驗(yàn)六 單端正、反激式開關(guān)電源實(shí)驗(yàn)23實(shí)驗(yàn)七 直流斬波電路的性能實(shí)驗(yàn)25 實(shí)驗(yàn)一 單相橋式全控整流電路實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解單相橋式全控整流電路的工作原理。2研究單相橋式全控整流電路在電阻負(fù)載、電阻電感性負(fù)載時(shí)的工作。3熟悉MCL05鋸齒波觸發(fā)電路的工作。二實(shí)驗(yàn)線路及

2、原理參見圖1-1。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1單相橋式全控整流電路供電給電阻負(fù)載。2單相橋式全控整流電路供電給電阻電感性負(fù)載。四實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1MCL系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏。2MCL01組件。3MCL02組件。4MCL05組件。5MEL03三相可調(diào)電阻器。6MEL02三相芯式變壓器。7雙蹤示波器8萬用表五注意事項(xiàng)1本實(shí)驗(yàn)中觸發(fā)可控硅的脈沖來自MCL-05掛箱，故MCL-01的內(nèi)部脈沖需斷X1插座相連的扁平帶需拆除，以免造成誤觸發(fā)。2電阻RP的調(diào)節(jié)需注意。若電阻過小，會(huì)出現(xiàn)電流過大造成過流保護(hù)動(dòng)作（熔斷絲燒斷，或儀表告警）；若電阻過大，則可能流過可控硅的電流小于其維持電流，造成可控硅時(shí)斷時(shí)續(xù)。3電感的值可根據(jù)需

3、要選擇，需防止過大的電感造成可控硅不能導(dǎo)通。4MCL-05面板的鋸齒波觸發(fā)脈沖需導(dǎo)線連到MCL-01面板，應(yīng)注意連線不可接錯(cuò)，否則易造成損壞可控硅。同時(shí)，需要注意同步電壓的相位，若出現(xiàn)可控硅移相范圍太?。ㄕ７秶s30180），可嘗試改變同步電壓極性。5逆變變壓器采用MEL-02三相芯式變壓器，原邊為220V，中壓繞組為110V，低壓繞組不用。6示波器的兩根地線由于同外殼相連，必須注意需接等電位，否則易造成短路事故。六實(shí)驗(yàn)方法1將MCL05面板左上角的同步電壓輸入接MCL01的U、V輸出端， “觸發(fā)電路選擇”撥向“鋸齒波”。2斷開MEL-02和MCL-02的連接線，合上主電路電源，調(diào)節(jié)主控制屏

4、輸出電壓Uuv至220V，此時(shí)鋸齒波觸發(fā)電路應(yīng)處于工作狀態(tài)。MCL-01的給定電位器RP1逆時(shí)針調(diào)到底，使Uct=0。調(diào)節(jié)偏移電壓電位器RP2，使a=150。斷開主電源，連接MEL-02和MCL-02。3單相橋式全控整流電路供電給電阻負(fù)載。按圖1-1接線，將電感L短接、RP調(diào)至最大(450W)。合上主電路電源，調(diào)節(jié)Uct，求取在不同a角（30、60、90）時(shí)整流電路的輸出電壓Ud=f（t），晶閘管的端電壓UVT=f（t）的波形，并記錄相應(yīng)a時(shí)的Ud和交流輸入電壓U2值。Ud理論值 Ud=0.9U2(1+cosa)/2 U2為變壓器副邊輸出電壓a306090U2Ud若輸出電壓的波形不對稱，可分別

5、調(diào)整鋸齒波觸發(fā)電路中RP1，RP3電位器。4單相橋式全控整流電路供電給電阻電感性負(fù)載。將電感L短接線斷開、RP調(diào)至最大(450W)。調(diào)節(jié)Uct，求取在不同a角（30、60、90）時(shí)整流電路的輸出電壓Ud=f（t），負(fù)載電流id=f（t）以及晶閘管端電壓UVT=f（t）波形并記錄相應(yīng)a時(shí)的Ud、U2值。a306090U2Ud注意，負(fù)載電流不能過小，否則造成可控硅時(shí)斷時(shí)續(xù)，可調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RP，但負(fù)載電流不能超過0.8A，Uct從零起調(diào)。改變電感值（L=100mH），觀察a=90，Ud=f（t）、id=f（t）的波形，并加以分析。注意，增加Uct使a前移時(shí)，若電流太大，可增加與L相串聯(lián)的電阻加以限流

6、。七實(shí)驗(yàn)報(bào)告1繪出單相橋式晶閘管全控整流電路供電給電阻負(fù)載情況下,當(dāng)a=30,60，90時(shí)的Ud、UVT波形，并加以分析。2繪出單相橋式晶閘管全控整流電路供電給電阻電感性負(fù)載情況下，當(dāng)a=30,60，90時(shí)的Ud、id、UVT波形，并加以分析。3作出實(shí)驗(yàn)整流電路的移相特性Ud=f（a），輸入輸出特性Ud/U2=f（a）曲線。4實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)。附錄：鋸齒波同步移相觸發(fā)電路鋸齒波同步移相觸發(fā)電路由同步檢測，鋸齒波形成，移相控制，脈沖形成，脈沖放大等環(huán)節(jié)組成，其原理圖如圖1-14所示。由VD1,VD2,C1,R1等元件組成同步檢測環(huán)節(jié)，其作用是利用同步電壓來控制鋸齒波產(chǎn)生的時(shí)刻和寬度。由VST1,V1

7、,R3等元件組成的恒流源電路及V2,V3,C2等組成鋸齒波形成環(huán)節(jié)?？刂齐妷篣ct,偏移電壓Ub及鋸齒波電壓在V4基極綜合疊加，從而構(gòu)成移相控制環(huán)節(jié)。V5,V6構(gòu)成脈沖形成放大環(huán)節(jié)，脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖。元件RP裝在面板上 ，同步變壓器副邊已在內(nèi)部接好。實(shí)驗(yàn)二 三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉MCL-01, MCL-02組件。2熟悉三相橋式全控整流及有源逆變電路的接線及工作原理。3了解集成觸發(fā)器的調(diào)整方法及各點(diǎn)波形。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1三相橋式全控整流電路2三相橋式有源逆變電路3觀察整流或逆變狀態(tài)下，模擬電路故障現(xiàn)象時(shí)的波形。三實(shí)驗(yàn)線路及原理實(shí)驗(yàn)線路如圖2-1所示。主電路由三相全控

8、變流電路及作為逆變直流電源的三相不控整流橋組成。觸發(fā)電路為數(shù)字集成電路，可輸出經(jīng)高頻調(diào)制后的雙窄脈沖鏈。三相橋式整流及有源逆變電路的工作原理可參見“電力電子技術(shù)”的有關(guān)教材。四實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1MCL系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏。2MCL01組件。3MCL02組件。4MEL-03可調(diào)電阻器。5MEL-02芯式變壓器6二蹤示波器7萬用表五實(shí)驗(yàn)方法1按圖接線，未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）打開MCL-01電源開關(guān)，給定電壓有電壓顯示。（2）用示波器觀察MCL-01的雙脈沖觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，相互間隔60o的幅度相同的雙脈沖。（3）檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”單脈沖觀察孔，“1”

9、 脈沖超前“2” 脈沖600，則相序正確，否則，應(yīng)調(diào)整輸入電源。（4）用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應(yīng)有幅度為1V2V的脈沖。注：將面板上的Ublf（當(dāng)三相橋式全控變流電路使用I組橋晶閘管VT1VT6時(shí)）接地，將I組橋式觸發(fā)脈沖的六個(gè)開關(guān)均撥到“接通”。（5）將給定器輸出Ug接至MCL-01面板的Uct端，調(diào)節(jié)偏移電壓Ub，在Uct=0時(shí)，使a=150o。 2三相橋式全控整流電路 按圖2-1接線，將RP調(diào)至最大(450W)。三相調(diào)壓器逆時(shí)針調(diào)到底，合上主電源，調(diào)節(jié)主控制屏輸出電壓Uuv、Uvw、Uwu，從0V調(diào)至220V。調(diào)節(jié)Uct，使a在30o90o范圍內(nèi)，用示波器觀察記錄a=30、

10、60時(shí)，整流電壓ud=f（t），晶閘管兩端電壓uVT=f（t）的波形，并記錄相應(yīng)的Ud和交流輸入電壓U2數(shù)值。Ud理論值 Ud=1.35U2cosa U2為變壓器副邊輸出電壓整流逆變a3060306090 U2 U2 Ud Ud3三相橋式有源逆變電路斷開電源開關(guān)后，斷開1和2連線，將1和3相連，2和4相連，調(diào)節(jié)Uct，使a仍為150左右。三相調(diào)壓器逆時(shí)針調(diào)到底，合上主電源，調(diào)節(jié)主控制屏輸出電壓Uuv、Uvw、Uwu，從0V調(diào)至220V合上電源開關(guān)。調(diào)節(jié)Uct，觀察=30、60、90 時(shí), 電路中ud、uVT的波形，并記錄相應(yīng)的Ud、U2數(shù)值。Ud理論值 Ud= -1.35U2cos U2為變壓

11、器副邊輸出電壓4電路模擬故障現(xiàn)象觀察。在整流狀態(tài)時(shí)，斷開某一晶閘管元件的觸發(fā)脈沖開關(guān)，則該元件無觸發(fā)脈沖即該支路不能導(dǎo)通，觀察并記錄此時(shí)的ud波形。六實(shí)驗(yàn)報(bào)告1畫出電路的移相特性Ud=f(a)曲線2作出整流電路的輸入輸出特性Ud/U2= f(a)3畫出三相橋式全控整流電路時(shí)，a角為30、60時(shí)的ud、uVT波形4畫出三相橋式有源逆變電路時(shí)，角為30、60、90 時(shí)的ud、uVT波形5簡單分析模擬故障現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)三 直流斬波電路（BuckBoost變換器）實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握BuckBoost變換器的工作原理、特點(diǎn)與電路組成。2熟悉BuckBoost變換器連續(xù)與不連續(xù)工作模式的工作波形圖。3掌握Bu

12、ckBoost變換器的調(diào)試方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1連接實(shí)驗(yàn)線路，構(gòu)成一個(gè)實(shí)用的BuckBoost變換器。2調(diào)節(jié)占空比，測出電感電流iL處于連續(xù)與不連續(xù)臨界狀態(tài)時(shí)的占空比D，并與理論值相比較。3將電感L增大一倍，測出iL處于連續(xù)與不連續(xù)臨界狀態(tài)時(shí)的占空比D，并與理論值相比較。4測出連續(xù)與不連續(xù)工作狀態(tài)時(shí)的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形。5測出直流電壓增益M=VO/VS與占空比D的函數(shù)關(guān)系。6測試輸入、輸出濾波環(huán)節(jié)分別對輸入電流iS與輸出電流iO影響。三實(shí)驗(yàn)線路及原理見圖31。當(dāng)VT閉合時(shí)，輸入電壓通過電感L直接返回，在L上儲(chǔ)存電能，此時(shí)輸出電容C放電，給負(fù)載提供電流。當(dāng)VT斷開時(shí)，

13、在電感L上產(chǎn)生反向電動(dòng)勢，使二極管VD從截止變?yōu)閷?dǎo)通，電感電流給負(fù)載供電并對電容進(jìn)行充電，維持輸出電壓不變。若其輸出電壓較輸入之電源電壓低，則稱為降壓式(Buck )直流斬波器，若其輸出電壓較輸入之電源電壓高，則稱為升壓式(Boost) 直流斬波器。 輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：U0=-Ui(D/(1-D)占空比D=Ton/(Ton+Toff)當(dāng)D0.5時(shí)，除極性相反外，輸出電壓大于輸入電壓。 當(dāng)D0.5時(shí)，除極性相反外，輸出電壓小于輸入電壓。四實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器1MCL-08直流斬波及開關(guān)電源實(shí)驗(yàn)掛箱2萬用表3雙蹤示波器五實(shí)驗(yàn)方法1 檢查PWM信號發(fā)生器與驅(qū)動(dòng)電路工作是否正常連接有關(guān)線路，觀

14、察信號發(fā)生器輸出與驅(qū)動(dòng)電路的輸出波形是否正常，如有異?，F(xiàn)象，則先設(shè)法排除故障。2電感L=1.6mH，電感電流iL處于連續(xù)與不連續(xù)臨界狀態(tài)時(shí)的占空比D測試將“16”與“18”、“21”與“4”、“22”與“5”、“19”與“6”、“1”與“4”、“9”與“12”相連，即按照以下表格連線。 16 1821422519614912 合上開關(guān)S1與S2、S3、S4，用示波器觀察“7”與“13”（即iL）之間波形，然后調(diào)節(jié)RP1使iL處于連續(xù)與不連續(xù)的臨界狀態(tài)，記錄這時(shí)候的占空比D與工作周期T。3L=1.6mH，測出處于連續(xù)與不連續(xù)臨界工作狀態(tài)時(shí)的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形調(diào)節(jié)R

15、P1，使iL處于連續(xù)與不連續(xù)臨界工作狀態(tài)，用示波器測出GTR基-射極電壓Vbe與集-射極電壓Vce；二極管VD陰極與陽極之間電壓VD；電感L3兩端電壓VL；電感電流iL；三極管集電極電流iC以及二極管電流iD等波形。4L=1.6mH,測出連續(xù)工作狀態(tài)時(shí)的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形調(diào)節(jié)RP1，使iL處于連續(xù)工作狀態(tài)，用雙蹤示波器觀察上述波形。5L=1.6mH,測出不連續(xù)工作狀態(tài)時(shí)的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形調(diào)節(jié)RP1，使iL處于不連續(xù)工作狀態(tài)，用雙蹤示波器觀察上述波形。6L=3.2mH，iL處于連續(xù)與不連續(xù)臨界狀態(tài)時(shí)的占空比D測試將開關(guān)S2斷開，觀

16、察iL波形，調(diào)節(jié)RP1，使iL處于連續(xù)與不連續(xù)的臨界狀態(tài)，記錄這時(shí)候的占空比D與工作周期T。7L=3.2mH，測出連續(xù)工作狀態(tài)時(shí)的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形調(diào)節(jié)RP1，使iL處于連續(xù)工作狀態(tài)，測試方法同前。8L=3.2mH，測出不連續(xù)工作狀態(tài)時(shí)的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形9測出M=VO/VS與占空比D的函數(shù)關(guān)系 VS =15V（1）L=1.6mH，占空比D 從最小到最大范圍內(nèi)，測試6個(gè)D數(shù)據(jù)，以及與此對應(yīng)的輸出電壓VO。DVo（V）（2）L=3.2mH，測試方法同上。DVo（V）10輸入濾波器功能測試有與沒有輸入濾波器時(shí)，電源電流（即1514兩端

17、）波形測試。11輸出濾波器功能測試有與沒有輸出濾波器時(shí)，輸出電流紋波測試。五實(shí)驗(yàn)報(bào)告1分別在L=1.6mH與3.2mH條件下,列出iL連續(xù)與不連續(xù)臨界狀態(tài)時(shí)的占空比D。2畫出不同L，連續(xù)與斷續(xù)時(shí)的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形。3根據(jù)不同的L值，按所測的D，VO值計(jì)算出M值，列出表格，并畫出曲線。連續(xù)工作狀態(tài)時(shí)的直流電壓增益表達(dá)式為M=D/（1-D），請?jiān)谕粓D上畫出該曲線，并在圖上注明連續(xù)工作與斷續(xù)工作區(qū)間。4試對Buck-Boost變換器的優(yōu)缺點(diǎn)作一評述。5試說明輸入、輸出濾波器在該變換中起何作用？6實(shí)驗(yàn)的收獲、體會(huì)與改進(jìn)意見。實(shí)驗(yàn)四 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性

18、與驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉IGBT主要參數(shù)與開關(guān)特性的測試方法。2掌握混合集成驅(qū)動(dòng)電路EXB840的工作原理與調(diào)試方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1IGBT主要參數(shù)測試。2EXB840性能測試。3IGBT開關(guān)特性測試。4過流保護(hù)性能測試。三實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器1MCL-07電力電子實(shí)驗(yàn)箱中的IGBT與PWM波形發(fā)生器部分。2雙蹤示波器。3毫安表4電壓表5電流表6MCL系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏四實(shí)驗(yàn)線路及原理 絕緣柵極雙極型晶體管是雙極型電力晶體管和MOSFET的復(fù)合。IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的縮寫。電力晶體管飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大。MOSFET驅(qū)

19、動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。IGBT的開關(guān)作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導(dǎo)通。反之，加反向門極電壓消除溝道，流過反向基極電流，使IGBT關(guān)斷。IGBT的驅(qū)動(dòng)方法和MOSFET基本相同，只需控制輸入極N一溝道MOSFET，所以具有高輸入阻抗特性。當(dāng)MOSFET的溝道形成后，從P+基極注入到N一層的空穴（少子），對N一層進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制，減小N一層的電阻，使IGBT在高電壓時(shí)，也具有低的通態(tài)電壓。 IGBT的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開關(guān)特性。IGBT的伏安特性是指以柵源電

20、壓Ugs為參變量時(shí)，漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。 IGBT的轉(zhuǎn)移特性是指輸出漏極電流Id與柵源電壓Ugs之間的關(guān)系曲線。它與MOSFET的轉(zhuǎn)移特性相同，當(dāng)柵源電壓小于開啟電壓Ugs(th)時(shí)，IGBT處于關(guān)斷狀態(tài)。在IGBT導(dǎo)通后的大部分漏極電流范圍內(nèi)，Id與Ugs呈線性關(guān)系。最高柵源電壓受最大漏極電流限制，其最佳值一般取為15V左右。IGBT的開關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。IGBT處于導(dǎo)通態(tài)時(shí)，由于它的PNP晶體管為寬基區(qū)晶體管，所以其B值極低。耐壓1000V的IGBT通態(tài)壓降為23V。IGBT處于斷態(tài)時(shí)，只有很小

21、的泄漏電流存在。IGBT 的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)是應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。目前較多使用EXB系列集成模塊驅(qū)動(dòng)IGBT。它比分立元件的驅(qū)動(dòng)電路有體積小，效率高，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。EXB840是十六腳型封裝塊，各腳的功能如表21示。內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖如圖21（a）所示。圖21（b）為其典型應(yīng)用電路。表21 EXB系列各腳功能表腳號功 能 說 明1Vc的地；與IGBT的發(fā)射極相接2電源端，一般值為20伏3驅(qū)動(dòng)輸出，經(jīng)柵極電阻Rg與IGBT相連4外接電容器，防止過電流保護(hù)環(huán)節(jié)誤動(dòng)作5內(nèi)設(shè)的過電流保護(hù)電路輸出端6經(jīng)快速二極管連到GIBT集電極。監(jiān)視集電極電平，作為過流信號之一。7，8可不接9電源地端10，11可不接12，13，

22、1614驅(qū)動(dòng)信號輸入（）15驅(qū)動(dòng)信號輸入（）五實(shí)驗(yàn)方法1IGBT主要參數(shù)測試（1）開啟閥值電壓VGS（th）測試開啟閥值電壓簡稱開啟電壓，是指器件流過一定量的漏極電流時(shí)（通常取漏極電流ID=1mA)的最小柵源電壓。在主回路的“1”端與IGBT的“18”端之間串入毫安表，將主回路的“3”與“4”端分別與IGBT管的“14”與“17”端相連，再在“14”與“17”端間接入電壓表，并將主回路電位器RP左旋到底。將電位器RP逐漸向右旋轉(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視毫安表，當(dāng)漏極電流ID=1mA時(shí)的柵源電壓值即為開啟閥值電壓VGS（th）。讀取7組ID、Vgs，其中ID=1mA必測，填入表41。表41ID（mA）1V

23、GS（V） （2）跨導(dǎo)gFS測試跨導(dǎo)的定義為漏極電流的小變化與相應(yīng)的柵源電壓小變化量之比，即gFS=ID/VGS。在主回路的“2”端與IGBT的“18”端串入毫安表，將RP左旋到底，其余接線同上。將RP逐漸向右旋轉(zhuǎn)，讀取ID與對應(yīng)的VGS值，測量7組數(shù)據(jù)，填入表42。表42ID（mA）1VGS（V）（3）導(dǎo)通電阻RDS測試導(dǎo)通電阻定義為RDS=VDS/ID將電壓表接入“18”與“17”兩端，其余同上，從小到大改變VGS，讀取ID與對應(yīng)的漏源電壓VDS，測量7組數(shù)據(jù)，填入表43。表43ID（mA）1VDS（V）2EXB840性能測試（1）輸入輸出延時(shí)時(shí)間測試IGBT部分的“1”與“13”分別與P

24、WM波形發(fā)生部分的“1”與“2”相連，再將IGBT部分的“10”與“13”相連、用示波器觀察輸入“1”與“13”及EXB840輸出“12”與“13”之間波形，記錄開通與關(guān)斷延時(shí)時(shí)間。ton= ，toff=（2）保護(hù)輸出部分光耦延時(shí)時(shí)間測試將IGBT部分“10”與“13”的連線斷開，并將“6”與“7”相連。用示波器觀察“8”與“13”及“4”與“13” 之間波形，記錄延時(shí)時(shí)間。（3）過流慢速關(guān)斷時(shí)間測試接線同上，用示波器觀察“1”與“13”及“12”與“13”之間波形，記錄慢速關(guān)斷時(shí)間。（4）關(guān)斷時(shí)的負(fù)柵壓測試接線同上，用示波器觀察“12”與“17”之間波形，記錄關(guān)斷時(shí)的負(fù)柵壓值。（5）過流閥值

25、電壓測試PWM波形發(fā)生部分的“1”與IGBT部分的“1”的相連，分別連接“2”與“3”，“4”與“5”，“6”與“7”，將主回路的“3”與“4”分別和“10”與“17”相連，即按照以下表格的說明連線。 IGBT：17 主回路：4IGBT：10主回路：3IGBT：4IGBT：5IGBT：6IGBT：7IGBT：2 IGBT：3IGBT：12IGBT：14RP左旋到底，用示波器觀察“12”與“17”之間波形，將RP逐漸向右旋轉(zhuǎn)，邊旋轉(zhuǎn)邊監(jiān)視波形，一旦該波形消失時(shí)即停止旋轉(zhuǎn)，測出主回路“3”與“4”之間電壓值，該值即為過流保護(hù)閥值電壓值。3開關(guān)特性測試（1）電阻負(fù)載時(shí)開關(guān)特性測試將“1”與“13”分

26、別與波形發(fā)生器“1”與“2”相連，“4”與“5”，“6”與“7”，2“與”3“，“12”與“14”，“10”與“18”， “17”與“16”相連，主回路的“1”與“4”分別和IGBT部分的“18”與“15”相連。即按照以下表格的說明連線。IGBT：1PWM：1IGBT：13PWM：2IGBT：4IGBT：5IGBT：6IGBT：7IGBT：2 IGBT：3IGBT：12IGBT：14IGBT：17IGBT：16IGBT：10IGBT：18 IGBT：15 主回路：4IGBT：18主回路：1 用示波器分別觀察“18”與“15”及“16”與“15”的波形，記錄開通和關(guān)斷時(shí)間。（2）電阻，電感負(fù)載時(shí)

27、開關(guān)特性測試將主回路“1”與“18”的連線斷開，再將主回路“2”與“18”相連，用示波器分別觀察“18”與“15”及“16”與“15”的波形，記錄開通和關(guān)斷時(shí)間。（3）不同柵極電阻時(shí)開關(guān)特性測試將“12”與“14”的連線斷開，再將“11”與“14”相連，柵極電阻從R53k改為R4=27，其余接線與測試方法同上。4并聯(lián)緩沖電路作用測試（1）電阻負(fù)載，有與沒有緩沖電路時(shí)觀察“14”與“17”及“18”與“17”之間波形。（2）電阻，電感負(fù)載，有與沒有緩沖電路時(shí)，觀察波形同上。5過流保護(hù)性能測試，柵計(jì)電阻用R4在上述接線基礎(chǔ)上，將“4”與“5”，“6”與“7”相連，觀察“14”與“17”之間波形，然

28、后將“10”與“18”之間連線斷開，并觀察驅(qū)動(dòng)波形是否消失，過流指示燈是否發(fā)亮，待故障消除后，撳復(fù)位按鈕即可繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。 六實(shí)驗(yàn)報(bào)告1根據(jù)所測數(shù)據(jù)，繪出IGBT的主要參數(shù)的表格與曲線 。2繪出輸入、輸出及對光耦延時(shí)以及慢速關(guān)斷等波形，并標(biāo)出延時(shí)與慢速關(guān)斷時(shí)間。3繪出所測的負(fù)柵壓值與過流閥值電壓值。4繪出電阻負(fù)載，電阻電感負(fù)載以及不同柵極電阻時(shí)的開關(guān)波形，并在圖上標(biāo)出tON 與tOFF。5繪出電阻負(fù)載與電阻、電感負(fù)載有與沒有并聯(lián)緩沖電路時(shí)的開關(guān)波形，并說明并聯(lián)緩沖電路的作用。6過流保護(hù)性能測試結(jié)果，并對該過流保護(hù)電路作出評價(jià)。7實(shí)驗(yàn)的收獲、體會(huì)與改進(jìn)意見。七思考題試對由EXB840構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電

29、路的優(yōu)缺點(diǎn)作出評價(jià)。實(shí)驗(yàn)五 移相控制全橋零電壓開關(guān)PWM變換器實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握移相控制全橋零電壓開關(guān)PWM變換器（簡稱PS-FB-ZVS-PWM變換器）的組成，工作原理與波形。2熟悉移相控制零電壓開關(guān)（ZVS）專用集成芯片UC3875的工作原理與使用方法。3掌握PS-FB-ZVS-PWM變換器的調(diào)試方法，主要參數(shù)變化對實(shí)現(xiàn)ZVS的影響。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1熟悉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)面板布置并連接實(shí)驗(yàn)線路，構(gòu)成一個(gè)實(shí)用的PS-FB-ZVS-PWM變換器。2芯片UC3875的波形與性能測試：（1） 諧振頻率與鋸齒波的周期與幅值。（2） 輸出脈沖的相位與死區(qū)時(shí)間。（3） 管腳2，3（10端），4，5的電壓值。3變換器

30、波形測試：（1） 兩個(gè)橋臂開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形與其漏源電壓波形。（2） 逆變橋輸出電壓UAB與輸出變壓器原邊電壓波形。（3） 輸出變壓器副邊整流后的電壓與輸出直流電壓波形。（4） 輸出變壓器原邊電流波形。4電路參數(shù)變化對實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)性能影響的測試：（1） 當(dāng)諧振電感、主電路電壓以及負(fù)載變化時(shí)對實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)的影響。（2） 當(dāng)諧振電感、主電路電壓以及負(fù)載變化時(shí)對占空比丟失的影響。三實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及工作原理電力電子技術(shù)的發(fā)展方向之一是高頻化，其實(shí)現(xiàn)的途徑，其一是發(fā)展高頻化的開關(guān)器件與配套元件；其二是高頻電力電子變換器電路拓?fù)涞陌l(fā)展。后者主要指軟開關(guān)技術(shù)的發(fā)展。應(yīng)用軟開關(guān)技術(shù)可以大幅度降低開關(guān)損耗和開關(guān)

31、噪聲，可使開關(guān)頻率獲得大幅度提高，從而可使電力變換器具有更高的效率、更高的功率密度、更高的可靠性以及可有效地減小電力變換器所引起的電磁污染和環(huán)境污染，為大力發(fā)展綠色電力電子產(chǎn)品提供了有效的途徑和方法。正因?yàn)檐涢_關(guān)技術(shù)具有諸多的顯著優(yōu)點(diǎn)，因此該理論從80年代提出后受到了國內(nèi)外科技界的極大重視，已成為當(dāng)前電力電子變換器領(lǐng)域的熱門研究技術(shù)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理框圖如圖5所示。系統(tǒng)采用移相控制方式實(shí)現(xiàn)零電壓開與關(guān)（簡稱ZVS）。移相控制方式是近年來在全橋變換電路拓?fù)渲袕V泛應(yīng)用的一種軟開關(guān)控制方式，它是諧振變換技術(shù)與常規(guī)PWM技術(shù)的巧妙結(jié)合，既實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)又保持了常規(guī)全橋PWM變換電路所具有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、控制

32、方式簡單、開關(guān)頻率恒定、元器件的電壓和電流應(yīng)力小等一系列優(yōu)點(diǎn)。移相控制方式的基本工作原理為；每個(gè)橋臂的兩個(gè)開關(guān)管180o互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂的導(dǎo)通之間相差一個(gè)相位，即所謂移相角，通過調(diào)節(jié)此移相角的大小，來調(diào)節(jié)輸出電壓脈沖寬度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。移相控制軟開關(guān)的一個(gè)特有現(xiàn)象，也可以說是其主要不足的是存在副邊占空比丟失現(xiàn)象，即副邊占空比小于原邊的占空比，兩者的差值通常用Dloss表示，而且諧振電感越大、負(fù)載越大、主電路電壓越低則Dloss越大。系統(tǒng)工作原理如下：如果能使VT1與VT3分別在VT2和VT4之前先關(guān)斷，而后再關(guān)斷VT2和VT4，即可實(shí)現(xiàn)ZVS，為此可稱VT1與VT3為超前橋臂，

33、而VT2與VT4則稱滯后橋臂。兩個(gè)橋臂開關(guān)管的軟關(guān)斷均靠與其并聯(lián)的吸收電容（C1-C4）實(shí)現(xiàn)，這是很顯然的，因?yàn)楫?dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，與其并聯(lián)的吸收電容兩端電壓為零，當(dāng)其關(guān)斷時(shí)，高頻變壓器原邊電流對其充電，這樣就限制了該關(guān)斷管子的電壓上升率，從而實(shí)現(xiàn)了軟關(guān)斷。超前橋臂當(dāng)VT1關(guān)斷后，線路電感與開關(guān)管并聯(lián)電容C1、C2諧振，使C1充電，C2放電，當(dāng)C2上電壓下降到零時(shí)，變壓器原邊電流通過VD3與VT4續(xù)流，顯然這時(shí)VT3管兩端電壓近似為零，如果在續(xù)流期間開通VT3，VT3就實(shí)現(xiàn)了零電壓開通。VT3開通后，在變壓器原邊電流續(xù)流期間如果關(guān)斷VT4，這時(shí)諧振電感與電容C2、C4發(fā)生諧振，即將原通過VT4的原

34、邊電流轉(zhuǎn)移到C2與C4支路中，即給C4充電，同時(shí)給C2放電，當(dāng)C4兩端電壓充電到主電路電源電壓時(shí)（此時(shí)C2兩端電壓則放電到零），與VT2反并聯(lián)的二極管VD2自然導(dǎo)通，即這時(shí)原邊電流通過VD2、VD3續(xù)流，如果在此期間開通VT2，即實(shí)現(xiàn)了滯后橋臂VT2的零電壓開通?？刂齐娐分饕尚酒琔C3875與相關(guān)外圍器件構(gòu)成，UC3875是美國UNITRODE公司專門為移相控制軟開關(guān)所設(shè)計(jì)的，稱為移相諧振控制器。芯片主要功能包括工作電源、基準(zhǔn)電源、振蕩器、鋸齒波、誤差放大器和軟啟動(dòng)、移相控制信號發(fā)生電路、過流保護(hù)、死區(qū)時(shí)間設(shè)置、輸出級等。在頻率設(shè)置腳（16腳）與信號地GND之間接一個(gè)電容和電阻，即可設(shè)置振蕩

35、頻率，從而設(shè)置輸出級的開關(guān)頻率（注意：輸出開關(guān)頻率為振蕩頻率的1/2）。鋸齒波斜率設(shè)置腳（18腳）與5V基準(zhǔn)電源（1腳）之間接一個(gè)電阻，再在鋸齒波電壓產(chǎn)生腳（19腳）與GND間接一個(gè)電容，即可設(shè)置鋸齒波的幅值。誤差放大器的同相輸入端（4腳）接從基準(zhǔn)電壓處分壓后得到的一個(gè)固定電壓，反相端（3腳）接由輸出電壓處分壓后得到的反饋電壓，誤差放大器的輸出（2腳）接到PWM比較器的一端，與鋸齒波電壓相比較，以調(diào)節(jié)移相角的大小，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的?？梢?，這樣的接線構(gòu)成了一個(gè)電壓閉環(huán)的自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)，調(diào)節(jié)反饋電壓的大小，即可方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。芯片的14與13腳輸出一對互補(bǔ)的方波信號OUTA與OU

36、TB，而9與8腳則輸出另一對互補(bǔ)的方波信號OUTC與OUTD，且在相位上后者領(lǐng)先于前者，兩者相差一個(gè)移相角。該移相角的大小決定于誤差放大器的輸出與鋸齒波的交截點(diǎn)。為了防止同一橋臂的兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)給開關(guān)管提供軟開關(guān)時(shí)間，兩個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號之間應(yīng)該設(shè)置一個(gè)死區(qū)時(shí)間。如果在芯片的15腳、7腳與GND之間接一個(gè)電阻和電容，就可以分別為兩對互補(bǔ)的輸出OUTA-B、OUTC-D設(shè)置死區(qū)時(shí)間。有關(guān)UC3875的更詳細(xì)說明，可參閱有關(guān)資料和附錄中的UC3875芯片的介紹。四實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器1NMCL-17實(shí)驗(yàn)掛箱2萬用表3雙蹤示波器五實(shí)驗(yàn)方法1認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書與有關(guān)資料，掌握移相控制全橋軟開關(guān)變換

37、器的基本工作原理、有關(guān)波形分析、參數(shù)變化對實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的影響，并熟悉UC3875的管腳功能。2UC3875的波形與性能測試。合上控制電源SW3后即可進(jìn)行下述測試：（1） 測量16腳的波形，讀取該波形的最大與最小值及其周期時(shí)間。（2） 測量19腳的波形，讀取鋸齒波的峰點(diǎn)與谷點(diǎn)電壓及其周期時(shí)間。（3） 將4腳與3腳（10端）對地短接，并用數(shù)字萬用表和雙線示波器測量：a) 2腳的電壓。b) 14、13腳與20腳及9、8腳與20腳的波形，讀取脈沖幅值、死區(qū)時(shí)間與周期時(shí)間。c) 14與8腳及13與9腳的波形，記錄其相位時(shí)序關(guān)系及占空比D值（即14與8腳同為高電平的時(shí)間與半個(gè)周期時(shí)間之比）。（4） 將4腳對

38、地的短接線去掉，用萬用表和示波器測量：a） 2、4、5腳的電壓。b) 14與8腳及13與9腳的波形，記錄其相位時(shí)序關(guān)系及此時(shí)的最大占空比。3變換器波形測試。將10端與地間的連線斷開并與9端相連，再將6與7端相連，并將開關(guān)SW1與SW2斷開。合上控制電源SW3與主回路電源SW0，觀察系統(tǒng)工作是否正常，待系統(tǒng)工作正常后，合上SW1，調(diào)節(jié)反饋電位器RP1，使輸出（即C與D兩端）電壓為5V左右。（1） 將示波器的地線接S3端，其他兩個(gè)探頭分別接G3與A端，測量與描繪超前橋臂VT3的驅(qū)動(dòng)波形與其漏源電壓波形，仔細(xì)觀察超前橋臂的零電壓開與關(guān)的過程。（2） 用示波器測量與描繪滯后橋臂VT4的驅(qū)動(dòng)與其漏源電壓

39、波形，仔細(xì)觀察滯后橋臂的零電壓開與關(guān)的過程。（3） 示波器地線接A端，另兩個(gè)探頭分別接7與B端，即可測量與描繪輸出電壓UAB與輸出變壓器原邊電壓UT1波形，仔細(xì)觀察兩個(gè)波形的脈沖寬度，其差值即為副邊脈沖丟失部分。（4） 測量與描繪輸出變壓器副邊整流后的8與D端電壓以及C與D端輸出直流電壓波形。（5） 示波器地線接B端，另兩端分別接A端與4端，即可同時(shí)測量與描繪輸出電壓UAB與原邊電流iP的波形。4電路參數(shù)變化對實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)性能影響的測試。系統(tǒng)工作在開環(huán)狀態(tài)（即9與10端的連續(xù)斷開），分別在下列情況下測量UAB與原邊電壓UT1、UAB與原邊電流iP以及滯后橋臂VT4的驅(qū)動(dòng)與漏源電壓波形。（1）

40、 改變諧振電感，即諧振電感用L1+L2或L2時(shí)。（2） 改變負(fù)載大小，即將開關(guān)SW2合上或斷開時(shí)。（3） 改變主回路電源電壓，即將開關(guān)SW1合上或斷開時(shí)。六實(shí)驗(yàn)報(bào)告1畫出UC3875 16腳與19腳的實(shí)測波形，注明鋸齒波的峰點(diǎn)、谷點(diǎn)電壓與周期時(shí)間。2列出所測的UC3875的 2、3（10端）、4、5腳電壓及超前與滯后橋臂的死區(qū)時(shí)間。3畫出下列波形：（1） 在最小移相角（即2腳電壓為零）時(shí)的14、13、9、8腳與地間波形。（2） 在最大移相角（即2腳電壓為最大）時(shí)的14、13、9、8腳與地間波形。（3） 超前橋臂VT3與滯后橋臂VT4的驅(qū)動(dòng)及其漏源電壓波形。（4） 不同電路參數(shù)時(shí)的逆變橋輸出電壓

41、UAB、輸出變壓器原邊電壓UT1與原邊電流iP波形。（5） 輸出變壓器副邊整流后的電壓與輸出直流電壓波形。4實(shí)驗(yàn)的收獲、體會(huì)與改進(jìn)意見。圖5實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理框圖圖圖實(shí)驗(yàn)六 單端正、反激式開關(guān)電源實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉PWM波調(diào)試方法。2熟悉單端正、反激DC/DC工作原理。3了解單端正、反激電源工作特性。 二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容觀察開環(huán)時(shí)“2”和“4”兩端的波形。測出輸出直流電壓Uo與占空比D的值。三實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀表1NMCL-23掛件2NMCL-16掛件3雙蹤示波器4萬用表四實(shí)驗(yàn)方法1單端正激電源開環(huán)實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)電路（請參照圖6-1.1）將NMCL-16中分別將“主電源2”的“1”端和“單端正激電路”的“1”端

42、相連，“主電源2”的“2”端和“單端正激電路”的“2”端相連。再將單端正激電路上的“2”與“6”，“8”與“10”，“9”與“11”相連，“7”端和“8”端分別與單端正激電路的“3”端和“2”端相連。（2）先將控制電路中的電位器RP左旋到底，使輸出的PWM波占空比最小，開啟電源，逐漸右旋RP電位器，逐漸增大PWM波占空比，記錄最小、最大占空比單端正激電路“2”和“4”兩端的波形，。（3）保持上述接線不變，調(diào)節(jié)電位器RP，使占空比D 從最小到最大范圍內(nèi)，測試6個(gè)D數(shù)據(jù)，以及與此對應(yīng)的輸出電壓Uo。D Uo(V)2單端反激電源開環(huán)實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)電路（請參照圖6-2.1）將NMCL-16中分別將“主電源2”的“1”端和“單端反激電路”的“12”端相連，“主電源2”