實驗五 直流斬波電路的性能設計研究實驗報告 第五組

...wd......wd......wd...XXX學院實驗報告學院：專業(yè)：班級：成績：姓名：學號：組別：組員：實驗地點：實驗日期：指導教師簽名：預習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〕工程名稱：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、實驗目的(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。(3)了解PWM控制與驅(qū)動電路的原理及其常用的集成芯片。二、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6萬用表自備三、實驗線路及原理1、主電路①、降壓斬波電路(BuckChopper)降壓斬波電路(BuckChopper)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=Ui。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完畢，再驅(qū)動V導通，重復上一周期的過程。負載電壓的平均值為：式中ton為V處于通態(tài)的時間，toff為V處于斷態(tài)的時間，T為開關周期，α為導通占空比，簡稱占空比或?qū)ū?α=ton/T)。由此可知，輸出到負載的電壓平均值UO最大為Ui，假設減小占空比α，那么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②、升壓斬波電路(BoostChopper)升壓斬波電路(BoostChopper)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L1充電，充電電流基本恒定為I1,同時電容C1上的電壓向負載供電，因C1值很大，基本保持輸出電壓UO為恒值。設V處于通態(tài)的時間為ton，此階段電感L1上積蓄的能量為UiI1ton。當V處于斷態(tài)時Ui和L1共同向電容C1充電，并向負載提供能量。設V處于斷態(tài)的時間為toff，那么在此期間電感L1釋放的能量為(UO-Ui)I1ton。當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期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/toff≥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③、升降壓斬波電路(Boost-BuckChopper)升降壓斬波電路(Boost-BuckChopper)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：當可控開關V處于通態(tài)時，電源Ui經(jīng)V向電感L1供電使其貯存能量，同時C1維持輸出電壓UO基本恒定并向負載供電。此后，V關斷，電感L1中貯存的能量向負載釋放?？梢?負載電壓為上負下正，與電源電壓極性相反。輸出電壓為：(a)電路圖(b)波形圖圖4-14升降壓斬波電路的原理圖及波形④、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：當可控開關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—L1—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：假設改變導通比α，那么輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當0<α<1/2時為降壓，當1/2<α<1時為升壓。⑤、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V處于通態(tài)時，Ui—L1—V回路和C2—V—L2回路同時導電，L1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：⑥、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V處于通態(tài)時，電源Ui經(jīng)開關V向電感L1貯能。當V處于斷態(tài)后，L1經(jīng)D與C2構成振蕩回路，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關斷，C2經(jīng)L2向負載R供電。輸出電壓為：假設改變導通比α，那么輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當0<α<1/2時為降壓，當1/2<α<1時為升壓。2、控制與驅(qū)動電路控制電路以SG3525為核心構成，SG3525為美國SiliconGeneral公司生產(chǎn)的專用PWM控制集成電路，其內(nèi)部電路構造及各引腳功能如圖4-18所示，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，內(nèi)部包含有精細基準源、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〕。它適用于各開關電源、斬波器的控制。詳細的工作原理與性能指標可參閱相關的資料。圖4-18SG3525芯片的內(nèi)部構造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(1)直流斬波電路的工作原理是什么有哪些構造形式和主要元器件原理：通過開關晶體管、場效應管或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。構造形式：1降壓斬波電路。2升壓斬波電路3升降壓斬波電路4CUK斬波電路5SEPIC斬波電路6ZETA斬波電路。主要元器件：1IGBT2電容3直流電源4電感(2)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展觀測因為共地問題，容易造成短路六、實驗方法1、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。(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)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觀測點A(11腳)B(14腳)PWM波形類型方波方波方波幅值A(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A、B和PWM信號的波形，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)。按以下實驗步驟依次對六種典型的直流斬波電路進展測試。(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系。(4)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(α)時，記錄Ui、UO和α的數(shù)值于下表中，從而畫出UO=f(α)的關系曲線。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比α(%)22.233.344.455.666.166.673Ui(V)4038.837.234.932.417.318.6Uo(V)54.259.565.672.781.462.466