1、實驗五 直流斬波電路的性能研究（六種典型線路）一、實驗目的(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。(3)了解PWM控制與驅動電路的原理及其常用的集成芯片。二、實驗所需掛件及附件DJK01電源控制屏、DJK09單相調壓與可調負載、DJK20直流斬波電路、D42三相可調電阻、雙蹤示波器（慢掃描）、萬用表。三、實驗線路及其原理1、主電路(1)降壓斬波電路(Buck Chopper)降壓斬波電路(Buck Chopper)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為續流二極管。圖1(a)中的V的柵極電壓波形UGE可知，當V處于通態時，電源

2、Ui向負載供電，UD=Ui。當V處于斷態時，負載電流經過二極管D續流，電壓UD近似為零，至一個周期T結束，再驅動V導通，重復上一周期的過程。負載電壓的平均值為：式中ton為V處于通態的時間，toff為V處于斷態的時間，T為開關周期，a為導通占空比，簡稱占空比或導通比（a=ton/T）。由此可知，輸出到負載的電壓平均值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(Boost Chopper)升壓斬波電路的(Boost Chopper)原理圖及工作波形如圖2所示。電路也使用一個全控型的器件V。

3、由圖2(b)中V的柵極電壓波形UGE可知，當V處于通態時，電源Ui向電感L1充電，充電電流基本恒定為I1，同時電容C1上的電壓向負載供電，因C1值很大，基本保持輸出電壓Uo為恒定值。設V處于通態的時間為ton，此階段電感L1上積蓄的能量為UiI1ton。當V處于斷態時Ui和共同向電容C1充電，并向負載提供能量。設V處于斷態的時間為toff，則在此期間電感L1釋放的能量為。當電路工作于穩態是，一個周期T內電感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-Buck Chopper)升降

4、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：當可控開關V處于通態時，電源Ui經V向電感L1供電使其貯存能量，同時C1維持輸出電壓Uo基本恒定并向負載供電。此后，V關斷，電感L1中貯存的能量向負載釋放。可見，負載電壓為上負下正，與電源電壓極性相反。輸出電壓為：若改變導通比a，則輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當0<a<1/2時為降壓，當1/2<a<1時為升壓。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：當可控開關V處于通態時，Ui-L1-V回路和負載R-L2-C2-V回路分別

5、流過電流。當V處于斷態時，Ui-L1-C2-D回路和負載回路R-L2-D分別流過電流，輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。輸出電壓為：若改變導通比a，則輸出比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當0<a<1/2時為降壓，當1/2<a<1時為升壓。圖4 Cuk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：可控開關V處于通態時，Ui-L1-V回路和C2-V-L2回路同時導電，L1和L2貯能。當V處于斷態時，Ui-L1-C2-D-R回路及L2-D-R回路同時導電，此階段Ui和L1既向R供電，同時也向C2充電，貯存的能量在V處于通態

6、時向L2轉移。輸出電壓為：若改變導通比a，則輸出比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當0<a<1/2時為降壓，當1/2<a<1時為升壓。圖5 Sepic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：當可控開關V處于通態時，電源Ui經開關V向電感L1貯能。當V處于斷態后，L1經D與C2構成振蕩回路，其貯存的能量轉至C2，至振蕩回路電流過零，L1上的能量全部轉移至C2上之后，D關斷，C2經L2向負載R供電。輸出電壓為：圖6 Zeta斬波電路原理圖2、驅動與控制電路控制電路以SG3525為核心構成，SG3525為美國Silicon

7、 General公司生產的專用PWM控制集成電路，它采用恒頻脈寬調制控制方案，內部包含有精密基準源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護電路。調節Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個幅度相等、頻率相等、相位相差、占空比可調的矩形波（即PWM信號）。它適用于各開關電源、斬波器的控制。詳細的工作原理與性能指標可參閱相關的資料。四、實驗內容(1)控制與驅動電路的測試。(2)六種直流斬波器的測試。五、思考題(1)直流斬波電路的工作原理是什么？有哪些結構形式和主要元器件？(2)為什么在主電路工作時不能用示波器的雙蹤示波器同時對兩處波形進行觀測？六、實驗方法1、控制與驅動電路測試(1)啟動實驗裝置

8、電源，開啟DJK20控制電源開關。(2)調節PWM脈寬調節電位器改變Ur，用雙蹤示波器分別觀測的第11腳與第14腳的波形，觀測輸出PWM信號的變化情況，并填入下表。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.511(A)占空比(%)14(B)占空比(%)PWM占空比(%)(3)用示波器分別觀測A、B和PWM信號的波形，記錄其波形、頻率和幅值，并填入下表。觀測點A(11腳)B(14腳)PWM波形類型幅值A(V)頻率f(Hz)(4)用雙蹤示波器的兩個探頭同時觀測11腳和14腳的輸出波形，調節PWM脈寬調節電位器，觀測兩路輸出的PWM信號，測出兩路信號的相位差。2、直流斬波器的測試（適用一個探

9、頭觀測波形）斬波電路的輸入直流電壓Ui由三相調壓器輸出的單相交流電經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壓器調節輸出）。按下列實驗步驟依次對六種典型的直流斬波電路進行測試。(1)切斷電源，根據DJK20上的主電路圖，利用面板上的元器件連接好相應的斬波實驗線路，并接上電阻負載，負載電流最大值限制在200mA以內。將控制與驅動電路的輸出“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PWM信號的波形、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系。(4)調節PWM脈寬調節電位器改變，觀測在不同占空比（a）時，記錄Ui、Uo和a的數值于下表中，從而畫出的關系曲線。Ur(V)1.41.61.82.02.22.42.5占空比(%)Ui(V)Uo(V)七、實驗報告(1)整理各組實驗數據繪制直流斬波電路的Ui/Uo-a曲