直流斩波电路的性能研究 电力电子技术课程实验报告

电力电子技术 科实验报告

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实验题目：直流斩波电路的性能研究

（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。

（仪器）

序号 型 号 1 DJK01 电源控制屏 2 3 4 5 6 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 DJK09 单相调压与可调负 载 DJK20 直流斩波电路 D42 三相可调电阻 示波器 万用表

（原理） （包括主要公式、电路图等）

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3-1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：

tontUoUionUiaUitontoffT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。

UGE+UiCE+L1UD-C1+UDtonTUitoff t t tVGDRUo-UO-(a)电路图 (b)波形图

图3-1 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3-2所示。电路也使用一个全控型器件V。由图3-2b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 tontoffTUoUiUi tofftoff

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。

UGEt

+UiI1L1GC-UDVDC1++RUo-UDtUOt

-E(a)电路图 (b)波形图

图3-2 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3-3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：

UotontaUionUiUitoffTton1a

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。

UGE+Ui-CEG-L1VUD+DC1-RUo+UDt

tUOt

(a)电路图 (b)波形图

图3-3 升降压斩波电路的原理图及波形

1、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。

Ur(V) 11(A)占空比(%) 14(B)占空比(%) PWM占空比(%)

降压斩波电路(Buck Chopper)

Ur(V) PWM占空比(%) Ui(V) 实测值Uo(V) 理论值Uo(V) 1.4 26 30 11.12 7.8 1.6 34 30 13.45 10.2 1.8 42.7 30 15.88 14.16 2.0 51 30 18.33 15.3 2.2 59.8 30 20.89 17.94 2.4 67 30 23.47 20.1 2.5 72.4 30 24.88 21.72

1.4 13 13 26 1.6 17 17.3 34 1.8 21.3 21.4 42.7 2.0 25.6 25.6 51 2.2 30.1 29.9 59.8 2.4 34.1 32.9 67 2.5 36.2 36 72.4

降压斩波电路3025201510500%10%20%30%40%50%60%70%80%PWM占空比(%)实测值Uo(V)理论值Uo(V)

升压斩波电路(Boost Chopper)

Ur(V) PWM占空比(%) Ui(V) 实测值Uo(V) 理论值Uo(V) 1.4 26 30 46.02 40.54 1.6 34 30 51.26 45.45 1.8 42.7 30 58.18 52.36 2.0 51 30 68.46 61.22 2.2 59.8 30 83.9 74.63 2.4 67 30 107.1 90.9 2.5 72.4 30 125.6 108.7

升压斩波电路1401201008060402000%10%20%30%40%50%60%70%80%PWM占空比(%)实测值Uo(V)理论值Uo(V)

升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)

Ur(V) PWM占空比(%) Ui(V) 实测值Uo(V) 理论值Uo(V) 1.4 26 30 14.63 10.54 1.6 34 30 19.75 15.45 1.8 42.7 30 26.91 22.36 2.0 51 30 37.5 31.22 2.2 59.8 30 51.2 44.63 2.4 67 30 75.06 60.9 2.5 72.4 30 91.52 78.70

升降压斩波电路1008060402000%10%20%30%40%50%60%70%80%PWM占空比(%)实测值Uo(V)理论值Uo(V)

2、讨论、分析实验中出现的各种现象。

1.升压不能升得很高，其原因是维系的时间太短，但实际上其峰值是可以升的很高的。 2.波形中的振动是由杂散电感和电容引起的，不是由电路中的C2引起的。

3.在Buck 电路、Buck-Boost 与 Zeta 电路中，因为怕接零点不同地而在测量过程中不 小心烧坏示波器，所以控制电压没有直接加在栅极和发射极之间，因为Buck电路其栅 极与发射极之间是一个二极管，其管压降只有0.7V左右所以对实验结果影响不大；但 是对于Buck-Boost与Zeta 电路来说，其栅极与发射极之间是一个大电感，其会导致 控制电压不能立即加到开关管上面，从而对实验结果有很大的影响。所以控制电压一定 要加在IGBT的栅极与发射极。

教师（签名）

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