實(shí)驗(yàn)四-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DJK01電源控制屏、DJK09單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載、DJK20直流斬波電路、D42三相可調(diào)電阻、雙蹤示波器（慢掃描）、萬(wàn)用表。三、實(shí)驗(yàn)線路及其原理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1所示。圖中V為全控型器件，選用IGBT。D為續(xù)流二極管。圖1(a)中的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)過(guò)二極管D續(xù)流，電壓UD近似為零，至一個(gè)周期T結(jié)束，再驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過(guò)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(kāi)關(guān)周期，a為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)稱占空比或?qū)ū龋╝=ton/T）。由此可知，輸出到負(fù)載的電壓平均值Uo最大為Ui，若減小占空比a，則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1降壓斬波電路的原理圖及波形(2)升壓斬波電路(BoostChopper)升壓斬波電路的(BoostChopper)原理圖及工作波形如圖2所示。電路也使用一個(gè)全控型的器件V。由圖2(b)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為恒定值。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，則在此期間電感L1釋放的能量為。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)是，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，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。圖2升壓斬波電路的原理圖及波形(3)升降壓斬波電路(Boost-BuckChopper)升降壓斬波電路的原理圖及工作波形如圖3所示，電路的基本工作原理是：當(dāng)可控開(kāi)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?jiàn)，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：若改變導(dǎo)通比a，則輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<a<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<a<1時(shí)為升壓。圖3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所示。電路的基本工作原理是：當(dāng)可控開(kāi)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(guò)電流。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，Ui-L1-C2-D回路和負(fù)載回路R-L2-D分別流過(guò)電流，輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。輸出電壓為：若改變導(dǎo)通比a，則輸出比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<a<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<a<1時(shí)為升壓。圖4Cuk斬波電路原理圖(5)Sepic斬波電路Sepic斬波電路的原理圖如圖5所示。電路的基本工作原理是：可控開(kāi)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，貯存的能量在V處于通態(tài)時(shí)向L2轉(zhuǎn)移。輸出電壓為：若改變導(dǎo)通比a，則輸出比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<a<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<a<1時(shí)為升壓。圖5Sepic斬波電路原理圖(6)Zeta斬波電路Zeta斬波電路的原理圖如圖6所示。電路的基本工作原理是：當(dāng)可控開(kāi)關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，電源Ui經(jīng)開(kāi)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(guò)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：圖6Zeta斬波電路原理圖2、驅(qū)動(dòng)與控制電路控制電路以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，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，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。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(kāi)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。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？有哪些結(jié)構(gòu)形式和主要元器件？(2)為什么在主電路工作時(shí)不能用示波器的雙蹤示波器同時(shí)對(duì)兩處波形進(jìn)行觀測(cè)？六、實(shí)驗(yàn)方法1、控制與驅(qū)動(dòng)電路測(cè)試(1)啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置電源，開(kāi)啟DJK20控制電源開(kāi)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)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。Ur1.41.61.82.02.22.42.511(A)占空比(%)14(B)占空比(%)PWM占空比(%)(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。觀測(cè)點(diǎn)A(11腳)B(14腳)PWM波形類型幅值A(chǔ)(V)頻率f(Hz)(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。2、直流斬波器的測(cè)試（適用一個(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，并記錄其平均值（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）。按下列實(shí)驗(yàn)步驟依次對(duì)六種典型的直流斬波電路進(jìn)行測(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，觀測(cè)在不同占空比（a）時(shí)，記錄Ui、Uo和a的數(shù)值于下表中，從而畫(huà)出的關(guān)系曲線。Ur1.41.61.82.02.22.42.5占空比(%)Ui(V)Uo(V)七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)整理各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制直流斬波電路的Ui/Uo-a曲線，