文档介绍：实验四直流斩波电路的性能研究
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,重点掌握降压斩波电路(Buck Chopper)和升压斩波电路(Boost Chopper)。
(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
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(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:
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。
(a)电路图(b)波形图
图4-12 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(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
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。
(a)电路图(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:
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。
(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
⑤、Sepic斩波电路
⑥、Zeta斩波电路