EE303 电力电子技术基础实验

1、电力电子技术实验实验指导书上海交通大学电气工程实验中心2014年2月目录实验一 单相桥式全控整流电路实验2实验二 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验7实验三 直流斩波电路（BuckBoost变换器）实验11实验四 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路实验14实验五 移相控制全桥零电压开关PWM变换器实验19实验六 单端正、反激式开关电源实验23实验七 直流斩波电路的性能实验25实验一 单相桥式全控整流电路实验一实验目的1了解单相桥式全控整流电路的工作原理。2研究单相桥式全控整流电路在电阻负载、电阻电感性负载时的工作。3熟悉MCL05锯齿波触发电路的工作。二实验线路及原理参见图1-1。三

2、实验内容1单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。2单相桥式全控整流电路供电给电阻电感性负载。四实验设备及仪器1MCL系列教学实验台主控制屏。2MCL01组件。3MCL02组件。4MCL05组件。5MEL03三相可调电阻器。6MEL02三相芯式变压器。7双踪示波器8万用表五注意事项1本实验中触发可控硅的脉冲来自MCL-05挂箱，故MCL-01的内部脉冲需断X1插座相连的扁平带需拆除，以免造成误触发。2电阻RP的调节需注意。若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护动作（熔断丝烧断，或仪表告警）；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造成可控硅时断时续。3电感的值可根据需要选择，需防止过大的

3、电感造成可控硅不能导通。4MCL-05面板的锯齿波触发脉冲需导线连到MCL-01面板，应注意连线不可接错，否则易造成损坏可控硅。同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移相范围太小（正常范围约30180），可尝试改变同步电压极性。5逆变变压器采用MEL-02三相芯式变压器，原边为220V，中压绕组为110V，低压绕组不用。6示波器的两根地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事故。六实验方法1将MCL05面板左上角的同步电压输入接MCL01的U、V输出端， “触发电路选择”拨向“锯齿波”。2断开MEL-02和MCL-02的连接线，合上主电路电源，调节主控制屏输出电压Uuv至22

4、0V，此时锯齿波触发电路应处于工作状态。MCL-01的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调节偏移电压电位器RP2，使a=150。断开主电源，连接MEL-02和MCL-02。3单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。按图1-1接线，将电感L短接、RP调至最大(450W)。合上主电路电源，调节Uct，求取在不同a角（30、60、90）时整流电路的输出电压Ud=f（t），晶闸管的端电压UVT=f（t）的波形，并记录相应a时的Ud和交流输入电压U2值。Ud理论值 Ud=0.9U2(1+cosa)/2 U2为变压器副边输出电压a306090U2Ud若输出电压的波形不对称，可分别调整锯齿波触发电路中

5、RP1，RP3电位器。4单相桥式全控整流电路供电给电阻电感性负载。将电感L短接线断开、RP调至最大(450W)。调节Uct，求取在不同a角（30、60、90）时整流电路的输出电压Ud=f（t），负载电流id=f（t）以及晶闸管端电压UVT=f（t）波形并记录相应a时的Ud、U2值。a306090U2Ud注意，负载电流不能过小，否则造成可控硅时断时续，可调节负载电阻RP，但负载电流不能超过0.8A，Uct从零起调。改变电感值（L=100mH），观察a=90，Ud=f（t）、id=f（t）的波形，并加以分析。注意，增加Uct使a前移时，若电流太大，可增加与L相串联的电阻加以限流。七实验报告1绘出单

6、相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻负载情况下,当a=30,60，90时的Ud、UVT波形，并加以分析。2绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻电感性负载情况下，当a=30,60，90时的Ud、id、UVT波形，并加以分析。3作出实验整流电路的移相特性Ud=f（a），输入输出特性Ud/U2=f（a）曲线。4实验心得体会。附录：锯齿波同步移相触发电路锯齿波同步移相触发电路由同步检测，锯齿波形成，移相控制，脉冲形成，脉冲放大等环节组成，其原理图如图1-14所示。由VD1,VD2,C1,R1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压来控制锯齿波产生的时刻和宽度。由VST1,V1,R3等元件组成的恒

7、流源电路及V2,V3,C2等组成锯齿波形成环节。控制电压Uct,偏移电压Ub及锯齿波电压在V4基极综合叠加，从而构成移相控制环节。V5,V6构成脉冲形成放大环节，脉冲变压器输出触发脉冲。元件RP装在面板上 ，同步变压器副边已在内部接好。实验二 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一实验目的1熟悉MCL-01, MCL-02组件。2熟悉三相桥式全控整流及有源逆变电路的接线及工作原理。3了解集成触发器的调整方法及各点波形。二实验内容1三相桥式全控整流电路2三相桥式有源逆变电路3观察整流或逆变状态下，模拟电路故障现象时的波形。三实验线路及原理实验线路如图2-1所示。主电路由三相全控变流电路及作为逆变直

8、流电源的三相不控整流桥组成。触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。三相桥式整流及有源逆变电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。四实验设备及仪器1MCL系列教学实验台主控制屏。2MCL01组件。3MCL02组件。4MEL-03可调电阻器。5MEL-02芯式变压器6二踪示波器7万用表五实验方法1按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。（1）打开MCL-01电源开关，给定电压有电压显示。（2）用示波器观察MCL-01的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔60o的幅度相同的双脉冲。（3）检查相序，用示波器观察“1”，“2”单脉冲观察孔，“1” 脉冲超前“2” 脉

9、冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。（4）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V2V的脉冲。注：将面板上的Ublf（当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1VT6时）接地，将I组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。（5）将给定器输出Ug接至MCL-01面板的Uct端，调节偏移电压Ub，在Uct=0时，使a=150o。 2三相桥式全控整流电路 按图2-1接线，将RP调至最大(450W)。三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwu，从0V调至220V。调节Uct，使a在30o90o范围内，用示波器观察记录a=30、60时，整流电压ud

10、=f（t），晶闸管两端电压uVT=f（t）的波形，并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。Ud理论值 Ud=1.35U2cosa U2为变压器副边输出电压整流逆变a3060306090 U2 U2 Ud Ud3三相桥式有源逆变电路断开电源开关后，断开1和2连线，将1和3相连，2和4相连，调节Uct，使a仍为150左右。三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv、Uvw、Uwu，从0V调至220V合上电源开关。调节Uct，观察=30、60、90 时, 电路中ud、uVT的波形，并记录相应的Ud、U2数值。Ud理论值 Ud= -1.35U2cos U2为变压器副边输出电压4电路

11、模拟故障现象观察。在整流状态时，断开某一晶闸管元件的触发脉冲开关，则该元件无触发脉冲即该支路不能导通，观察并记录此时的ud波形。六实验报告1画出电路的移相特性Ud=f(a)曲线2作出整流电路的输入输出特性Ud/U2= f(a)3画出三相桥式全控整流电路时，a角为30、60时的ud、uVT波形4画出三相桥式有源逆变电路时，角为30、60、90 时的ud、uVT波形5简单分析模拟故障现象实验三 直流斩波电路（BuckBoost变换器）实验一实验目的1掌握BuckBoost变换器的工作原理、特点与电路组成。2熟悉BuckBoost变换器连续与不连续工作模式的工作波形图。3掌握BuckBoost变换器

12、的调试方法。二实验内容1连接实验线路，构成一个实用的BuckBoost变换器。2调节占空比，测出电感电流iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D，并与理论值相比较。3将电感L增大一倍，测出iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D，并与理论值相比较。4测出连续与不连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形。5测出直流电压增益M=VO/VS与占空比D的函数关系。6测试输入、输出滤波环节分别对输入电流iS与输出电流iO影响。三实验线路及原理见图31。当VT闭合时，输入电压通过电感L直接返回，在L上储存电能，此时输出电容C放电，给负载提供电流。当VT断开时，在电感L上产生反向电

13、动势，使二极管VD从截止变为导通，电感电流给负载供电并对电容进行充电，维持输出电压不变。若其输出电压较输入之电源电压低，则称为降压式(Buck )直流斩波器，若其输出电压较输入之电源电压高，则称为升压式(Boost) 直流斩波器。 输出电压与输入电压之间的关系为：U0=-Ui(D/(1-D)占空比D=Ton/(Ton+Toff)当D0.5时，除极性相反外，输出电压大于输入电压。 当D0.5时，除极性相反外，输出电压小于输入电压。四实验设备和仪器1MCL-08直流斩波及开关电源实验挂箱2万用表3双踪示波器五实验方法1 检查PWM信号发生器与驱动电路工作是否正常连接有关线路，观察信号发生器输出与驱

14、动电路的输出波形是否正常，如有异常现象，则先设法排除故障。2电感L=1.6mH，电感电流iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D测试将“16”与“18”、“21”与“4”、“22”与“5”、“19”与“6”、“1”与“4”、“9”与“12”相连，即按照以下表格连线。 16 1821422519614912 合上开关S1与S2、S3、S4，用示波器观察“7”与“13”（即iL）之间波形，然后调节RP1使iL处于连续与不连续的临界状态，记录这时候的占空比D与工作周期T。3L=1.6mH，测出处于连续与不连续临界工作状态时的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形调节RP1，使iL处于连续

15、与不连续临界工作状态，用示波器测出GTR基-射极电压Vbe与集-射极电压Vce；二极管VD阴极与阳极之间电压VD；电感L3两端电压VL；电感电流iL；三极管集电极电流iC以及二极管电流iD等波形。4L=1.6mH,测出连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形调节RP1，使iL处于连续工作状态，用双踪示波器观察上述波形。5L=1.6mH,测出不连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形调节RP1，使iL处于不连续工作状态，用双踪示波器观察上述波形。6L=3.2mH，iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D测试将开关S2断开，观察iL波形，调节RP

16、1，使iL处于连续与不连续的临界状态，记录这时候的占空比D与工作周期T。7L=3.2mH，测出连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形调节RP1，使iL处于连续工作状态，测试方法同前。8L=3.2mH，测出不连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形9测出M=VO/VS与占空比D的函数关系 VS =15V（1）L=1.6mH，占空比D 从最小到最大范围内，测试6个D数据，以及与此对应的输出电压VO。DVo（V）（2）L=3.2mH，测试方法同上。DVo（V）10输入滤波器功能测试有与没有输入滤波器时，电源电流（即1514两端）波形测试。11输出

17、滤波器功能测试有与没有输出滤波器时，输出电流纹波测试。五实验报告1分别在L=1.6mH与3.2mH条件下,列出iL连续与不连续临界状态时的占空比D。2画出不同L，连续与断续时的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形。3根据不同的L值，按所测的D，VO值计算出M值，列出表格，并画出曲线。连续工作状态时的直流电压增益表达式为M=D/（1-D），请在同一图上画出该曲线，并在图上注明连续工作与断续工作区间。4试对Buck-Boost变换器的优缺点作一评述。5试说明输入、输出滤波器在该变换中起何作用？6实验的收获、体会与改进意见。实验四 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路实验一实验

18、目的1熟悉IGBT主要参数与开关特性的测试方法。2掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。二实验内容1IGBT主要参数测试。2EXB840性能测试。3IGBT开关特性测试。4过流保护性能测试。三实验设备和仪器1MCL-07电力电子实验箱中的IGBT与PWM波形发生器部分。2双踪示波器。3毫安表4电压表5电流表6MCL系列教学实验台主控制屏四实验线路及原理 绝缘栅极双极型晶体管是双极型电力晶体管和MOSFET的复合。IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的缩写。电力晶体管饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大。MOSFET驱动功率很小，开关速度

19、快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N一层的空穴（少子），对N一层进行电导调制，减小N一层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。 IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。IGBT的伏安特性是指以栅源电压Ugs为参变量时，

20、漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。 IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。它与MOSFET的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时，IGBT处于关断状态。在IGBT导通后的大部分漏极电流范围内，Id与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。IGBT的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT处于导通态时，由于它的PNP晶体管为宽基区晶体管，所以其B值极低。耐压1000V的IGBT通态压降为23V。IGBT处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。IG

21、BT 的驱动和保护是应用中的关键技术。目前较多使用EXB系列集成模块驱动IGBT。它比分立元件的驱动电路有体积小，效率高，可靠性高的优点。EXB840是十六脚型封装块，各脚的功能如表21示。内部结构简图如图21（a）所示。图21（b）为其典型应用电路。表21 EXB系列各脚功能表脚号功 能 说 明1Vc的地；与IGBT的发射极相接2电源端，一般值为20伏3驱动输出，经栅极电阻Rg与IGBT相连4外接电容器，防止过电流保护环节误动作5内设的过电流保护电路输出端6经快速二极管连到GIBT集电极。监视集电极电平，作为过流信号之一。7，8可不接9电源地端10，11可不接12，13，1614驱动信号输入

22、（）15驱动信号输入（）五实验方法1IGBT主要参数测试（1）开启阀值电压VGS（th）测试开启阀值电压简称开启电压，是指器件流过一定量的漏极电流时（通常取漏极电流ID=1mA)的最小栅源电压。在主回路的“1”端与IGBT的“18”端之间串入毫安表，将主回路的“3”与“4”端分别与IGBT管的“14”与“17”端相连，再在“14”与“17”端间接入电压表，并将主回路电位器RP左旋到底。将电位器RP逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表，当漏极电流ID=1mA时的栅源电压值即为开启阀值电压VGS（th）。读取7组ID、Vgs，其中ID=1mA必测，填入表41。表41ID（mA）1VGS（V） （2）跨

23、导gFS测试跨导的定义为漏极电流的小变化与相应的栅源电压小变化量之比，即gFS=ID/VGS。在主回路的“2”端与IGBT的“18”端串入毫安表，将RP左旋到底，其余接线同上。将RP逐渐向右旋转，读取ID与对应的VGS值，测量7组数据，填入表42。表42ID（mA）1VGS（V）（3）导通电阻RDS测试导通电阻定义为RDS=VDS/ID将电压表接入“18”与“17”两端，其余同上，从小到大改变VGS，读取ID与对应的漏源电压VDS，测量7组数据，填入表43。表43ID（mA）1VDS（V）2EXB840性能测试（1）输入输出延时时间测试IGBT部分的“1”与“13”分别与PWM波形发生部分的“

24、1”与“2”相连，再将IGBT部分的“10”与“13”相连、用示波器观察输入“1”与“13”及EXB840输出“12”与“13”之间波形，记录开通与关断延时时间。ton= ，toff=（2）保护输出部分光耦延时时间测试将IGBT部分“10”与“13”的连线断开，并将“6”与“7”相连。用示波器观察“8”与“13”及“4”与“13” 之间波形，记录延时时间。（3）过流慢速关断时间测试接线同上，用示波器观察“1”与“13”及“12”与“13”之间波形，记录慢速关断时间。（4）关断时的负栅压测试接线同上，用示波器观察“12”与“17”之间波形，记录关断时的负栅压值。（5）过流阀值电压测试PWM波形发

25、生部分的“1”与IGBT部分的“1”的相连，分别连接“2”与“3”，“4”与“5”，“6”与“7”，将主回路的“3”与“4”分别和“10”与“17”相连，即按照以下表格的说明连线。 IGBT：17 主回路：4IGBT：10主回路：3IGBT：4IGBT：5IGBT：6IGBT：7IGBT：2 IGBT：3IGBT：12IGBT：14RP左旋到底，用示波器观察“12”与“17”之间波形，将RP逐渐向右旋转，边旋转边监视波形，一旦该波形消失时即停止旋转，测出主回路“3”与“4”之间电压值，该值即为过流保护阀值电压值。3开关特性测试（1）电阻负载时开关特性测试将“1”与“13”分别与波形发生器“1”

26、与“2”相连，“4”与“5”，“6”与“7”，2“与”3“，“12”与“14”，“10”与“18”， “17”与“16”相连，主回路的“1”与“4”分别和IGBT部分的“18”与“15”相连。即按照以下表格的说明连线。IGBT：1PWM：1IGBT：13PWM：2IGBT：4IGBT：5IGBT：6IGBT：7IGBT：2 IGBT：3IGBT：12IGBT：14IGBT：17IGBT：16IGBT：10IGBT：18 IGBT：15 主回路：4IGBT：18主回路：1 用示波器分别观察“18”与“15”及“16”与“15”的波形，记录开通和关断时间。（2）电阻，电感负载时开关特性测试将主回路

27、“1”与“18”的连线断开，再将主回路“2”与“18”相连，用示波器分别观察“18”与“15”及“16”与“15”的波形，记录开通和关断时间。（3）不同栅极电阻时开关特性测试将“12”与“14”的连线断开，再将“11”与“14”相连，栅极电阻从R53k改为R4=27，其余接线与测试方法同上。4并联缓冲电路作用测试（1）电阻负载，有与没有缓冲电路时观察“14”与“17”及“18”与“17”之间波形。（2）电阻，电感负载，有与没有缓冲电路时，观察波形同上。5过流保护性能测试，栅计电阻用R4在上述接线基础上，将“4”与“5”，“6”与“7”相连，观察“14”与“17”之间波形，然后将“10”与“18

28、”之间连线断开，并观察驱动波形是否消失，过流指示灯是否发亮，待故障消除后，揿复位按钮即可继续进行试验。 六实验报告1根据所测数据，绘出IGBT的主要参数的表格与曲线 。2绘出输入、输出及对光耦延时以及慢速关断等波形，并标出延时与慢速关断时间。3绘出所测的负栅压值与过流阀值电压值。4绘出电阻负载，电阻电感负载以及不同栅极电阻时的开关波形，并在图上标出tON 与tOFF。5绘出电阻负载与电阻、电感负载有与没有并联缓冲电路时的开关波形，并说明并联缓冲电路的作用。6过流保护性能测试结果，并对该过流保护电路作出评价。7实验的收获、体会与改进意见。七思考题试对由EXB840构成的驱动电路的优缺点作出评价。

29、实验五 移相控制全桥零电压开关PWM变换器实验一实验目的1掌握移相控制全桥零电压开关PWM变换器（简称PS-FB-ZVS-PWM变换器）的组成，工作原理与波形。2熟悉移相控制零电压开关（ZVS）专用集成芯片UC3875的工作原理与使用方法。3掌握PS-FB-ZVS-PWM变换器的调试方法，主要参数变化对实现ZVS的影响。二实验内容1熟悉实验系统面板布置并连接实验线路，构成一个实用的PS-FB-ZVS-PWM变换器。2芯片UC3875的波形与性能测试：（1） 谐振频率与锯齿波的周期与幅值。（2） 输出脉冲的相位与死区时间。（3） 管脚2，3（10端），4，5的电压值。3变换器波形测试：（1） 两

30、个桥臂开关管的驱动波形与其漏源电压波形。（2） 逆变桥输出电压UAB与输出变压器原边电压波形。（3） 输出变压器副边整流后的电压与输出直流电压波形。（4） 输出变压器原边电流波形。4电路参数变化对实现零电压开关性能影响的测试：（1） 当谐振电感、主电路电压以及负载变化时对实现零电压开关的影响。（2） 当谐振电感、主电路电压以及负载变化时对占空比丢失的影响。三实验系统组成及工作原理电力电子技术的发展方向之一是高频化，其实现的途径，其一是发展高频化的开关器件与配套元件；其二是高频电力电子变换器电路拓扑的发展。后者主要指软开关技术的发展。应用软开关技术可以大幅度降低开关损耗和开关噪声，可使开关频率获

31、得大幅度提高，从而可使电力变换器具有更高的效率、更高的功率密度、更高的可靠性以及可有效地减小电力变换器所引起的电磁污染和环境污染，为大力发展绿色电力电子产品提供了有效的途径和方法。正因为软开关技术具有诸多的显著优点，因此该理论从80年代提出后受到了国内外科技界的极大重视，已成为当前电力电子变换器领域的热门研究技术。实验系统原理框图如图5所示。系统采用移相控制方式实现零电压开与关（简称ZVS）。移相控制方式是近年来在全桥变换电路拓扑中广泛应用的一种软开关控制方式，它是谐振变换技术与常规PWM技术的巧妙结合，既实现了软开关又保持了常规全桥PWM变换电路所具有的拓扑结构简单、控制方式简单、开关频率恒

32、定、元器件的电压和电流应力小等一系列优点。移相控制方式的基本工作原理为；每个桥臂的两个开关管180o互补导通，两个桥臂的导通之间相差一个相位，即所谓移相角，通过调节此移相角的大小，来调节输出电压脉冲宽度，从而达到调节输出电压的目的。移相控制软开关的一个特有现象，也可以说是其主要不足的是存在副边占空比丢失现象，即副边占空比小于原边的占空比，两者的差值通常用Dloss表示，而且谐振电感越大、负载越大、主电路电压越低则Dloss越大。系统工作原理如下：如果能使VT1与VT3分别在VT2和VT4之前先关断，而后再关断VT2和VT4，即可实现ZVS，为此可称VT1与VT3为超前桥臂，而VT2与VT4则称

33、滞后桥臂。两个桥臂开关管的软关断均靠与其并联的吸收电容（C1-C4）实现，这是很显然的，因为当开关管导通时，与其并联的吸收电容两端电压为零，当其关断时，高频变压器原边电流对其充电，这样就限制了该关断管子的电压上升率，从而实现了软关断。超前桥臂当VT1关断后，线路电感与开关管并联电容C1、C2谐振，使C1充电，C2放电，当C2上电压下降到零时，变压器原边电流通过VD3与VT4续流，显然这时VT3管两端电压近似为零，如果在续流期间开通VT3，VT3就实现了零电压开通。VT3开通后，在变压器原边电流续流期间如果关断VT4，这时谐振电感与电容C2、C4发生谐振，即将原通过VT4的原边电流转移到C2与C

34、4支路中，即给C4充电，同时给C2放电，当C4两端电压充电到主电路电源电压时（此时C2两端电压则放电到零），与VT2反并联的二极管VD2自然导通，即这时原边电流通过VD2、VD3续流，如果在此期间开通VT2，即实现了滞后桥臂VT2的零电压开通。控制电路主要由芯片UC3875与相关外围器件构成，UC3875是美国UNITRODE公司专门为移相控制软开关所设计的，称为移相谐振控制器。芯片主要功能包括工作电源、基准电源、振荡器、锯齿波、误差放大器和软启动、移相控制信号发生电路、过流保护、死区时间设置、输出级等。在频率设置脚（16脚）与信号地GND之间接一个电容和电阻，即可设置振荡频率，从而设置输出级

35、的开关频率（注意：输出开关频率为振荡频率的1/2）。锯齿波斜率设置脚（18脚）与5V基准电源（1脚）之间接一个电阻，再在锯齿波电压产生脚（19脚）与GND间接一个电容，即可设置锯齿波的幅值。误差放大器的同相输入端（4脚）接从基准电压处分压后得到的一个固定电压，反相端（3脚）接由输出电压处分压后得到的反馈电压，误差放大器的输出（2脚）接到PWM比较器的一端，与锯齿波电压相比较，以调节移相角的大小，从而达到调节输出电压的目的。可见，这样的接线构成了一个电压闭环的自动调压系统，调节反馈电压的大小，即可方便地调节输出电压的大小。芯片的14与13脚输出一对互补的方波信号OUTA与OUTB，而9与8脚则输

36、出另一对互补的方波信号OUTC与OUTD，且在相位上后者领先于前者，两者相差一个移相角。该移相角的大小决定于误差放大器的输出与锯齿波的交截点。为了防止同一桥臂的两个开关管同时导通，同时给开关管提供软开关时间，两个开关管的驱动信号之间应该设置一个死区时间。如果在芯片的15脚、7脚与GND之间接一个电阻和电容，就可以分别为两对互补的输出OUTA-B、OUTC-D设置死区时间。有关UC3875的更详细说明，可参阅有关资料和附录中的UC3875芯片的介绍。四实验设备和仪器1NMCL-17实验挂箱2万用表3双踪示波器五实验方法1认真阅读实验指导书与有关资料，掌握移相控制全桥软开关变换器的基本工作原理、有

37、关波形分析、参数变化对实现软开关的影响，并熟悉UC3875的管脚功能。2UC3875的波形与性能测试。合上控制电源SW3后即可进行下述测试：（1） 测量16脚的波形，读取该波形的最大与最小值及其周期时间。（2） 测量19脚的波形，读取锯齿波的峰点与谷点电压及其周期时间。（3） 将4脚与3脚（10端）对地短接，并用数字万用表和双线示波器测量：a) 2脚的电压。b) 14、13脚与20脚及9、8脚与20脚的波形，读取脉冲幅值、死区时间与周期时间。c) 14与8脚及13与9脚的波形，记录其相位时序关系及占空比D值（即14与8脚同为高电平的时间与半个周期时间之比）。（4） 将4脚对地的短接线去掉，用万

38、用表和示波器测量：a） 2、4、5脚的电压。b) 14与8脚及13与9脚的波形，记录其相位时序关系及此时的最大占空比。3变换器波形测试。将10端与地间的连线断开并与9端相连，再将6与7端相连，并将开关SW1与SW2断开。合上控制电源SW3与主回路电源SW0，观察系统工作是否正常，待系统工作正常后，合上SW1，调节反馈电位器RP1，使输出（即C与D两端）电压为5V左右。（1） 将示波器的地线接S3端，其他两个探头分别接G3与A端，测量与描绘超前桥臂VT3的驱动波形与其漏源电压波形，仔细观察超前桥臂的零电压开与关的过程。（2） 用示波器测量与描绘滞后桥臂VT4的驱动与其漏源电压波形，仔细观察滞后桥

39、臂的零电压开与关的过程。（3） 示波器地线接A端，另两个探头分别接7与B端，即可测量与描绘输出电压UAB与输出变压器原边电压UT1波形，仔细观察两个波形的脉冲宽度，其差值即为副边脉冲丢失部分。（4） 测量与描绘输出变压器副边整流后的8与D端电压以及C与D端输出直流电压波形。（5） 示波器地线接B端，另两端分别接A端与4端，即可同时测量与描绘输出电压UAB与原边电流iP的波形。4电路参数变化对实现零电压开关性能影响的测试。系统工作在开环状态（即9与10端的连续断开），分别在下列情况下测量UAB与原边电压UT1、UAB与原边电流iP以及滞后桥臂VT4的驱动与漏源电压波形。（1） 改变谐振电感，即谐

40、振电感用L1+L2或L2时。（2） 改变负载大小，即将开关SW2合上或断开时。（3） 改变主回路电源电压，即将开关SW1合上或断开时。六实验报告1画出UC3875 16脚与19脚的实测波形，注明锯齿波的峰点、谷点电压与周期时间。2列出所测的UC3875的 2、3（10端）、4、5脚电压及超前与滞后桥臂的死区时间。3画出下列波形：（1） 在最小移相角（即2脚电压为零）时的14、13、9、8脚与地间波形。（2） 在最大移相角（即2脚电压为最大）时的14、13、9、8脚与地间波形。（3） 超前桥臂VT3与滞后桥臂VT4的驱动及其漏源电压波形。（4） 不同电路参数时的逆变桥输出电压UAB、输出变压器原

41、边电压UT1与原边电流iP波形。（5） 输出变压器副边整流后的电压与输出直流电压波形。4实验的收获、体会与改进意见。图5实验系统原理框图图图实验六 单端正、反激式开关电源实验一实验目的1熟悉PWM波调试方法。2熟悉单端正、反激DC/DC工作原理。3了解单端正、反激电源工作特性。 二实验内容观察开环时“2”和“4”两端的波形。测出输出直流电压Uo与占空比D的值。三实验设备及仪表1NMCL-23挂件2NMCL-16挂件3双踪示波器4万用表四实验方法1单端正激电源开环实验（1）实验电路（请参照图6-1.1）将NMCL-16中分别将“主电源2”的“1”端和“单端正激电路”的“1”端相连，“主电源2”的

42、“2”端和“单端正激电路”的“2”端相连。再将单端正激电路上的“2”与“6”，“8”与“10”，“9”与“11”相连，“7”端和“8”端分别与单端正激电路的“3”端和“2”端相连。（2）先将控制电路中的电位器RP左旋到底，使输出的PWM波占空比最小，开启电源，逐渐右旋RP电位器，逐渐增大PWM波占空比，记录最小、最大占空比单端正激电路“2”和“4”两端的波形，。（3）保持上述接线不变，调节电位器RP，使占空比D 从最小到最大范围内，测试6个D数据，以及与此对应的输出电压Uo。D Uo(V)2单端反激电源开环实验（1）实验电路（请参照图6-2.1）将NMCL-16中分别将“主电源2”的“1”端和“单端反激电路”的“12”端相连，