实验八 直流斩波电路的性能研究

 

 

实验八  直流斩波电路的性能研究

一.实验目的

熟悉降压斩波电路(Buck Chopper)和升压斩波电路(Boost Chopper)的工作原理,掌握这两种基本斩波电路的工作状态及波形情况。

二.实验内容

1.SG3525芯片的调试。

2.降压斩波电路的波形观察及电压测试。

3.升压斩波电路的波形观察及电压测试。

三.实验设备及仪器

1.电力电子教学实验台主控制屏。

2.MCL-16组件。

3.MEL-03电阻箱 (900Ω/0.41A) 或其它可调电阻盘。

4.万用表。

5.双踪示波器

6.2A直流安培表(MCL-Ⅱ2A直流毫安表为数字式仪表,MCL-Ⅲ 2A直流安培表为指针式仪表,其他型号可能为MEL-06)。

四.实验方法

1.SG3525的调试。

原理框图见图3—11。

将扭子开关S1打向“直流斩波”侧,S2电源开关打向“ON”,将“3”端和“4”端用导线短接,用示波器观察“1”端输出电压波形应为锯齿波,并记录其波形的频率和幅值。

扭子开关S2扳向“OFF”,用导线分别连接“5”、“6”、“9”,用示波器观察“5”端波形,并记录其波形、频率、幅度,调节“脉冲宽度调节”电位器,记录其最大占空比和最小占空比。

Dmax=                                Dmin=

2.实验接线图见图3—12。

(1)切断MCL-16主电源,分别将“主电源2”的“1”端和“直流斩波电路”的“1”端相连,“主电源2”的“2”端和“直流斩波电路”的“2”端相连,将“PWM波形发生”的“7”、“8”端分别和直流斩波电路VT1的G1S1 端相连,“直流斩波电路”的“4”、“5”端串联MEL-03电阻箱 (将两组900Ω/0.41A的电阻并联起来,顺时针旋转调至阻值最大约450Ω),和直流安培表(将量程切换到2A挡)。

(2)检查接线正确后,接通控制电路和主电路的电源(注意:先接通控制电路电源后接通主电路电源 ),改变脉冲占空比,每改变一次,分别观察PWM信号的波形,MOSFET的栅源电压波形,输出电压、u0波形,输出电流i0的波形,记录PWM信号占空比D,ui、u0的平均值Ui和U0

(3)改变负载R的值(注意:负载电流不能超过1A),重复上述内容2。

(4)切断主电路电源,断开“主电路2”和“降压斩波电路”的连接,断开“PWM波形发生”与VT1的连接,分别将“直流斩波电路”的“6”和“主电路2”的“1”相连,“直流斩波电路”的“7”和“主电路2”的“2”端相连,将VT2的G2S2分别接至“PWM波形发生”的“7”和“8”端,直流斩波电路的“10”、“11” 端,分别串联MEL-03电阻箱(两组分别并联,然后串联在一起顺时针旋转调至阻值最大约900Ω)和直流安培表(将量程切换到2A挡)。

检查接线正确后,接通主电路和控制电路的电源。改变脉冲占空比D,每改变一次,分别:观察PWM信号的波形,MOSFET的栅源电压波形,输出电压、u0波形,输出电流i0的波形,记录PWM信号占空比D,ui、u0的平均值Ui和U0

(5)改变负载R的值(注意:负载电流不能超过1A),重复上述内容4。

(6)实验完成后,断开主电路电源,拆除所有导线。

五.注意事项

(1)“主电路电源2”的实验输出电压为15V,输出电流为1A,当改变负载电路时,注意R值不可过小,否则电流太大,有可能烧毁电源内部的熔断丝。

(2)实验过程当中先加控制信号,后加“主电路电源2”。

(3)做升压实验时,注意“PWM波形发生器”的“S1”一定要打在“直流斩波”,如果打在“半桥电源”极易烧毁“主电路电源2” 内部的熔断丝。

六.实验报告

1.分析PWM波形发生的原理

2.记录在某一占空比D下,降压斩波电路中,MOSFET的栅源电压波形,输出电压u0波形,输出电流i0的波形,并绘制降压斩波电路的Ui/Uo-D曲线,与理论分析结果进行比较,并讨论产生差异的原因。


 

第二篇:直流斩波电路的性能研究

直流斩波电路的性能研究

苏宪臣

(08级、自动化2班、200801071503)

摘要:直流-直流变流电路(DC/DC Converter)包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。直接直流变流电路也称斩波电路(DC Chopper)。功能是将直流电变为另一种固定电压或可调电压的直流电,一般是指直接将直流电变为另一直流电,这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路,在直流变流电路中增加了交流环节。在交流环节通常采用变压器实现输入输出之间的隔离,因此也称为直一交一直电路。

关键词:DC/DC转换,降压斩波,升压斩波,MATLAB仿真。

0引言:

本文主要研究升压斩波电路和降压斩波电路的结构和工作原理,研究斩波电路的性能提升方法,通过对斩波电路的基本原理的研究,从中发现提升性能的方法。DC/DC变换试讲固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波。斩波器的工作方式有:脉宽调制方式(Ts不变,改变ton)和频率调制方式(ton不变,改变Ts)两种。

1基本斩波电路

1.1降压斩波电路(Buck Chopper)

    1)电路分析

    (1)使用一个全控型器件V,图中为IGBT,若采用晶闸管,需设置使晶闸管关断的辅助电路。

    (2)设置了续流二极管VD,在V关断时给负载中电感电流提供通道。

    (3)主要用于电子电路的供电电源,也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等,后两种情况下负载中均会出现反电动势,如图中Em所示。

基本的数量关系

电流连续时

 

负载电压的平均值为

负载电流平均值为

1.2升压斩波电路

    1)工作原理

     (1) 假设LC值很大。

     (2)V处于通态时,电源E向电感L充电,电流恒定I1,电容C向负载R供电,输出电压Uo恒定。

     (3)V处于断态时,电源E和电感L同时向电容C充电,并向负载提供能量。

 2)基本的数量关系

      当电路工作于稳态时,一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等,即

 

1.3升降压斩波电路

1)工作原理

   (1)V导通时,电源E经V向L供电使其贮能,此时电流为i1,同时C维持输出电压恒定并向负载R供电。

  (2) V关断时,L的能量向负载释放,电流为i2,负载电压极性为上负下正,与电源电压极性相反,该电路也称作反极性斩波电路。

1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路

1)Sepic斩波电路

    工作原理

       (1) V导通时,E—L1—V回路和C1—V—L2回路同时导电,L1和L2贮能。

       (2) V关断时,E—L1—C1—VD—负载回路及L2—VD—负载回路同时导电,此阶段E和L1既向负载供电,同时也向C1充电(C1贮存的能量在V处于通态时向L2转移)。

  

2)Zeta斩波电路

     工作原理

        (1) V导通时,电源E经开关V向电感L1贮能。

        (2) V关断时,L1-VD-C1构成振荡回路, L1的能量转移至C1,能量全部转移至C1上之后,VD关断,C1经L2向负载供电。

2复合斩波电路和多相多重斩波电路

2.1 电流可逆斩波电路

1)电路结构

   (1) V1和VD1构成降压斩波电路,电动机为电动运行,工作于第1象限。

    (2)V2和VD2构成升压斩波电路,电动机作再生制动运行,工作于第2象限。

    (3)必须防止V1和V2同时导通而导致电源短路。

2)工作过程

      (1) 两种工作情况:只作降压斩波器运行和只作升压斩波器运行。 

       (2)第3种工作方式:一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作。

      (3) 3种工作方式下,当一种斩波电路电流断续而为零时,使另一个斩波电路工作,让电流反方向流过,这样电动机电枢回路总有电流流过。

2.2 桥式可逆斩波电路

      1)将两个电流可逆斩波电路组合起来,分别向电动机提供正向和反向电压,使电动机可以4象限运行。

   2) 工作过程

        (1)V4导通时,等效为图5-7a所示的电流可逆斩波电路,提供正电压,可使电动机工作于第1、2象限。

        (2)V2导通时,V3、VD3和V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路,向电动机提供负电压,可使电动机工作于第3、4象限。

2.3 多相多重斩波电路

   1)是在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成的。

  2) 相数:一个控制周期中电源侧的电流脉波数。

   3)重数:负载电流脉波数。

3相3重降压斩波电路

 4) 电路及波形分析

       (1)相当于由3个降压斩波电路单元并联而成。

      (2) 总输出电流为 3 个斩波电路单元输出电流之和,其平均值为单元输出电流平均值的3倍,脉动频率也为3倍。

      (3)总输出电流最大脉动率(电流脉动幅值与电流平均值之比)与相数的平方成反比,其总的输出电流脉动幅值变得很小,所需平波电抗器总重量大为减轻。

 

3仿真实验

3.1仿真模型及参数

(1)由IGBT构成直流斩波电路的建模及参数设置,E=100,负载R=1欧,脉冲高度5,L=OH,C=inf.

(2)直流降压斩波电路的仿真

打开仿真参数窗口,选择ode23t b算法相对误差设置为1e-03,开始仿真时间设置为零,停止仿真时间设置为0.01s,控制脉冲周期设置为0.005s(频率为200Hz),控制脉冲占空比为50%。参数设置完毕后,启动仿真,得到下图仿真结果。

控制脉冲周期设置为0.01S(频率为100Hz),控制脉冲占空比为50%。参数设置完毕后启动仿真得到下图

控制脉冲周期设置为0.01S(频率100Hz,占空比为30%。参数设置完毕启动仿真得到下图仿真结果。

4结束语

通过以上的仿真过程分析,可以得到下列结论:

(1)直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件,通过控制主电路的接通与断开,将恒定的直流斩成断续的方波,经滤波后变为电压可调的的直流输出电压。利用Simulink对降压斩波电路和升压斩波电路的仿真结果进行了详细分析,与采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较,进一步验证了仿真结果的正确性。

(2)采用Matlab/Simulink对直流斩波电路进行分析,避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程,得到了一种较为直观,快捷分析斩波电路的新方法。同时其建模方法也适用于其他斩波电路的方针,只需要对电路结构稍作改变即可实现,因此实用性较强。

(3)       应用Matlab/Simulink进行仿真,在仿真过程中可以灵活的改变仿真参数,并且能直观地观察到仿真结果随参数的变化情况。

[参考文献]

[1]  王兆安,刘进军.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2010.

[2]  张志通.精通Matlab6.5版[M],北京:北京航空航天大学出版社2003.

[3]  周渊深.电力电子与Matlab仿真[M].北京:中国电力出版社,2004.

[4] 华亮,沈申生,胡香龄. Matlab/Simulink  在单向交流调压电路仿真的应用[J].电力学报,2005,20(4):3502352.

[5]  杨一军,王欣.Matlab在负反馈放大电路分析中的应用[J].现在电子技术,2008,31(13):1442146..

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