实验五直流斩波电路的性能研究实验报告第五组

1、X X学院：X学专业：院实班级：验 报成绩：告姓名：学号：组别：组员：实验地点：实验日期:指导教师签名：预习情况正常操作情况正常考勤情况正常数据处理情况正常实验(序号) 项目名称：直流斩波电路的性能研究(六种典型线路)实验五 直流斩波电路的性能研究(六种典型线路)一、实验目的(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空制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。二、实验所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“二相电源输出”等几 个模块。2DJK0弹相调压与可调负载3DJK20直流斩波电路4D42二相可调电阻5慢扫描示波器自

2、备6 万用表自备三、实验线路及原理1、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4-12所示。图中V为 全控型器件，选用IGBT。D为续流二极管。由图4-12b中V的栅极电压波形Ue可知，当V处 于通态时，电源U向负载供电，J=U。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：Uo 二 一L仃二 aU oJJ JJ勒, +1 喷丁式中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，0c为导通占空比，简称占空比或导通比(a =t o

3、n/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值 UO最 大为U,若减小占空比，则5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图 4-12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4-13所示。电路也 使用一个全控型器件V。由图4-13b中V的栅极电压波形Ue可知，当V处于通态时，电源U向 电感Li充电，充电电流基本恒定为11,同时电容C上的电压向负载供电，因C值很大，基本保 持输出电压a为恒值。设V处于通态的时间为ton,此阶段电感Li上积蓄的能 量为Uliton。当V处于断态时U和Li共同向

4、电容G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Li释放的能量为(Uo-Ui) lit one当电路工作于稳态时，一个周期T内电感Li积蓄 的能量与释放的能量相等，即:上式中的T/t off ni,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路升压斩波电路的原理图及波形图 4-i3、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4-i4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U经V向电感Li供电使其贮存能量, 同时。维持输 出电压*基本恒定并向负载供电。此后，V关断，电

5、感Li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：(a)电路图(b)波形图图4-14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4-15所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，Ul-Li-V回路和负载R-L2OV回路分别流过电流。当V处于断态时,U LiC2D 回路和负载R-L2-D回路分别流过电流，输出电压的极性与电源电压极性相若改变导通比,则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<%<1/2时为降压，当1/2<%<1时为升压。、Sepic斩波电路Sepic斩波电路的原理图如图4-

6、16所示。电路的基本工作原理是：可控开关V处于通态时，U-L1-V回路和GV L2回路同时导电，L1和L2贮能。当V处于断态时,U - LiC2D- R回路及L2A R回路同时导电，止匕阶段U和Li既向R供电，同时也向。充电,Q贮存的能量在V处于通态时向L2转移。输出电压为：U=卷 U =-Ut 哂T _f 即1 。、Zeta斩波电路Zeta斩波电路的原理图如图4-17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U经开关V向电感Li贮能。当V处于断态后，Li经D与G构成振荡回路， 其贮存的能量转至O,至振荡回路电流过零，Li上的能量全部转移至。上之后，D关断，G经L2向负载R供电。

7、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0<%vi/2时为降压，当i/2<%vi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空制集成电路，其内部电路结构及各引脚功能如图 4-i8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 PWMf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

8、的资料。图4-18 SG3525芯片的内部结构与所需的外部组件四、实验内容(1)控制与驱动电路的测试(2)六种直流斩波器的测试五、思考题(1)直流斩波电路的工作原理是什么？有哪些结构形式和主要元器件？原理：通过开关晶体管、场效应管或IGBT将直流信号或电源切成与信号同幅值的单极性或双极 性的脉冲波。结构形式：1降压斩波电路。2升压斩波电路3升降压斩波电路 4 CUKW波电路5 SEPIC 斩波电路6ZETA斩波电路。主要元器件：1 IGBT 2电容3直流电源4电感(2)为什么在主电路工作时不能用示波器的双踪探头同时对两处波形进行观测？因为共地问题，容易造成短路六、实验方法1、控制与驱动电路的测

9、试(1)启动实验装置电源，开启DJK20控制电路电源开关。(2)调节PWM永宽调节电位器改变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言号的变化情况，并填入下表。Ur(V)11(A)占11172831观测点A(11 肽。)B(14 脚)PWM波形类型方波方波方波幅值A (V)频率f (Hz)俨-31八31/八-6空比()14(B)占空比()11172831PW时空比()73(3)用示波器分别观测A B和PWM言号的波形，记录其波形、频率和幅值，并填入下表。(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 宽调节电位器，观测两路输出的

10、PWM言号，测出两路信号的相位差，并测出两路 PWM言号之 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U由三相调压器输出的单相交流电经 DJK20挂箱上的单相桥式整流及电容滤波后得到。接通交流电源，观测 U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)。按下列实验步骤依次对六种典型的直流斩波电路进行测试Ur(V)占空比% (%)73 切断电源，根据DJK20上的主电路图，利用面板上的元器件连接好相应的斩波实验线路，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言号的波形、廿e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永宽调节电位器改变Ur,观测在不同占空比()时，记录U、UO 和的数值于下表中，从而画出U=f( %)的关系曲线。U(V)40Uo(V)66七、实验报告(1)分析图4-20中产生PWM言号的