實驗五直流斬波電路的性能研究實驗報告第五組

1、XXX 學(xué) 院 實 驗 報 告學(xué)院：專業(yè)：班級：成績:姓名：學(xué)號：Hi： 組員：實驗地點：實驗日期：指導(dǎo)教師簽名：預(yù)習(xí)情況正常操作情況正常考勤情況正常數(shù)據(jù)處理情況正常實驗（序號） 項目名稱：直流斬波電路的性能研究（六種典型線路）實驗五 直流斬波電路的性能研究（六種典型線路）一、實驗?zāi)康氖煜ぶ绷鲾夭娐返墓ぷ髟?。熟悉各種直流斬波電路的組成及其工作特點。了解PWM控制與驅(qū)動電路的原理及其常用的集成芯片、實驗所需掛件及附件序號型號備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK09單相調(diào)壓與可調(diào)負載3DJK20直流斬波電路4D42三相可調(diào)電阻5慢掃描示波器自備6力用表自備

2、三、實驗線路及原理1、主電路、降壓斬波電路（Buck Chopper）降壓斬波電路（Buck Chopper）的原理圖及工作波形如圖 4-12所示。圖中V為全控型器件，選用IGBT。D為續(xù)流二極管。由圖4-12b中V的柵極電壓波形 Uge可知，當V處于通態(tài)時，電源Ui向負載供電，UD=Uio當V處于斷態(tài)時，負載電流經(jīng)二極管D續(xù)流，電壓UD近似為零，至一個周期T結(jié)束，再驅(qū)動V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。負載電壓的平均值為：式中ton為V處于通態(tài)的時間，tof為V處于斷態(tài)的時間，T為開關(guān)周期，a為導(dǎo)通占空比，簡稱占空比或?qū)ū龋╝=ton/T）。由此可知，輸出到負載的電壓平均值UO最大為Ui,若減小

3、占空比a,則UO隨之減小，由于輸出電壓低于輸入電壓，故稱該電路為降壓斬波電路。電路怦I(b)波形圖圖4-12降壓斬波電路的原理圖及波形、升壓斬波電路(Boost Chopper)升壓斬波電路(Boost Chopper)的原理圖及工作波形如圖4-13所示。電路也使用一個全控型器件V。由圖4-13b中V的柵極電壓波形 Uge可知，當V處于通態(tài)時，電源 Ui向電感Li充電，充電電流基本恒定為Ii,同時電容Ci上的電壓向負載供電，因Ci值很大，基本保持輸出電壓 Uo為恒值。設(shè)V處于通態(tài)的時間為ton,此階段電感Li上積蓄的能量為 Uiliton。當V處于斷態(tài)時Ui和Li共同向電容Ci充電，并向負載提

4、供能量。設(shè) V處于斷態(tài)的時間為toff,則在此期間電感Li 釋放的能量為(Uo-Ui) litono當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內(nèi)電感Li積蓄的能量與釋放的能量相等，即：上式中的T/tomi,輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。電路國圖4-i3升壓斬波電路的原理圖及波形、升降壓斬波電路 (Boost-Buck Chopper)升降壓斬波電路(Boost-Buck Chopper)的原理圖及工作波形如圖4-i4所示。電路的基本工作原理是：當可控開關(guān) V處于通態(tài)時，電源 Ui經(jīng)V向電感Li供電使其貯存能量，同時Ci維持輸出電壓Uo基本恒定并向負載供電。此后， V關(guān)斷，電感Li中貯存的

5、能量向負載釋放?？梢?，負 載電壓為上負下正，與電源電壓極性相反。輸出電壓為:波形圖(a)電路圖(b)圖4-i4升降壓斬波電路的原理圖及波形、Cuk斬波電路Cuk斬波電路的原理圖如圖 4-i5所示。電路的基本工作原理是：當可控開關(guān)V處于通態(tài)時，Ui L1 V回路和負載R L2 C2 V回路分別流過電流。當 V處于斷態(tài)時，Ui Li C2 D回路和負載R L2 D回路分別流過電流，輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。輸出電壓為：若改變導(dǎo)通比a,則輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當0<a<1/2時為降壓，當1/2<a <1時為升壓。、Sepic斬波電路Sepic

6、斬波電路的原理圖如圖 4-16所示。電路的基本工作原理是：可控開關(guān)V處于通態(tài)時，Ui L 1 V回路和C2V L2回路同時導(dǎo)電，L 1和L2貯能。當V處于斷態(tài)時，Ui L1 C2 D R 回路及L2 D R回路同時導(dǎo)電，此階段 Ui和L1既向R供電，同時也向 C2充電，C2貯存的能 量在V處于通態(tài)時向L2轉(zhuǎn)移。輸出電壓為：、Zeta斬波電路Zeta斬波電路的原理圖如圖 4-17所示。電路的基本工作原理是：當可控開關(guān)V處于通態(tài)時，電源Ui經(jīng)開關(guān)V向電感Li貯能。當V處于斷態(tài)后，Li經(jīng)D與C2構(gòu)成振蕩回路，其貯存的能量轉(zhuǎn)至C2,至振蕩回路電流過零，L1上的能量全部轉(zhuǎn)移至 C2上之后，D關(guān)斷，C2經(jīng)

7、L2向負載R供電。輸出電壓為：若改變導(dǎo)通比a,則輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當0<a<1/2時為降壓，當1/2<a <1時為升壓。2、控制與驅(qū)動電路控制電路以SG3525為核心構(gòu)成， SG3525為美國Silicon General公司生產(chǎn)的專用 PWM 控制集成電路，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及各引腳功能如圖 4-18所示，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，內(nèi)部包含有精密基準源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護電路等。調(diào)節(jié)Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個幅度相等、頻率相等、相位相差、占空比可調(diào)的矩形波(即PWM信號)。它適用于各開關(guān)電源、斬波器的控制。

8、詳細的工作原理與性能指標可參閱相關(guān)的資料。圖4-18 SG3525芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與所需的外部組件四、實驗內(nèi)容(1)控制與驅(qū)動電路的測試(2)六種直流斬波器的測試五、思考題直流斬波電路的工作原理是什么？有哪些結(jié)構(gòu)形式和主要元器件？原理：通過開關(guān)晶體管、場效應(yīng)管或 IGBT將直流信號或電源切成與信號同幅值的單極性或雙極性的脈沖波。結(jié)構(gòu)形式：1降壓斬波電路。2升壓斬波電路3升降壓斬波電路4 CUK斬波電路5 SEPIC斬波電路6ZETA斬波電路。主要元器件：1 IGBT 2電容3直流電源4電感為什么在主電路工作時不能用示波器的雙蹤探頭同時對兩處波形進行觀測？ 因為共地問題，容易造成短路六、實驗方法1

9、、控制與驅(qū)動電路的測試(1)啟動實驗裝置電源，開啟DJK20控制電路電源開關(guān)。調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器改變 Ur,用雙蹤示波器分別觀測SG3525的第11腳與第14腳的波形，觀測輸出 PWM 信號的變化情況，并填入下表。Ur(V)11(A)占空 比()11172831觀測點A(11 腳)B(14 腳)PWM波形類型方波方波方波幅值A(chǔ) (V)頻率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)用示波器分別觀測 A、B和PWM信號的波形，記錄其波形、頻率和幅值，并填入下表。用雙蹤示波器的兩個

10、探頭同時觀測11腳和14腳的輸出波形，調(diào)節(jié) PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器，觀測兩路輸出的PWM 信號，測出兩路信號的相位差，并測出兩路PWM信號之間最小的“死區(qū)”時間。2、直流斬波器的測試(使用一個探頭觀測波形)斬波電路的輸入直流電壓Ui由三相調(diào)壓器輸出的單相交流電經(jīng)DJK20掛箱上的單相橋式整流及電容濾波后得到。接通交流電源，觀測 Ui波形，記錄其平均值(注：本裝置限定直流輸出最大值為50V ,輸入交流電壓的大小由調(diào)壓器調(diào)節(jié)輸出)。按下列實驗步驟依次對六種典型的直流斬波電路進行測試。(1)切斷電源，根據(jù) DJK20上的主電路圖，利用面板上的元器件連接好相應(yīng)的斬波實驗線路，并接上電阻負載，負載電流最大值限制在200mA以內(nèi)。將控制與驅(qū)動電路的輸出“ V-G”、“ V-E”分別接至V的G和E端。(2)檢查接線正確，尤其是電解電容的極性是否接反后，接通主電路和控制電路的電源。(3)用示波器觀測PWM 信號的波形、Uge的電壓波形、Uce的電壓波形及輸出電壓 Uo和二極管兩端電壓Ud的波形，注意各波形間的相位關(guān)系。調(diào)節(jié)PWM 脈寬調(diào)節(jié)電位器改變 Ur,觀測在不同占空比(a)時，記錄Ui、UO和a的數(shù)值于下表中，從而畫出 Uo=f(風(fēng))的關(guān)系曲線。七、實驗報告(1)分析圖4-20