試驗(yàn)五-直流斬波電路的性能研究試驗(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)： 組別： 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?1) 熟悉直流斬波電路的工作原理。(2) 熟悉各種直流斬波電路的組成及其工作特點(diǎn)。(3) 了解 PWM 控制與驅(qū)動(dòng)電路的原理及其常用的集成芯片。二、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

2、 三相可調(diào)電阻5慢掃描示波器自備6萬(wàn)用表自備三、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 =Ui 。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， toff 為 V 處于斷態(tài)的時(shí)間

3、， T 為開關(guān)周期，為導(dǎo)通占空比， 簡(jiǎn)稱占空比或?qū)ū?( =ton/T) 。由此可知，輸出到負(fù)載的電壓平均值 UO 最大為 Ui，若減小占空 比，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。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 L1 充電，充 電電流基本恒定為 I1,同時(shí)電容 C1 上的電壓向負(fù)載供電，因 C1

4、 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 L1 上積蓄的能量為 UiI1ton。當(dāng) V 處于斷態(tài)時(shí) Ui和L1 共同向電容 C1 充電，并向負(fù)載提供能量。設(shè) V 處于斷態(tài)的時(shí)間為 toff，則在此期間電感 L1 釋放的能量為 (UO-Ui) I1ton。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 T 內(nèi)電感 L1 積蓄的能量與釋放的能 量相等，即：上式中的 T/t off 1,輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。圖 4-13 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

5、Chopper) 的原理圖及工作波形如圖 4-14 所示。電路的基本工作 原理是：當(dāng)可控開關(guān) V 處于通態(tài)時(shí)，電源 Ui 經(jīng) V 向電感 L1 供電使其貯存能量，同時(shí) C1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 L1 中貯存的能量向負(fù)載釋放。可見 ,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：(a) 電路圖圖4-14 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 4-15 所示。電路的基本工作原理是：當(dāng)可控開關(guān) V 處于通態(tài)時(shí)，Ui L1V 回路和負(fù)載 RL2C2V 回路分別流過電流。當(dāng) V 處于斷態(tài)時(shí)， UiL1C2D 回

6、RL 2D 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：路和負(fù)載若改變導(dǎo)通比， 為升壓。(b)波形圖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 1/2 時(shí)為降壓， 當(dāng)1/2 1 時(shí)、 Sepic 斬波電路Sepic 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(shí)， UiL1V 回路和C2VL2 回路同時(shí)導(dǎo)電， L1 和L2 貯能。當(dāng) V 處于斷態(tài)時(shí)， UiL1C2DR 回路及 L2DR 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：Zet

7、a 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)可控開關(guān) V 處于通態(tài)時(shí)， 電源Ui 經(jīng)開關(guān)V 向電感 L1 貯能。當(dāng) V 處于斷態(tài)后， L1 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)L2 向負(fù)載 R供電。輸出電壓為：若改變導(dǎo)通比， 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 1/2 時(shí)為降壓， 當(dāng)1/2 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

8、， 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)）。它適用于各開關(guān)電源、斬波器的控制。 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(1)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(chǎng)效應(yīng)管或 IGBT

9、 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(2)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)楣驳貑栴}，容易造成短路六、實(shí)驗(yàn)方法1、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，開啟 DJK20 控制電路電源開關(guān)。(2)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

10、變化情況，并填入下表。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.511(A) 占空 比(%)111722.2283133.336.114(B) 占空 比(%)111722.2283133.336.1PWM 占 空比 (%)22.233.344.455.666.766.673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)12.512.512.5頻率 f (Hz)1/0.19x10-31/0.19x10-31/1.8x10-6(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。(4)用雙蹤示波器的兩個(gè)探頭同時(shí)觀測(cè) 11

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，

12、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。(4) 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 ()時(shí)，記錄 Ui、UO 和的數(shù)值 于下表中，從而畫出 UO=f( ) 的關(guān)系曲線。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1) 分析圖 4-20 中產(chǎn)生 PWM 信號(hào)的工作原理。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比(%)22.233.344.455.666.166.673Ui(V)4038.837.234.932.417.318.6Uo