实验报告

课程名称：                             

实验项目：                            

实验地点：                             

专业班级：                             

学    号：                             

学生姓名：                              

指导教师：                             

年       月      日

一、   实验目的和要求（必填）

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。

要求：记录最大占空比和最小占空比及波形。

二、   实验内容（必填）

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、   主要仪器设备（必填）

1、  电力电子教学试验台主控制屏

2、  MCL-16组件。

3、  MEL-03电阻箱（900/0.41A）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-III2A直流安培表为指针式仪表，其他型号可能为MEL-06）。

四、   操作方法与实验步骤（可选）

1、  SG3525的调试。

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、（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900/0.4A的电阻并联起来，顺时针旋转至阻值大约450），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，没改变一次，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，u_i、u₀的平均值U_i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“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900）和只i刘安培表（将量程切换到2A挡）。

检查线路正确后，接通主电路和控制电路的电源。改变脉冲占空比D，测出最大最小的占空比与波形。Dmax=                   Dmin=     

（5）试验完成后，断开主电路电源，拆除所有导线。

五、实验数据记录和处理（可选）

六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得（可选）

 

第二篇：实验五 直流斩波电路的性能研究(六种典型线路)

实验五  直流斩波电路的性能研究（六种典型线路）

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

DJK01电源控制屏、DJK09单相调压与可调负载、DJK20直流斩波电路、D42三相可调电阻、双踪示波器（慢扫描）、万用表。

三、实验线路及其原理

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1所示。图中V为全控型器件，选用IGBT。D为续流二极管。图1(a)中的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，负载电流经过二极管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，a为导通占空比，简称占空比或导通比（a=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a，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。

图1  降压斩波电路的原理图及波形

(2)升压斩波电路(Boost Chopper)

升压斩波电路的(Boost Chopper)原理图及工作波形如图2所示。电路也使用一个全控型的器件V。由图2(b)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为恒定值。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。当电路工作于稳态是，一个周期T内电感L₁积蓄的能量与释放的能量相等，即：

上式中的，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。

图2  升压斩波电路的原理图及波形

(3)升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)

升降压斩波电路的原理图及工作波形如图3所示，电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电源U_i经V向电感L₁供电使其贮存能量，同时C₁维持输出电压U_o基本恒定并向负载供电。此后，V关断，电感L₁中贮存的能量向负载释放。可见，负载电压为上负下正，与电源电压极性相反。输出电压为：

若改变导通比a，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<a<1/2时为降压，当1/2<a<1时为升压。

图3  升降压斩波电路的原理图及波形

(4)Cuk斩波电路

Cuk斩波电路的原理图如图4所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，U_i-L₁-V回路和负载R-L₂-C₂-V回路分别流过电流。当V处于断态时，U_i-L₁-C₂-D回路和负载回路R-L₂-D分别流过电流，输出电压的极性与电源电压极性相反。输出电压为：

若改变导通比a，则输出比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<a<1/2时为降压，当1/2<a<1时为升压。

图4  Cuk斩波电路原理图

(5)Sepic斩波电路

Sepic斩波电路的原理图如图5所示。电路的基本工作原理是：可控开关V处于通态时，U_i-L₁-V回路和C₂-V-L₂回路同时导电，L₁和L₂贮能。当V处于断态时，U_i-L₁-C₂-D-R回路及L₂-D-R回路同时导电，此阶段U_i和L₁既向R供电，同时也向C₂充电，贮存的能量在V处于通态时向L₂转移。输出电压为：

若改变导通比a，则输出比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<a<1/2时为降压，当1/2<a<1时为升压。

图5  Sepic斩波电路原理图

(6)Zeta斩波电路

Zeta斩波电路的原理图如图6所示。电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电源U_i经开关V向电感L₁贮能。当V处于断态后，L₁经D与C₂构成振荡回路，其贮存的能量转至C₂，至振荡回路电流过零，L₁上的能量全部转移至C₂上之后，D关断，C₂经L₂向负载R供电。输出电压为：

图6  Zeta斩波电路原理图

2、驱动与控制电路

控制电路以SG3525为核心构成，SG3525为美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成电路，它采用恒频脉宽调制控制方案，内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路。调节U_r的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相差、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。详细的工作原理与性能指标可参阅相关的资料。

四、实验内容

(1)控制与驱动电路的测试。

(2)六种直流斩波器的测试。

五、思考题

(1)直流斩波电路的工作原理是什么？有哪些结构形式和主要元器件？

(2)为什么在主电路工作时不能用示波器的双踪示波器同时对两处波形进行观测？

六、实验方法

1、控制与驱动电路测试

(1)启动实验装置电源，开启DJK20控制电源开关。

(2)调节PWM脉宽调节电位器改变U_r，用双踪示波器分别观测的第11脚与第14脚的波形，观测输出PWM信号的变化情况，并填入下表。

(3)用示波器分别观测A、B和PWM信号的波形，记录其波形、频率和幅值，并填入下表。

(4)用双踪示波器的两个探头同时观测11脚和14脚的输出波形，调节PWM脉宽调节电位器，观测两路输出的PWM信号，测出两路信号的相位差。

2、直流斩波器的测试（适用一个探头观测波形）

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，并记录其平均值（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）。

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U_o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，观测在不同占空比（a）时，记录U_i、U_o和a的数值于下表中，从而画出的关系曲线。

七、实验报告

(1)整理各组实验数据绘制直流斩波电路的U_i/U_o-a曲线，比作比较与分析。

(2)讨论、分析实验中出现的各种现象。

八、注意事项

(1)在主电路通电后，不能用示波器的两个探头同时观测主电路元器件之间的波形，否则会造成短路。

(2)用示波器两探头同时观测两处波形时，要注意共地问题，否则会造成短路，在观测高压时应衰减10倍，在做直流斩波器测试实验时，最好使用一个探头。