實驗三 半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究.doc

實驗三 半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究一、實驗?zāi)康?1)熟悉典型開關(guān)電源主電路的結(jié)構(gòu)，元器件和工作原理。 (2)了解PWM控制與驅(qū)動電路的原理和常用的集成電路。(3)了解反饋控制對電源穩(wěn)壓性能的影響。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(fù)載3DJK19 半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源4雙蹤示波器自備5萬用表自備三、原理說明(1)半橋型開關(guān)直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)原理和各元器件均已畫在DJK19掛箱的面板上，并有相應(yīng)的輸入與輸出接口和必要的測試點。主電路的結(jié)構(gòu)框圖如47所示，原理線路如圖48所示： 圖47 線路結(jié)構(gòu)框圖圖48 線路原理圖 (2)逆變電路采用的電力電子器件為美國IR公司生產(chǎn)的全控型電力MOSFET管，其型號為IRFP450,主要參數(shù)為：額定電流16A,額定耐壓500V，通態(tài)電阻0.4。兩只MOSFET管與兩只電容C1、C2組成一個逆變橋，在兩路PWM信號的控制下實現(xiàn)了逆變，將直流電壓變換為脈寬可調(diào)的交流電壓，并在橋臂兩端輸出開關(guān)頻率約為26KHz、占空比可調(diào)的矩形脈沖電壓。然后通過降壓、整流、濾波后獲得可調(diào)的直流電源電壓輸出。該電源在開環(huán)時，它的負(fù)載特性較差，只有加入反饋，構(gòu)成閉環(huán)控制后，當(dāng)外加電源電壓或負(fù)載變化時，均能自動控制PWM輸出信號的占空比，以維持電源的輸出直流電壓在一定的范圍內(nèi)保持不變，達(dá)到了穩(wěn)壓的效果。(3)控制與驅(qū)動電路：控制電路以SG3525為核心構(gòu)成，SG3525為美國Silicon General公司生產(chǎn)的專用PWM控制集成電路，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及各引腳功能如圖49所示，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，其內(nèi)部包含有精密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護(hù)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、相位相互錯開180度、占空比可調(diào)的矩形波（即PWM信號）。它適用于各開關(guān)電源、斬波器的控制。詳細(xì)的工作原理與性能指標(biāo)可參閱相關(guān)的資料。 圖4-9 SG3525芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與所需的外部元件四、實驗內(nèi)容(1)控制與驅(qū)動電路的測試(2)主電路開環(huán)特性的測試(3)主電路閉環(huán)特性測試五、思考題(1)開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理是什么？有哪些電路結(jié)構(gòu)形式及主要元器件？(2)利用閉環(huán)控制達(dá)到穩(wěn)壓的原理是什么？(3)半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源與常用的由三端穩(wěn)壓塊構(gòu)成的穩(wěn)壓電源相比，有那些特點？(4)全橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)又該如何？與半橋型相比將有哪些特點？(5)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只管子?xùn)旁粗g的波形進(jìn)行觀測？六、實驗方法 (1)控制與驅(qū)動電路的測試開啟DJK19控制電路電源開關(guān)；將SG3525的第一腳與第九腳短接（接通開關(guān)K），使系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，并將10 腳接地(將10腳與12腳相接)；SG3525各引出腳信號的觀測：調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器，用示波器觀測各測試點信號的變化規(guī)律，然后調(diào)定在一個較典型的位置上，記錄各測試點的波形參數(shù)（包括波形類型、幅度A、頻率f和脈寬t）,并填入下表。SG3525引腳 4 5 11(A) 14(B) 13 16波形類型幅值A(chǔ) (V)頻率f (Hz)占空比(%)脈寬t(ms)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，找出占空比隨Ur的變化規(guī)律，并測量兩路PWM信號之間的“死區(qū)”時間tdead= 。用雙蹤示波器觀測加到兩只MOSFET管柵源之間的波形，記錄之，并與A、B兩端的波形作比較；同時判斷加到兩MOSFET管柵源之間的控制信號極性（即變壓器同名端的接法）是否正確。先斷開10腳與12腳的連線, 然后用導(dǎo)線連接16腳與10腳，觀測A、B兩端的輸出信號的變化，該有何結(jié)論？(2)主電路開環(huán)特性的測試按面板上主電路的要求在逆變輸出端裝入220V15W的白熾燈，在直流輸出兩端接入負(fù)載電阻，并將主電路接至實驗裝置50Hz某一相交流可調(diào)電壓（0250V）的輸出端。逐漸將輸入電壓Ui從0調(diào)到約50V左右，使白熾燈有一定的亮度。調(diào)節(jié)占空比，用示波器的一個探頭分別觀測兩只MOSFET管的柵源電壓和直流輸出電壓的波形。用雙蹤示波器的兩個探頭同時觀測變壓器副邊及兩個二極管兩端的波形，改變脈寬，觀察這些波形的變化規(guī)律，并記錄：Ur (V)1.01.31.51.72.02.32.63.03.2占空比(%)UT2 (V)UO (V)將輸入交流電壓Ui調(diào)到200V，用示波器的一個探頭分別觀測逆變橋的輸出變壓器副邊和直流輸出的波形，記錄波形參數(shù)及直流輸出電壓U0中的紋波；Ur (V)占空比(%)UT2 (V)UO (V)紋波(V)在直流電壓輸出側(cè)接入直流電壓表和電流表。在Ui=200 V時,在一定的脈寬下,作電源的負(fù)載特性測試，即調(diào)節(jié)可變電阻負(fù)載R，測定直流電源輸出端的伏安特性：Uo=f(I)；令Ur= V (參考值為2.2 V) R ()占空比(%)Uo (V)I (A)在一定的脈寬下，保持負(fù)載不變，使輸入電壓Ui在200V左右調(diào)節(jié)，測量直流輸出電壓Uo，測定電源電壓變化對輸出的影響。Ui(V)100120140160180200220240250占空比(%)Uo (V)I (A)上述各實驗步驟完畢后，將輸入電壓Ui調(diào)回零位。(3)主電路閉環(huán)特性測試準(zhǔn)備工作：A、斷開控制與驅(qū)動電路中的開關(guān)K； B、將主電路的反饋信號Uf接至控制電路的Uf端，使系統(tǒng)處于閉環(huán)控制狀態(tài)。重復(fù)主電路開環(huán)特性測試的各實驗步驟。七、實驗報告(1)整理實驗數(shù)據(jù)和記錄的波形；(2)分析開環(huán)與閉環(huán)時負(fù)載變化對直流電源輸出電壓的影響；(3)分析開環(huán)與閉環(huán)時電源電壓變化對直流電源輸出電壓的影響；(4)對半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源性能研究的總結(jié)與體會。八、注意事項雙蹤示波器有兩個探頭，可同時測量兩路信號，但這兩探頭