现代电源技术实验指导书撰写要求

1、附件1：课程实验指导书封面格式 现代电源技术 实 验 指 导 书××× 编 写周永勤 审 核适用专业：电气与自动化_电气与电子工程学院电力电子技术实验中心附件2：课程实验指导书前言内容要求前 言本课程的基本内容介绍，通过学习学生需要掌握的基本知识。为了使学生更好地理解和深刻地把握这些知识，并在此基础上，培养学生加深理论知识的理解，训练学生实践实验技能和工程综合能力。设置的具体实验项目有：实验一 直流稳压电路实验本实验使学生主要了解三端稳压集成电路7812、7912结构原理及使用方法，通过实验测取输出电压、电流的数值、计算电压的相对误差（ =(x-12/12）*10

2、0%)。实验二：全桥DC-DC变换电路实验本实验使学生主要了解可逆直流PWM调压系统的组成、工作原理及各单元的工作原理，掌握可逆直流PWM调压系统的调试步骤、方法及参数的整定， 测定H桥DC/DC变换电路的外特性U=f（I）。实验三 半桥型开关稳压电源的性能研究本实验使学生主要了解、熟悉典型开关电源主电路的结构，元器件和工作原理，了解PWM控制与驱动电路的原理和常用的集成电路及反馈控制对电源稳压性能的影响。附件3：具体项目指导书格式与基本内容要求实验一：直流稳压电路实验实验学时：实验类型：（验证、综合、设计）(应与提交的实验大纲填写一致)实验要求：（必修、选修）一、实验目的1、掌握三端稳压集成

3、电路7812、7912结构原理及使用方法。 2、通过实验测取输出电压、电流的数值、波形。3、计算电压的相对误差（ =(x-12/12）*100%)。二、实验内容(1)元器件的选择与连接。(2) 测取输出电压、电流的数值、波形。三、实验原理、方法和手段三端稳压集成电路7812、7912为线性稳压集成电路，主要特点是输出稳定性好、使用方便、输出过流过热自动保护。在环境温度为+25c时，最小输出电压11.5V；典型输出电压12V；最大输出电压12.5V。输入电压范围14.5V27V。输出电流为5mA至1.5A；最大电流2.2A。三端稳压集成电路7812与7912的区别，7812为+12V直流电压输出

4、；7912为-12V直流电压输出。7812内部结构原理如下图：7812内部结构原理图实验原理如下图：实验原理图四、实验条件主电路直流电源由控制屏上的励磁电源输出，负载电阻R用可变电阻，直流电压、电流表均在控制屏上。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“三相电源输出”等几个模块。2DJK09 单相调压整流与可调负载3D42可调电阻4稳压及滤波器件自备5双踪示波器自备6万用表自备五、实验步骤1、按实验电路图接线，注意滤波电解电容的极性。2、将交流电压220V接入主电路调压器的输入端，输出接电阻负载R(将两个1000串联联)。3、调节调压器使整流输出电压为15V, 逐渐

5、调节负载电阻使输出电流约为0.3A，用示波器测取输出电压的波形，读取输出电压表的数值。(记录于下表中)调节负载电阻使输出电流约为0.2A，用示波器测取输出电压的波形，读取输出电压表的数值。(记录下于表中)调节负载电阻使输出电流约为0.1A，用示波器测取输出电压的波形，读取输出电压表的数值。(记录于下表中)Ui(V)Io(A)Uo(V)4、调节调压器使整流输出电压为18V, 逐渐调节负载电阻使输出电流约为0.3A，用示波器测取输出电压的波形，读取输出电压表的数值。(记录于下表中)调节负载电阻使输出电流约为0.2A，用示波器测取输出电压的波形，读取输出电压表的数值。(记录下于表中)调节负载电阻使输

6、出电流约为0.1A，用示波器测取输出电压的波形，读取输出电压表的数值。(记录于下表中)Ui(V)Io(A)Uo(V)六、思考题当输出电流的数值逐渐增加时，输出电压的数值怎样变化？七、实验报告要求在指导书中明确学生实验报告的内容及具体要求，主要包括实验预习、实验记录和实验报告三部分，基本内容详见附件4。实验报告内容应写明：专业、班级、姓名、学号、同组者姓名、实验名称、目的、所用设备及线路、原理、步骤、内容，根据所测实验数据、波形等完成相应计算和曲线并分析说明： (2)记录输出电压波形。(3)求取整流输出电压为15V时，输出电压的相对误差。（4）求取整流输出电压为18V时，输出电压的相对误差。回答

7、思考题、说明注意事项。八、其它说明 在接通电源之前，先把负载电阻调至最大。实验二：全桥DC-DC变换电路实验实验学时：实验类型：（验证、综合、设计）(应与提交的实验大纲填写一致)实验要求：（必修、选修）一、实验目的 (1)了解可逆直流PWM调压系统的组成、工作原理及各单元的工作原理。(2)掌握可逆直流PWM调压系统的调试步骤、方法及参数的整定。(3) 测定H桥DC/DC变换电路的外特性U=f（I）。二、实验内容(1)各单元电路的调试。(2)测定外特性U=F（I）。三、实验原理、方法和手段(1)PWM的生成原理PWM调制器用于产生一路PWM脉冲波,它是由专用芯片SG3525产生，SG3525为美

8、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49所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其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、相位相互错开180度、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。SG3525芯片的内部结构与所需的外部元件如下图：SG3525芯片的内部结构与所需的外部元件H桥DC/DC变换电路的结构如下图。H桥DC/DC变换主电路结构图本实验系统的主电路采用单极性PWM控制

9、方式，其中主电路由四个IGBT管构成H桥结构，G1G4分别由PWM产生电路产生后经过驱动电路放大，再送到IGBT相应的栅极，用以控制IGBT管的通断。单极性的控制方式是这样进行控制的：在图4-6中，左边两个管子的驱动脉冲UG1=-UG2，使VT1和VT2交替导通；而右边两管VT3、VT4因输出电压极性不同施加不同的直流控制信号。在输出正电压时，VG4恒为正，VG3恒为负，使VT3常通，VT4截止；在输出负电压时，VT3截止而VT4常通。四个快恢复二极管VD1VD4用于逆变电路的续流。四、实验条件主电路直流电源由控制屏上的励磁电源输出，负载电阻R用可变电阻，直流电压、电流表均在控制屏上。实验所需

10、挂件及附件序号型号备注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK09 单相调压与可调负载3DJK17双闭环H桥DC/DC变换直流调速4D42三相可调电阻5双踪示波器自备6万用表自备五、实验步骤(1)输出正负电压时H桥开关器件控制波形的观测：用示波器观测SG3525输出的PWM脉冲，通过调节给定电压调节电位器，使输出脉冲占空比为r=100%，用万用表测量此时的Uc=Ucmax，并记录之。调节Ug至占空比约50%，用双踪示波器同时观测面板上驱动正脉冲G1-E1与负脉冲G2-E2的输出信号，适当调节示波器扫描时间使脉冲上升、下降沿关系清晰，并记录之。给定电压Ug由最小值

11、0逐渐上调使Uc逐渐上升至Ucmax，将此过程中G1-E1、G2-E2、G3-E3、G4-E4的占空比变化过程填入下表：为了在实验中用双踪示波器测量G1G4的波形而不造成短路现象，因此G1G4的波形是在光耦隔离器的输入端取出的，它只反映波形的占空比随输入控制电平及正反转控制的变化，并不能代表送到IGBT管的栅极的实际波形。本实验中，G1，G2的波形是通过射极跟随输出的，它的峰值约为4.4V，而送到IGBT管的实际驱动波形的峰值为15V。(2)电枢回路电流波形的观测：将直流电压220V接入主电路的输入端，输出接电阻负载R(将两个900并联)。示波器探头接R两端，闭合直流电源。将Ug逐渐调至Uc=

12、Ucmax，调节负载电阻RG使Id约为0.5A，慢慢减少Ug的值,观测电动机电枢回路电流Id的变化，选典型波形记录之。（3）外特性n=f（Id）的测定直流电压输入为300V的情况下，负载电阻调到最大，从零开始逐渐调大给定电压Ug，使输出电压升至200V，然后逐渐增大负载（即减小负载的电阻值），直至输出电流Id=1.0A，测定n=f（Id）并记录于下表中：Id(A)Ud(V)六、思考题(1)在驱动脉冲形成过程中，为什么要加逻辑延时（死区），延时过长会影响那些指标？(2)H桥变换器的单极式工作模式与双极式工作模式相比有哪些特点？七、实验报告要求在指导书中明确学生实验报告的内容及具体要求，主要包括实

13、验预习、实验记录和实验报告三部分，基本内容详见附件4。实验报告内容应写明：专业、班级、姓名、学号、同组者姓名、实验名称、目的、所用设备及线路、原理、步骤、内容，根据所测实验数据、波形等完成相应计算和曲线并分析说明：(1)按照实验步骤记录的波形描述导通臂与关断臂切断状态时的控制逻辑原则。(2)记录输出电压波形及电流波形。(3)作出U=f(I)曲线。回答思考题、说明注意事项。八、其它说明(1)要注意先后顺序，通电时的先打开实验箱的电源，再加高压直流电源；断电的时候先切断高压直流电源，再关断实验箱电源。(2)在送高压电源之前，先把给定调至最低。 实验三 半桥型开关稳压电源的性能研究实验学时：实验类型

14、：（验证、综合、设计）(应与提交的实验大纲填写一致)实验要求：（必修、选修）一、实验目的(1)熟悉典型开关电源主电路的结构，元器件和工作原理。 (2)了解PWM控制与驱动电路的原理和常用的集成电路。(3)了解反馈控制对电源稳压性能的影响。二、实验内容(1)控制与驱动电路的测试(2)主电路开环特性的测试(3)主电路闭环特性测试三、实验原理、方法和手段(1)半桥型开关直流稳压电源的电路结构原理和各元器件均已画在DJK19挂箱的面板上，并有相应的输入与输出接口和必要的测试点。主电路的结构框图及原理线路如下图所示： 线路结构框图线路原理图 (2)逆变电路采用的电力电子器件为美国IR公司生产的全控型电力

15、MOSFET管，其型号为IRFP450,主要参数为：额定电流16A,额定耐压500V，通态电阻0.4。两只MOSFET管与两只电容C1、C2组成一个逆变桥，在两路PWM信号的控制下实现了逆变，将直流电压变换为脉宽可调的交流电压，并在桥臂两端输出开关频率约为26KHz、占空比可调的矩形脉冲电压。然后通过降压、整流、滤波后获得可调的直流电源电压输出。该电源在开环时，它的负载特性较差，只有加入反馈，构成闭环控制后，当外加电源电压或负载变化时，均能自动控制PWM输出信号的占空比，以维持电源的输出直流电压在一定的范围内保持不变，达到了稳压的效果。(3)控制与驱动电路：控制电路以SG3525为核心构成，S

16、G3525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49所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其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、相位相互错开180度、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参阅相关的资料。SG3525芯片的内部结构与所需的外部元件如下图： SG3525芯片的内部结构与所需的外部元件四、实验条件主电路直流电源由控制屏上的励磁电源输出，负载电阻R用可变电阻，直流电压、电流表

17、均在控制屏上。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“三相电源输出”等几个模块。2DJK09 单相调压与可调负载3DJK19 半桥型开关稳压电源4双踪示波器自备5万用表自备五、实验步骤(1)控制与驱动电路的测试开启DJK19控制电路电源开关；将SG3525的第一脚与第九脚短接（接通开关K），使系统处于开环状态，并将10 脚接地(将10脚与12脚相接)；SG3525各引出脚信号的观测：调节PWM脉宽调节电位器，用示波器观测各测试点信号的变化规律，然后调定在一个较典型的位置上，记录各测试点的波形参数（包括波形类型、幅度A、频率f和脉宽t）,并填入下表。SG3525引

18、脚 4 5 11(A) 14(B) 13 16波形类型幅值A (V)频率f (Hz)占空比(%)脉宽t(ms)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，找出占空比随Ur的变化规律，并测量两路PWM信号之间的“死区”时间tdead= 。用双踪示波器观测加到两只MOSFET管栅源之间的波形，记录之，并与A、B两端的波形作比较；同时判断加到两MOSFET管栅源之间的控制信号极性（即变压器同名端的接法）是否正确。先断开10脚与12脚的连线, 然后用导线连接16脚与10脚，观测A、B两端的输出信号的变化，该有何结论？(2)主电路开环特性的

19、测试按面板上主电路的要求在逆变输出端装入220V15W的白炽灯，在直流输出两端接入负载电阻，并将主电路接至实验装置50Hz某一相交流可调电压（0250V）的输出端。逐渐将输入电压Ui从0调到约50V左右，使白炽灯有一定的亮度。调节占空比，用示波器的一个探头分别观测两只MOSFET管的栅源电压和直流输出电压的波形。用双踪示波器的两个探头同时观测变压器副边及两个二极管两端的波形，改变脉宽，观察这些波形的变化规律，并记录：Ur (V)1.01.31.51.72.02.32.63.03.2占空比(%)UT2 (V)UO (V)将输入交流电压Ui调到200V，用示波器的一个探头分别观测逆变桥的输出变压器

20、副边和直流输出的波形，记录波形参数及直流输出电压U0中的纹波；Ur (V)占空比(%)UT2 (V)UO (V)纹波(V)在直流电压输出侧接入直流电压表和电流表。在Ui=200 V时,在一定的脉宽下,作电源的负载特性测试，即调节可变电阻负载R，测定直流电源输出端的伏安特性：Uo=f(I)；令Ur= V (参考值为2.2 V) R ()占空比(%)Uo (V)I (A)在一定的脉宽下，保持负载不变，使输入电压Ui在200V左右调节，测量直流输出电压Uo，测定电源电压变化对输出的影响。Ui(V)100120140160180200220240250占空比(%)Uo (V)I (A)上述各实验步骤完

21、毕后，将输入电压Ui调回零位。(3)主电路闭环特性测试准备工作：A、断开控制与驱动电路中的开关K； B、将主电路的反馈信号Uf接至控制电路的Uf端，使系统处于闭环控制状态。重复主电路开环特性测试的各实验步骤。六、思考题(1)开关稳压电源的工作原理是什么？有哪些电路结构形式及主要元器件？(2)利用闭环控制达到稳压的原理是什么？(3)半桥型开关稳压电源与常用的由三端稳压块构成的稳压电源相比，有那些特点？(4)全桥型开关稳压电源的电路结构又该如何？与半桥型相比将有哪些特点？(5)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只管子栅源之间的波形进行观测？七、实验报告要求在指导书中明确学生实验报告的内容及具体要求，主要包括实验预习、实验记录和实验报告三部分，基本内容详见附件4。实验报告内容应写明：专业、班级、姓名、学号、同组者姓名、实验名称、目的、所用设备及线路、原理、步骤、内容，根据所