直流斩波电路性能研究实验报告.docx
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直流斩波电路性能研究实验报告
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直流斩波电路性能研究实验报告
篇一：
电力电子实验报告直流斩波电路的性能研究
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
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）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，重复上一周期的过程。
负载电压的平均值为：
uo
式中ton为V处于通态的时间，toff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=ton/T）。
由此可知，输出到负载的电压平均值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。
tont
uionu?
?
aui
ton?
toff
Ti
ui
c
eg
ug
e
tTtoff
t
+L1
c1
+uo
-
uDuo
ui
V
uD-
tt
-
（b）波形图
图4-12降压斩波电路的原理图及波形
（boostchopper）
（boostchopper）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上的电压向负载供电，因c1值很大，基本保持输出电压uo为
105
恒值。
设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L1上积蓄的能量为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处于断态的时间为toff，则在此期间电感L1释放的能量为（uo-ui）I1ton。
当电路工作于稳态时，一个周期T内电感L1积蓄的能量与释放的能量相等，即：
uiI1ton=（uo-ui）I1toff
ton?
?
toff
toff
T
off
uo
ui?
?
t
ui
上式中的≥1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。
+
ui
I1
L1
g
ec
-uD
D
t
+Ruo
-
V
c1
uD
t
uo
t
-
（b）波形图
图4-13升压斩波电路的原理图及波形
③、升降压斩波电路（boost-buckchopper）
升降压斩波电路（boost-buckchopper）的原理图及工作波形如图4-14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：
（a）电路图
uotontoff
uiuiaui
T?
?
ton1?
?
a
ton
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 +ui
c
eg
V
uge
t
-uDL1
D
+c1
-
Ruo
uo+
t
（b）波形图
t
（a）电路图
图4-14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4-15所示。
电路的基本工作原理是：
当可控开关V处于通态时，ui—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，ui—L1—c2—D回路和负载R—L2—D回路分别流过电流，输出电压的极性与电源电压极性相反。
输出电压为：
106
uo?
?
tont
uionuiauitoffT?
?
ton1?
?
a
若改变导通比α0 降压，当1/2 +
L1
ui
cg
e
-
c2VD
L2
c1
Ruo
+
-
⑤、sepic斩波电路
图4-15cuk斩波电路原理图
sepic斩波电路的原理图如图4-16所示。
电路的基本工作原理是：
可控开关V处于通态时，ui—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，ui—L1—c2—D—R回路及L2—D—R回路同时导电，此阶段ui和L1既向R供电，同时也向c2充电，c2贮存的能量在V处于通态时向L2转移。
输出电压为：
uo?
?
ton
toff
uiuiaui
T?
?
ton1?
?
a
ton
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 +
u
i
1
cg
e
L2
c+
V
uo
-
-
图4-16sepic斩波电路原理图
⑥、Zeta斩波电路
Zeta斩波电路的原理图如图4-17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ui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：
uo+
ui
?
?
a
c
a
eg
uiV
c+
L2
D
c1
L1
Ruo
-
图4-17Zeta斩波电路原理图若改变导通比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 2、控制与驱动电路控制电路以sg3525为核心构成，sg3525为美国silicongeneral公司生产的专用pwm控制集成电路，其内部电路结构及各引脚功能如图4-18所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，内部
107
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
图4-18sg3525芯片的内部结构与所需的外部组件
（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探头同时对两处波形进行观测？
六、实验方法
1、控制与驱动电路的测试
（1）启动实验装置电源，开启DJK20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。
108
（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，并测出两路pwm信号之间最小的“死区”时间。
2、直流斩波器的测试（使用一个探头观测波形）斩波电路的输入直流电压ui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、uge的电压波形、uce的电压波形及输出电压uo和二极管两端电压uD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ui、uo和α的数值于下表中，从而画出uo=f（α）的关系曲线。
七、实验报告
（1）分析图4-20中产生pwm信号的工作原理。
答：
pwm信号的工作原理：
保持开关周期T不变，通过调节开关导通时间ton的大小，实现改变占空比a，从而改变输出负载电压平均值uo的大小。
（2）整理各组实验数据绘制各直流斩波电路的ui/uo-α曲线，并作比较与分析。
降压斩波电路的实验数据：
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篇二：
实验五直流斩波电路实验报告
实验报告
课程名称电力电子技术实验报告
班级电气4班姓名李晓英梁琦季中元
实验日期实验地点光电实验室评定成绩评阅教师
--------------实验报告要目--------------
1实验目的要求
2实验仪器、设备3实验线路、原理框图4实验方法步骤
5实验的原始数据和分析6实验讨论
实验名称实验五直流斩波电路（设计性）的性能研究
实验五直流斩波电路（设计性）的性能研究
一．实验目的
熟悉六种斩波电路（buckchopper、boostchopper、buck-boostchopper、cukchopper、sepicchopper、zetachopper）的工作原理，掌握这六种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．斩波电路的连接。
3．斩波电路的波形观察及电压测试。
三．实验设备及仪器
1．电力电子教学试验台主控制屏；2．现代电力电子及直流脉宽调速组件（nmcL-22）3．示波器（自备）；4．万用表（自备）
四．实验电路图如下
五．实验方法
按照面板上各种斩波器的电路图，取用相应的元件，搭成相应的斩波电路即可。
1．sg3525性能测试
用示波器测量，pwm波形发生器的“1”孔和地之间的波形。
调节占空比调节旋钮，
测量驱动波形的频率以及占空比的调节范围。
频率：
9.10KhZ
占空比的调节范围：
9.58%~84.3%2．buckchopper
（1）连接电路。
将pwm波形发生器的输出端“1”端接到斩波电路中IgbT管VT的g端,将pwm的“地”端接到斩波电路中“VT”管的e端,再将斩波电路的（e、5、7），（8、11），（6、12）相连，最后将15V直流电源u1的“+”正极与VT的c相连，负极“-”和6相连。
（照电路图接成buckchopper斩波器。
）
（2）观察负载电压波形。
经检查电路无误后,闭合电源开关，用示波器观察VD两端5、6孔之间电压，调节pwm触发器的电位器Rp1，即改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化，并记录电压波形。
e=5V
?
?
=9.86%负载电压理论值为：
0.493V实际值为：
0.5V?
?
=51.5%负载电压理论值为：
2.575V实际值为：
2.6V?
?
=84.5%负载电压理论值为：
4.225V实际值为：
4.2V
负载电压随着占空比的增大而增大。
但是因为是降压斩波，所以当占空比基本上接近为1，为最大84.4%时，其平均电压仍然是小于直流输入电压平均值。
（4）观察负载电流波形。
用示波器观察并记录负载电阻R两端波形
因为是纯阻性负载，所以其电流波形与电压波形完全相同，只是幅值不同。
在负载电压为正时，即从0~ton时，电流慢慢增加，到toff期间，虽然负载电压为0，但是因为是大电感，的存在，可以阻止电流立刻降为0，从而慢慢降低，使得电流连续。
3．boostchopper
（1）照图接成boostchopper电路。
电感和电容任选,负载电阻为R。
实验步骤同buckchopper。
e=5V
?
?
=20%负载电压理论值为：
6.6125V实际值为：
6V?
?
=50%负载电压理论值为：
9.94V实际值为：
10V?
?
=80%负载电压理论值为：
24.85V实际值为：
21.6V
该电路中输出电压即为电阻两端的电压。
因为电路中串入了极大电感，并且并入了极大电容，所以当IJbT处于导通状态时，电源e向电感L储能，稳态时充电电流基本保持不变，同时电容向负载放电，因电容很大，基本保持输出电压不变（如图所示），二极管受反压截止。
当IJbT处于阻断状态时，电源和电感同时向负载供电，并对电容充电。
4．buck-boostchopper
（1）照图接成buck-boostchopper电路。
电感和电容任选,负载电阻为R。
实验步骤同buckchopper
e=5V
?
?
=20%负载电压理论值为：
1.1425V实际值为：
1V?
?
=50%负载电压理论值为：
4.97V实际值为：
4.6V?
?
=80%负载电压理论值为：
19.88V实际值为：
18.4V
此为升降压斩波电路，顾名思义，就是既可以升压也可以降压。
当开关器件处于通态时，二极管截止，电源经过V向电感L供电使其储能，同时电容c向负载R供电并维持输出电压恒定；当V处于关断状态时，二极管导通，电感中储存的能量经过二极管向负载释放。
由实验结果可看出：
当0≤?
?
≤1/2时，降压；当1/2≤?
?
≤1时，升压。
5．cukchopper
（1）照图接成cukchopper电路。
电感和电容任选,负载电阻R实验步骤同buckchopper。
e=5V
?
?
=20%负载电压理论值为：
1.1425V实际值为：
1.2V?
?
=50%负载电压理论值为：
4.97V实际值为：
4.6V?
?
=80%负载电压理论值为：
19.88V实际值为：
18.4V
由实验图可以看出该电路是将boost电路的输入部分与buck电路的输出部分串接而成。
该电路的特点在于其输入输出端都串有电感，减小了输入和输出的电流脉动。
6．sepicchopper
（1）照图接成sepicchopper电路。
电感和电容任选,负载电阻为R。
实验步骤同buckchopper。
e=5V
?
?
=20%负载电压理论值为：
1.1425V实际值为：
1.24V?
?
=50%负载电压理论值为：
4.97V实际值为：
4.4V?
?
=80%负载电压理论值为：
19.88V实际值为：
19.5V
该电路可以看成是由boost电路的输入部分与buck-boost电路前后级联而成。
在该电路中，由于电源回路中存在电感，使输入电流连续，有利于输入滤波，但负载电流是脉动波形，电路输出电压为正极性。
7．zetachopper
（1）照图接成zetachopper电路。
电感和电容任选,负载电阻为R。
实验步骤同buck
chopper
篇三：
实验五直流斩波电路的性能研究实验报告第五组
xxx学院实验报告
学院：
姓名：
实验地点：
专业：
学号：
班级：
组别：
成绩：
组员：
指导教师签名：
实验日期：
验（序号）项目名称：
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
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）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，重复上一周期的过程。
负载电压的平均值为：
式中ton为V处于通态的时间，toff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=ton/T）。
由此可知，输出到负载的电压平均值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。
图4-12降压斩波电路的原理图及波形
②、升压斩波电路（boostchopper）
升压斩波电路（boostchopper）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上的电压向负载供电，因c1值很大，基本保持输出电压uo为恒值。
设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L1上积蓄的能量为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处于断态的时间为toff，则在此期间电感L1释放的能量为（uo-ui）I1ton。
当电路工作于稳态时，一个周期T内电感L1积蓄的能量与释放的能量相等，即：
上式中的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。
图4-13升压斩波电
路的原理图及波形
③、升降压斩波电路（boost-buckchopper）
升降压斩波电路（boost-buckchopper）的原理图及工作波形如图4-14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：
（a）电路图（b）波形图
图4-14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4-15所示。
电路的基本工作原理是：
当可控开关V处于通态时，ui—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，ui—L1—c2—D回
路和负载R—L2—D
回路分别流过电流，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 ⑤、sepic斩波电路
sepic斩波电路的原理图如图4-16所示。
电路的基本工作原理是：
可控开关V处于通态时，
ui—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，ui—L1—c2—D—R回路及L2—D—R回路同时导电，此阶段ui和L1既向R供电，同时也向c2充电，c2贮存的能
量在V处于通态时向L2
转移。
输出电压为：
⑥、Zeta斩波电路
Zeta斩波电路的原理图如图4-17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ui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：
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 2、控制与驱动电路
控制电路以sg3525为核心构成，sg3525为美国silicongeneral公司生产的专用pwm控制
集成电路，其内部电路结构及各引脚功能如图4-18所示，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（:
直流斩波电路性能研究实验报告）性能指标可参阅相关的资料。
图4-18sg3525芯片的内部结构与所需的外部组件
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？
原理：
通过开关晶体管、场效应管或IgbT将直流信号或电源切成与信号同幅值的单极性或双极性的脉
冲波。
结构形式：
1降压斩波电路。
2升压斩波电路3升降压斩波电路4cuK斩波电路5sepIc斩波电路6ZeTA斩波电路。
主要元器件：
1IgbT2电容3直流电源4电感
（2）为什么在主电路工作时不能用示波器的双踪探头同时对两处波形进行观测？
因为共地问题，容易造成短路六、实验方法
1、控制与驱动电路的测试
（1）启动实验装置电源，开启DJK20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的第11脚与第14
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