實(shí)驗(yàn)五 直流斬波電路的性能設(shè)計(jì)研究實(shí)驗(yàn)報(bào)告 第五組

...wd......wd......wd...XXX學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：專業(yè)：班級(jí)：成績(jī)：姓名：學(xué)號(hào)：組別：組員：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)日期：指導(dǎo)教師簽名：預(yù)習(xí)情況正常操作情況正常考勤情況正常數(shù)據(jù)處理情況正常實(shí)驗(yàn)〔序號(hào)〕工程名稱：直流斬波電路的性能研究〔六種典型線路〕實(shí)驗(yàn)五直流斬波電路的性能研究〔六種典型線路〕一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉直流斬波電路的工作原理。(2)熟悉各種直流斬波電路的組成及其工作特點(diǎn)。(3)了解PWM控制與驅(qū)動(dòng)電路的原理及其常用的集成芯片。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型號(hào)備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出〞等幾個(gè)模塊。2DJK09單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載3DJK20直流斬波電路4D42三相可調(diào)電阻5慢掃描示波器自備6萬用表自備三、實(shí)驗(yàn)線路及原理1、主電路①、降壓斬波電路(BuckChopper)降壓斬波電路(BuckChopper)的原理圖及工作波形如圖4-12所示。圖中V為全控型器件，選用IGBT。D為續(xù)流二極管。由圖4-12b中V的柵極電壓波形UGE可知，當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui向負(fù)載供電，UD=Ui。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)二極管D續(xù)流，電壓UD近似為零，至一個(gè)周期T完畢，再驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。負(fù)載電壓的平均值為：式中ton為V處于通態(tài)的時(shí)間，toff為V處于斷態(tài)的時(shí)間，T為開關(guān)周期，α為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)稱占空比或?qū)ū?α=ton/T)。由此可知，輸出到負(fù)載的電壓平均值UO最大為Ui，假設(shè)減小占空比α，那么UO隨之減小，由于輸出電壓低于輸入電壓，故稱該電路為降壓斬波電路。圖4-12降壓斬波電路的原理圖及波形②、升壓斬波電路(BoostChopper)升壓斬波電路(BoostChopper)的原理圖及工作波形如圖4-13所示。電路也使用一個(gè)全控型器件V。由圖4-13b中V的柵極電壓波形UGE可知，當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui向電感L1充電，充電電流基本恒定為I1,同時(shí)電容C1上的電壓向負(fù)載供電，因C1值很大，基本保持輸出電壓UO為恒值。設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為ton，此階段電感L1上積蓄的能量為UiI1ton。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)Ui和L1共同向電容C1充電，并向負(fù)載提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為toff，那么在此期間電感L1釋放的能量為(UO-Ui)I1ton。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感L1積蓄的能量與釋放的能量相等，即：上式中的T/toff≥1,輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。圖4-13升壓斬波電路的原理圖及波形③、升降壓斬波電路(Boost-BuckChopper)升降壓斬波電路(Boost-BuckChopper)的原理圖及工作波形如圖4-14所示。電路的基本工作原理是：當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui經(jīng)V向電感L1供電使其貯存能量，同時(shí)C1維持輸出電壓UO基本恒定并向負(fù)載供電。此后，V關(guān)斷，電感L1中貯存的能量向負(fù)載釋放?？梢?負(fù)載電壓為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反。輸出電壓為：(a)電路圖(b)波形圖圖4-14升降壓斬波電路的原理圖及波形④、Cuk斬波電路Cuk斬波電路的原理圖如圖4-15所示。電路的基本工作原理是：當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，Ui—L1—V回路和負(fù)載R—L2—C2—V回路分別流過電流。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，Ui—L1—C2—D回路和負(fù)載R—L2—D回路分別流過電流，輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。輸出電壓為：假設(shè)改變導(dǎo)通比α，那么輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<α<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<α<1時(shí)為升壓。⑤、Sepic斬波電路Sepic斬波電路的原理圖如圖4-16所示。電路的基本工作原理是：可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，Ui—L1—V回路和C2—V—L2回路同時(shí)導(dǎo)電，L1和L2貯能。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，Ui—L1—C2—D—R回路及L2—D—R回路同時(shí)導(dǎo)電，此階段Ui和L1既向R供電，同時(shí)也向C2充電，C2貯存的能量在V處于通態(tài)時(shí)向L2轉(zhuǎn)移。輸出電壓為：⑥、Zeta斬波電路Zeta斬波電路的原理圖如圖4-17所示。電路的基本工作原理是：當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui經(jīng)開關(guān)V向電感L1貯能。當(dāng)V處于斷態(tài)后，L1經(jīng)D與C2構(gòu)成振蕩回路，其貯存的能量轉(zhuǎn)至C2，至振蕩回路電流過零，L1上的能量全部轉(zhuǎn)移至C2上之后，D關(guān)斷，C2經(jīng)L2向負(fù)載R供電。輸出電壓為：假設(shè)改變導(dǎo)通比α，那么輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<α<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<α<1時(shí)為升壓。2、控制與驅(qū)動(dòng)電路控制電路以SG3525為核心構(gòu)成，SG3525為美國(guó)SiliconGeneral公司生產(chǎn)的專用PWM控制集成電路，其內(nèi)部電路構(gòu)造及各引腳功能如圖4-18所示，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，內(nèi)部包含有精細(xì)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(gè)幅度相等、頻率相等、相位相差、占空比可調(diào)的矩形波〔即PWM信號(hào)〕。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4-18SG3525芯片的內(nèi)部構(gòu)造與所需的外部組件四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容〔1〕控制與驅(qū)動(dòng)電路的測(cè)試〔2〕六種直流斬波器的測(cè)試五、思考題(1)直流斬波電路的工作原理是什么有哪些構(gòu)造形式和主要元器件原理：通過開關(guān)晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管或IGBT將直流信號(hào)或電源切成與信號(hào)同幅值的單極性或雙極性的脈沖波。構(gòu)造形式：1降壓斬波電路。2升壓斬波電路3升降壓斬波電路4CUK斬波電路5SEPIC斬波電路6ZETA斬波電路。主要元器件：1IGBT2電容3直流電源4電感(2)為什么在主電路工作時(shí)不能用示波器的雙蹤探頭同時(shí)對(duì)兩處波形進(jìn)展觀測(cè)因?yàn)楣驳貑栴}，容易造成短路六、實(shí)驗(yàn)方法1、控制與驅(qū)動(dòng)電路的測(cè)試(1)啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置電源，開啟DJK20控制電路電源開關(guān)。(2)調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器改變Ur，用雙蹤示波器分別觀測(cè)SG3525的第11腳與第14腳的波形，觀測(cè)輸出PWM信號(hào)的變化情況，并填入下表。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.511(A)占空比(%)111722.2283133.336.114(B)占空比(%)111722.2283133.336.1PWM占空比(%)22.233.344.455.666.766.673觀測(cè)點(diǎn)A(11腳)B(14腳)PWM波形類型方波方波方波幅值A(chǔ)(V)12.512.512.5頻率f(Hz)1/0.19x10^-31/0.19x10^-31/1.8x10^-6(3)用示波器分別觀測(cè)A、B和PWM信號(hào)的波形，記錄其波形、頻率和幅值，并填入下表。(4)用雙蹤示波器的兩個(gè)探頭同時(shí)觀測(cè)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(cè)兩路輸出的PWM信號(hào)，測(cè)出兩路信號(hào)的相位差，并測(cè)出兩路PWM信號(hào)之間最小的“死區(qū)〞時(shí)間。2、直流斬波器的測(cè)試(使用一個(gè)探頭觀測(cè)波形)斬波電路的輸入直流電壓Ui由三相調(diào)壓器輸出的單相交流電經(jīng)DJK20掛箱上的單相橋式整流及電容濾波后得到。接通交流電源，觀測(cè)Ui波形，記錄其平均值(注：本裝置限定直流輸出最大值為50V，輸入交流電壓的大小由調(diào)壓器調(diào)節(jié)輸出)。按以下實(shí)驗(yàn)步驟依次對(duì)六種典型的直流斬波電路進(jìn)展測(cè)試。(1)切斷電源，根據(jù)DJK20上的主電路圖，利用面板上的元器件連接好相應(yīng)的斬波實(shí)驗(yàn)線路，并接上電阻負(fù)載，負(fù)載電流最大值限制在200mA以內(nèi)。將控制與驅(qū)動(dòng)電路的輸出“V-G〞、“V-E〞分別接至V的G和E端。(2)檢查接線正確，尤其是電解電容的極性是否接反后，接通主電路和控制電路的電源。(3)用示波器觀測(cè)PWM信號(hào)的波形、UGE的電壓波形、UCE的電壓波形及輸出電壓Uo和二極管兩端電壓UD的波形，注意各波形間的相位關(guān)系。(4)調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器改變Ur，觀測(cè)在不同占空比(α)時(shí)，記錄Ui、UO和α的數(shù)值于下表中，從而畫出UO=f(α)的關(guān)系曲線。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比α(%)22.233.344.455.666.166.673Ui(V)4038.837.234.932.417.318.6Uo(V)54.259.565.672.781.462.466