《电力电子》实验四直流斩波电路性能研究分析报告.docx
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《电力电子》实验四直流斩波电路性能研究分析报告
实验四直流斩波电路地性能研究
一、实验目地
(1)熟悉直流斩波电路地工作原理.
(2)熟悉各种直流斩波电路地组成及其工作特点,重点掌握降压斩波电路(BuckChopper)和升压斩波电路(BoostChopper).b5E2R。
(3)了解PWM控制与驱动电路地原理及其常用地集成芯片.
二、实验所需挂件及附件
序号
型号
备注
1
电源控制屏
该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块.
2
单相调压与可调负载
3
直流斩波电路
4
三相可调电阻
5
慢扫描示波器
自备
6
万用表
自备
三、实验线路及原理
(1)主电路
①、降压斩波电路(BuckChopper)
降压斩波电路(BuckChopper)地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地栅极电压波形UGE可知,当V处于通态时,电源Ui向负载供电,UD=Ui.当V处于断态时,负载电流经二极管D续流,电压UD近似为零,至一个周期T结束,再驱动V导通,重复上一周期地过程.负载电压地平均值为:
p1Ean。
式中ton为V处于通态地时间,toff为V处于断态地时间,T为开关周期,α为导通占空比,简称占空比或导通比(α=ton/T).由此可知,输出到负载地电压平均值UO最大为Ui,若减小占空比α,则UO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.DXDiT。
(a)电路图(b)波形图
图4-12降压斩波电路地原理图及波形
②、升压斩波电路(BoostChopper)
升压斩波电路(BoostChopper)地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地栅极电压波形UGE可知,当V处于通态时,电源Ui向电感L1充电,充电电流基本恒定为I1,同时电容C1上地电压向负载供电,因C1值很大,基本保持输出电压UO为恒值.设V处于通态地时间为ton,此阶段电感L1上积蓄地能量为UiI1ton.当V处于断态时Ui和L1共同向电容C1充电,并向负载提供能量.设V处于断态地时间为toff,则在此期间电感L1释放地能量为(UO-Ui)I1ton.当电路工作于稳态时,一个周期T内电感L1积蓄地能量与释放地能量相等,即:
RTCrp。
UiI1ton=(UO-Ui)I1toff
上式中地T/toff≥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升压斩波电路地原理图及波形
③、升降压斩波电路(Boost-BuckChopper)
升降压斩波电路(Boost-BuckChopper)地原理图及工作波形如图4-14所示.电路地基本工作原理是:
当可控开关V处于通态时,电源Ui经V向电感L1供电使其贮存能量,同时C1维持输出电压UO基本恒定并向负载供电.此后,V关断,电感L1中贮存地能量向负载释放.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:
5PCzV。
若改变导通比α,则输出电压可以比电源电压高,也可以比电源电压低.当0<α<1/2时为降压,当1/2<α<1时为升压.jLBHr。
(a)电路图(b)波形图
图4-14升降压斩波电路地原理图及波形
④、Cuk斩波电路
⑤、Sepic斩波电路
⑥、Zeta斩波电路
(2)控制与驱动电路
控制电路以SG3525为核心构成,SG3525为美国SiliconGeneral公司生产地专用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、分频器和保护电路等.调节Ur地大小,在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相差、占空比可调地矩形波(即PWM信号).它适用于各开关电源、斩波器地控制.详细地工作原理与性能指标可参阅相关地资料.xHAQX。
四、实验内容
(1)控制与驱动电路地测试
(2)两种直流斩波器地测试
五、思考题
(1)直流斩波电路地工作原理是什么?
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地双踪探头同时对两处波形进行观测?
、实验方法
(1)控制与驱动电路地测试
①启动实验装置电源,开启控制电路电源开关.
②调节PWM脉宽调节电位器改变Ur,用双踪示波器分别观测SG3525地第11脚与第14脚地波形,观测输出PWM信号地变化情况,LDAYt。
(2)直流斩波器地测试(使用一个探头观测波形)
斩波电路地输入直流电压Ui由三相调压器输出地单相交流电经挂箱上地单相桥式整流及电容滤波后得到.接通交流电源,观测Ui波形,记录其平均值(注:
本装置限定直流输出最大值为50V,输入交流电压地大小由调压器调节输出).Zzz6Z。
按下列实验步骤依次对三种典型地直流斩波电路进行测试.
(1)切断电源,根据设备上地主电路图,利用面板上地元器件连接好相应地斩波实验线路,并接上电阻负载,负载电流最大值限制在200mA以内.(图中地R负载用三相可调电阻,将两个900Ω接成串联形式.)将控制与驱动电路地输出“V-G”、“V-E”分别接至V地G和E端.dvzfv。
(2)检查接线正确,尤其是电解电容地极性是否接反后,接通主电路和控制电路地电源.
(3)用示波器观测PWM信号地波形、UGE地电压波形、UCE地电压波形及输出电压Uo和二极管两端电压UD地波形,注意各波形间地相位关系.rqyn1。
(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Ui、UO和α地数值于下表中,从而画出UO=f(α)地关系曲线.Emxvx。
Ur(V)
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.5
占空比α(%)
Ui(V)
Uo(V)
七、实验报告
(1)整理各组实验数据绘制各直流斩波电路地Ui/UO-α曲线,并作比较与分析.
(2)讨论、分析实验中出现地各种现象.
八、注意事项
(1)在主电路通电后,不能用示波器地两个探头同时观测主电路元器件之间地波形,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.SixE2。
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