降压斩波电路实验报告

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(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 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： U o

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。

ton t U i on U ??aU i ton ? t off T i Ui C E G UG E

t Ttoff t +L1 C1 + Uo - UD UO Ui V UD - t t -

(b)波形图

图 4-12 降压斩波电路的原理图及波形 (Boost Chopper)

(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 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 U o U i ??t U i

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 E C -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-Buck Chopper)

升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)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 U o ton toff U i U i aU i T ??ton 1??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 E G V UGE t - UD L1 D + C1

- R Uo 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 U o ?? ton t

Ui on U i aU itoff T ??ton 1 ??a 若改变导通比α 0 降压，当 1/2 + L1 Ui C G

E - C 2 V D L2 C1 R Uo + -

⑤、Sepic 斩波电路

图 4-15 Cuk 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： U o ?? ton toff

Ui U i aU i T ??ton 1 ??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 C G E L2 C+ V Uo - -

图 4-16 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 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 E G Ui V C+ L2 D C1 L1 RUo -

图 4-17 Zeta 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 Silicon General 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 4-18 SG3525 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(本文来自：wwW.xIAocAofaNwEn.com 小 草范 文 网:降压斩波电路实验报告)实验数据： 109

篇二：实验二 直流斩波电路的性能研究

北京信息科技大学 电力电子技术实验报告 实验项目：直流斩波电路的性能研究 学 院：自动化专 业：自动化（信息与控制系统）姓名/学号： 贾鑫玉/XX010541 班 级 ：自控1205班指导老师： 白雪峰学 期： XX-XX学年第一学期

实验二 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．NMCL-16组件。 3．NMEL-03电阻箱 (900Ω/0.41A)。 4．万用表。 5．双踪示波器 6．直流安培表。 四．实验方法

1．SG3525的调试。 原理框图见图2—6。 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“ON”，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。

图2—6 PWM波形发生 Dmax= 1 Dmin=

2．实验接线图见图2—7。

（1）切断NMCL-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NMEL-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： C 2

(a)主电源

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 10

(b)降压斩波电路 6 7 8

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NMEL-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

(c)升压斩波电路图2-7 直流斩波电路

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。 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

脉宽调制（PWM）基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产

生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。 2、SG3525的调试。

（1）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”端输出电压波形为锯齿波 频率为2.39KHz 幅值为2.52V

（2）扭子开关S2扳向“ON”，用导线分别连接“5”、“6”、“9”，用示波器观察“5”端波形，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。 ①最小占空比D=7.9%

频率为29.50KHZ 幅值为15.0V

②最大占空比D=76.3% 频率为30.85KHz 幅值为143V2、降压斩波电路的波形观察及电压测试。

（1）占空比D=30%时，降压后电压电流波形如图所示 Ui=14.0V Uo=1.61V

电感电容主要低通滤波。L储能保持负载电流的连续，C稳定输出电压Uo 。二极管提供续流通道。

假定滤波电容足够大，则输出电压保持不变，为Uo （2）占空比D=60%降压后电压电流波形如图①所示 Ui=13.9V Uo=1.60V

改变负载R的值，降压后电压电流波形如图②所示。 篇三：直流斩波电路的MATLAB仿真实验 直流斩波电路的MATLAB仿真实验 降压式直流斩波电路 一、实验内容 降压斩波原理： U0?I0? tonEt ?onE??E ton?toffT U0?EM R

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；?为导通占空比，简称占空比火导通比。 根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路有三种控制方式： （1）保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton不变，称为PWM。 （2）保持开关导通时间ton

不变，改变开关周期T，称为频率调制或调频型。 （3）ton和T都可调，使占空比改变，称为混合型。 EM i

图1 降压斩波电路原理图 2

二、实验原理

(1)t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升

(2)t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大 三、实验过程 1、仿真电路图

图2 降压斩波的MATLAB电路的模型

2、仿真模型使用模板的参数设置 IGBT参数的设置如图 图3

Diode参数的设置如图 图4

脉冲信号发生器Pulse Generator的设置如图 图3

示波器的设置如图

直流电源E为200V,电感L为2mH，电容C为10μs，电阻R为5Ω 四、仿真结果 图3

?=0.2时的仿真结果 图4

?=0.4时的仿真结果 图5

?=0.6时的仿真结果 仿真结果分析 由公式Uo? tont

E?onE??E可得： ton?toffT

当??0.2时，UO=44V ?=0.4时，UO=88V。 ?=0.6时，UO=132V。