直流斩波电路的性能研究.doc

直流斩波电路的性能研究（六种典型线路）一、实训目的(1) 熟悉直流斩波电路的工作原理。(2) 熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点。(3) 了解PWM控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。二、实训所需挂箱及附件序号型 号备 注1MEC01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2PAC09A 交直流电源、变压器及二极管组件该挂箱包含“15V”直流电源及功率二极管等几个模块3PAC20 直流斩波电路组件4MEC42可调电阻器5慢扫描示波器自备三、实训线路及原理1、主电路 降压斩波电路(Buck Chopper)降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图5-10所示。图中V为全控型器件IGBT。D为续流二极管。由图5-10b中V的栅极电压波形UGE可知，当V处于通态时，电源Ui向负载供电，UD=Ui。当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压UD近似为零，至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：式中ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，为导通占空比，简称占空比或导通比(=ton/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值UO最大为Ui，若减小占空比，则UO随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。(a)电路图 (b)波形图图5-10 降压斩波电路的原理图及波形 升压斩波电路(Boost Chopper)升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图及工作波形如图5-11所示。电路也使用一个全控型器件V。由图5-11b中V的栅极电压波形UGE可知，当V处于通态时，电源Ui向电感L1充电，充电电流基本恒定为I1,同时电容C1上的电压向负载供电，因C1值很大，基本保持输出电压UO为恒值。设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L1上积蓄的能量为UiI1ton。当V处于断态时Ui和L1共同向电容C1充电，并向负载提供能量。设V处于断态的时间为toff，则在此期间电感L1释放的能量为(UO-Ui) I1ton。当电路工作于稳态时，一个周期T内电感L1积蓄的能量与释放的能量相等，即：UiI1ton=(UO-Ui) I1toff上式中的T/toff1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。(a)电路图 (b)波形图图5-11 升压斩波电路的原理图及波形 升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)的原理图及工作波形如图5-12所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电源Ui经V向电感L1供电使其贮存能量，同时C1维持输出电压UO基本恒定并向负载供电。此后，V关断，电感L1中贮存的能量向负载释放。可见,负载电压为上负下正，与电源电压极性相反。输出电压为：若改变导通比，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当01/2时为降压，当1/21时为升压。(a)电路图 (b)波形图图5-12 升降压斩波电路的原理图及波形 Cuk斩波电路Cuk斩波电路的原理图如图5-13所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，UiL1V回路和负载RL2C2V回路分别流过电流。当V处于断态时，UiL1C2D回路和负载RL2D回路分别流过电流，输出电压的极性与电源电压极性相反。输出电压为：若改变导通比，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当01/2时为降压，当1/21时为升压。图5-13 Cuk斩波电路原理图 Sepic斩波电路Sepic斩波电路的原理图如图5-14所示。电路的基本工作原理是：可控开关V处于通态时，UiL1V回路和C2VL2回路同时导电，L1和L2贮能。当V处于断态时，UiL1C2DR回路及L2DR回路同时导电，此阶段Ui和L1既向R供电，同时也向C2充电，C2贮存的能量在V处于通态时向L2转移。输出电压为：若改变导通比，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当01/2时为降压，当1/21时为升压。图5-14 Sepic斩波电路原理图 Zeta斩波电路Zeta斩波电路的原理图如图5-15所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电源Ui经开关V向电感L1贮能。当V处于断态后，L1经D与C2构成振荡回路，其贮存的能量转至C2，至振荡回路电流过零，L1上的能量全部转移至C2上之后，D关断，C2经L2向负载R供电。输出电压为：图5-15 Zeta斩波电路原理图若改变导通比，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当01/2时为降压，当1/21时为升压。2、控制与驱动电路控制电路以SG3525为核心构成，SG3525为美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成电路，其内部电路结构及各引脚功能如图5-16所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相差、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。详细的工作原理与性能指标可参阅相关的资料。图5-16 SG3525芯片的内部结构与所需的外部组件四、实训内容(1) 控制与驱动电路的测试。(2) 六种直流斩波器的测试。(3) 控制与驱动电路故障的分析与处理。五、实训方法1、控制与驱动电路的测试(1) 控制与驱动电路故障的设置与分析请参考第二章有关内容。(2) 将PAC09的两路+15V直流电源接入PAC20的两路+15V输入端口，启动实训装置电源，开启PAC09电源开关。(3) 调节PWM脉宽调节电位器改变Ur，用双踪示波器分别观测SG3525的第11脚与第14脚的波形，观测输出PWM信号的变化情况，并填入下表。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.511(A)占空比(%)14(B)占空比(%)PWM占空比(%)(4)用示波器分别观测A、B和PWM信号的波形，记录其波形、频率和幅值，并填入下表。观测点A(11脚)B(14脚)PWM波形类型幅值A (V)频率f (Hz)(4)用双踪示波器的两个探头同时观测11脚和14脚的输出波形，调节PWM脉宽调节电位器，观测两路输出的PWM信号，测出两路信号的相位差，并测出两路PWM信号之间最小的“死区”时间。2、直流斩波器的测试(使用一个探头观测波形)斩波电路的输入直流电压Ui由MEC01三相自耦调压器输出的单相交流电经PAC09挂箱上的不整流滤波电路后得到。接通交流电源，观测Ui波形，记录其平均值(注：本装置限定直流输出最大值为50V，输入交流电压的大小由调压器调节输出)。按下列实训步骤依次对六种典型的直流斩波电路进行测试。(1)切断电源，根据前述主电路图，利用面板上的元器件连接好相应的斩波实训线路，并接上电阻负载，负载电流最大值限制在200mA以内。将控制与驱动电路的输出“V-G”、“V-E”分别接至V的G和E端。(2)检查接线正确，尤其是电解电容的极性是否接反后，接通主电路和控制电路的电源。(3)用示波器观测PWM信号的波形、UGE的电压波形、UCE的电压波形及输出电压Uo和二极管两端电压UD的波形，注意各波形间的相位关系。(4)调节PWM脉宽调节电位器改变Ur，观测在不同占空比()时，记录Ui、UO和的数值于下表中，从而画出UO=f()的关系曲线。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比(%)Ui(V)Uo(V)六、实训报告(1) 分析图4-18中产生PWM信号的工作原理。(2) 整理各组实训数据绘制各直流斩波电路的U