實(shí)驗(yàn)五直流斬波電路的性能研究實(shí)驗(yàn)報(bào)告第五組

1、XXX 學(xué) 院 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告學(xué)院：專業(yè)：班級(jí)：成績(jī):姓名：學(xué)號(hào)：Hi： 組員：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)（序號(hào)） 項(xiàng)目名稱：直流斬波電路的性能研究（六種典型線路）實(shí)驗(yàn)五 直流斬波電路的性能研究（六種典型線路）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ぶ绷鲾夭娐返墓ぷ髟怼Ｊ煜じ鞣N直流斬波電路的組成及其工作特點(diǎn)。了解PWM控制與驅(qū)動(dòng)電路的原理及其常用的集成芯片、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型號(hào)備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個(gè)模塊。2DJK09單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)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(shí)驗(yàn)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(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui向負(fù)載供電，UD=Uio當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)二極管D續(xù)流，電壓UD近似為零，至一個(gè)周期T結(jié)束，再驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過(guò)程。負(fù)載電壓的平均值為：式中ton為V處于通態(tài)的時(shí)間，tof為V處于斷態(tài)的時(shí)間，T為開(kāi)關(guān)周期，a為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)稱占空比或?qū)ū龋╝=ton/T）。由此可知，輸出到負(fù)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(gè)全控型器件V。由圖4-13b中V的柵極電壓波形 Uge可知，當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源 Ui向電感Li充電，充電電流基本恒定為Ii,同時(shí)電容Ci上的電壓向負(fù)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(shí)間為ton,此階段電感Li上積蓄的能量為 Uiliton。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)Ui和Li共同向電容Ci充電，并向負(fù)載提

4、供能量。設(shè) V處于斷態(tài)的時(shí)間為toff,則在此期間電感Li 釋放的能量為(Uo-Ui) litono當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)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(guó)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(dāng)可控開(kāi)關(guān) V處于通態(tài)時(shí)，電源 Ui經(jīng)V向電感Li供電使其貯存能量，同時(shí)Ci維持輸出電壓Uo基本恒定并向負(fù)載供電。此后， V關(guān)斷，電感Li中貯存的

5、能量向負(fù)載釋放?？梢?jiàn) ，負(fù) 載電壓為上負(fù)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(dāng)可控開(kāi)關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，Ui L1 V回路和負(fù)載R L2 C2 V回路分別流過(guò)電流。當(dāng) V處于斷態(tài)時(shí)，Ui Li C2 D回路和負(fù)載R L2 D回路分別流過(guò)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(dāng)0<a<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<a <1時(shí)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(kāi)關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，Ui L 1 V回路和C2V L2回路同時(shí)導(dǎo)電，L 1和L2貯能。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，Ui L1 C2 D R 回路及L2 D R回路同時(shí)導(dǎo)電，此階段 Ui和L1既向R供電，同時(shí)也向 C2充電，C2貯存的能 量在V處于通態(tài)時(shí)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(dāng)可控開(kāi)關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui經(jīng)開(kāi)關(guān)V向電感Li貯能。當(dāng)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(guò)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(fù)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(dāng)0<a<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<a <1時(shí)為升壓。2、控制與驅(qū)動(dòng)電路控制電路以SG3525為核心構(gòu)成， SG3525為美國(guó)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(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護(hù)電路等。調(diào)節(jié)Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個(gè)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(hào))。它適用于各開(kāi)關(guān)電源、斬波器的控制。

8、詳細(xì)的工作原理與性能指標(biāo)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)控制與驅(qū)動(dòng)電路的測(cè)試(2)六種直流斬波器的測(cè)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(guò)開(kāi)關(guān)晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管或 IGBT將直流信號(hào)或電源切成與信號(hào)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(shí)不能用示波器的雙蹤探頭同時(shí)對(duì)兩處波形進(jìn)行觀測(cè)？ 因?yàn)楣驳貑?wèn)題，容易造成短路六、實(shí)驗(yàn)方法1

9、、控制與驅(qū)動(dòng)電路的測(cè)試(1)啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置電源，開(kāi)啟DJK20控制電路電源開(kāi)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(cè)SG3525的第11腳與第14腳的波形，觀測(cè)輸出 PWM 信號(hào)的變化情況，并填入下表。Ur(V)11(A)占空 比()11172831觀測(cè)點(diǎn)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(cè) A、B和PWM信號(hào)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(gè)

10、探頭同時(shí)觀測(cè)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(cè)兩路輸出的PWM 信號(hào)，測(cè)出兩路信號(hào)的相位差，并測(cè)出兩路PWM信號(hào)之間最小的“死區(qū)”時(shí)間。2、直流斬波器的測(cè)試(使用一個(gè)探頭觀測(cè)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(cè) 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(shí)驗(yàn)步驟依次對(duì)六種典型的直流斬波電路進(jìn)行測(cè)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(shí)驗(yàn)線路，并接上電阻負(fù)載，負(fù)載電流最大值限制在200mA以內(nèi)。將控制與驅(qū)動(dòng)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(cè)PWM 信號(hào)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(cè)在不同占空比(a)時(shí)，記錄Ui、UO和a的數(shù)值于下表中，從而畫(huà)出 Uo=f(風(fēng))的關(guān)系曲線。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)分析圖4-20