XXX学院实验报告

学院： 姓名： 实验地点： 预习情况

正常

专业： 学号：

实验日期：

操作情况

正常

考勤情况

班级： 组别：

组员： 指导教师签名： 正常

数据处理情况

正常

成绩：

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 序号 1 2 3 4 5 6

型 号

DJK01 电源控制屏 DJK09单相调压与可调负载 DJK20 直流斩波电路 D42 三相可调电阻 慢扫描示波器 万用表

自备 自备 备 注

该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。

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。

图4-12

降压路电波斩的原理图及波形

②、升压路电波斩

(Boost Chopper) 升压路电波斩 (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处于通态源电，时 Ui 向电感 L1 充电，充 电电流基本恒定为I1,同时 容电C1 上的电，电供载负向压

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U i

和L 1 共同向电容 C1 充电，并向负载提供能量。V设处于断态的时间为toff ，则在此期间 感电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,输出电压高于源电电压，故称升为路电该压路电波斩

。 路的原理图及波形

③、升降压路电波斩

(Boost-Buck Chopper) 升降压路电波斩 (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处于通态源电，时 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。电供载

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。出输电压为：

4图-13 升压斩波电

(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

(b) 波形图

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—L 2—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<α<1/2 时为降压， 当1/2< α<1 时 为升压。

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， L 1 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<α<1/2 时为降压， 当1/2< α<1 时 为升压。

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，内部包含有精密基准

Ur 的大小，在 A 、B 两端可输出两个幅

PWM 信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。

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 度相等、频率相等、相位相差、占空比可调的矩形波（即 详细的工作原理与性能指标可参阅相关的资料。

图4-18 SG3525 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 6

ZETA 斩波电路 。主要元器件： 1 IGBT 2 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 脚的波形，观测输出 PWM 信号的变化情况，并填入下表。 Ur(V) 11(A) 占空 比(%)

11

14(B) 占空 比(%)

22.2

PWM 占 空比(%)

33.3

44.4

55.6

66.7

66.6

73

17

22.2

28

31

33.3

36.1

1.4 11

1.6 17

1.8 22.2

2.0 28

2.2 31

2.4 33.3

2.5 36.1

4 CUK 斩波电路 5 SEPIC 斩波电路