实验二  直流斩波电路的性能研究

一、实验目的

(1)熟悉直流斩波电路的工作原理。

(2)熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点。

(3)了解PWM控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。

二、实验所需挂件及附件

三、实验线路及原理（只要画出主电路图即可）

 1、主电路

 ①、降压斩波电路(Buck Chopper)

降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图4-12所示。图中V为全控型器件，选用IGBT。D为续流二极管。由图4-12b中V的栅极电压波形U_GE可知，当V处于通态时，电源U_i向负载供电，U_D=U_i。当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压U_D近似为零，至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：

式中t _on为V处于通态的时间，t _off为V处于断态的时间，T为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比(α=t _on/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值U _O最大为U _i，若减小占空比α，则U _O随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。

 

(a)电路图                                      (b)波形图

图4-12 降压斩波电路的原理图及波形

②、升压斩波电路(Boost Chopper)

升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图及工作波形如图4-13所示。电路也使用一个全控型器件V。由图4-13b中V的栅极电压波形U_GE可知，当V处于通态时，电源U_i向电感L₁充电，充电电流基本恒定为I₁,同时电容C₁上的电压向负载供电，因C₁值很大，基本保持输出电压U_O为恒值。设V处于通态的时间为t_on，此阶段电感L₁上积蓄的能量为U_iI₁t_on。当V处于断态时U_i和L₁共同向电容C₁充电，并向负载提供能量。设V处于断态的时间为t_off，则在此期间电感L₁释放的能量为(U_O-U_i) I₁t_on。当电路工作于稳态时，一个周期T内电感L₁积蓄的能量与释放的能量相等，即：

U_iI₁t_on=(U_O-U_i) I₁t_off

 

上式中的T/t_off≥1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。

 

(a)电路图                                   (b)波形图

图4-13 升压斩波电路的原理图及波形

斩波电路的输入直流电压U_i由三相调压器输出的单相交流电经DJK20挂箱上的单相桥式整流及电容滤波后得到。接通交流电源，观测U_i波形，记录其平均值(注：本装置限定直流输出最大值为50V，输入交流电压的大小由调压器调节输出)。

四、实验内容

按下列实验步骤依次对六种典型的直流斩波电路进行测试。

(1)切断电源，根据DJK20上的主电路图，利用面板上的元器件连接好相应的斩波实验线路，并接上电阻负载，负载电流最大值限制在200mA以内。将控制与驱动电路的输出“V-G”、“V-E”分别接至V的G和E端。

(2)检查接线正确，尤其是电解电容的极性是否接反后，接通主电路和控制电路的电源。

(3)用示波器观测PWM信号的波形、U_GE的电压波形、U_CE的电压波形及输出电压Uo和二极管两端电压U_D的波形，注意各波形间的相位关系。

(4)调节PWM脉宽调节电位器改变Ur，观测在不同占空比(α)时，记录U_i、U_O和α的数值于下表中。

Buck电路：

Boost电路：

五、实验报告

对两个两组数据中的U_i/U_O-α的关系进行分析。

 

第二篇：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。