【正文】 測(cè)試點(diǎn)。主電路的結(jié)構(gòu)框圖如61所示，原理線路如圖62所示：圖61 線路結(jié)構(gòu)框圖圖62 線路原理圖(2)逆變電路采用的電力電子器件為美國(guó) IR 公司生產(chǎn)的全控型電力 MOSFET 管，其型號(hào)為IRFP450,主要參數(shù)為：額定電流 16A,額定耐壓 500V，通態(tài)電阻 。兩只 MOSFET 管與兩只電容 CC2 組成一個(gè)逆變橋，在兩路 PWM 信號(hào)的控制下實(shí)現(xiàn)了逆變，將直流電壓變換為脈寬可調(diào)的交流電壓，并在橋臂兩端輸出開關(guān)頻率約為26KHz、占空比可調(diào)的矩形脈沖電壓。然后通過降壓、整流、濾波后獲得可調(diào)的直流電源電壓輸出。該電源在開環(huán)時(shí)，它的負(fù)載特性較差，只有加入反饋，構(gòu)成閉環(huán)控制后，當(dāng)外加電源電壓或負(fù)載變化時(shí)，均能自動(dòng)控制 PWM 輸出信號(hào)的占空比，以維持電源的輸出直流電壓在一定的范圍內(nèi)保持不變，達(dá)到了穩(wěn)壓的效果。 (3)控制與驅(qū)動(dòng)電路：控制電路以 SG3525 為核心構(gòu)成，SG3525 為美國(guó) Silicon General 公司生產(chǎn)的專用 PWM 控制集成電路，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及各引腳功能如圖63所示，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，其內(nèi)部包含有精密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護(hù)電路等。調(diào)節(jié) Ur 的大小，在 A、B 兩端可輸出兩個(gè)幅度相等、頻率相等、相位相互錯(cuò)開 180度、占空比可調(diào)的矩形波（即 PWM 信號(hào)）。它適用于各開關(guān)電源、斬波器的控制。詳細(xì)的工作原理與性能指標(biāo)可參閱相關(guān)的資料。圖63 SG3525 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與所需的外部元件三、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型號(hào)備注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個(gè)模塊2DJK09單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載3DJK19半橋型開關(guān)電源4示波器TDS2105萬(wàn)用表MF47四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 (1)控制與驅(qū)動(dòng)電路的測(cè)試①開啟 DJK19 控制電路電源開關(guān)；②將 SG3525 的第一腳與第九腳短接（接通開關(guān) K）使系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，并將 10 腳接地(將10 腳與 12 腳相接)； ③SG3525 各引出腳信號(hào)的觀測(cè)：調(diào)節(jié) PWM 脈寬調(diào)節(jié)電位器，用示波器觀測(cè)各測(cè)試點(diǎn)信號(hào)的變化規(guī)律，然后調(diào)定在一個(gè)較典型的位置上，記錄各測(cè)試點(diǎn)的波形參數(shù)（包括波形類型、幅度 A、頻率 f 和脈寬 t）,并填入下表。SG3525 引腳4511(A)14(B)1316波形類型幅值 A (V)頻率 f (Hz)占空比(%)脈寬 t(ms)④用雙蹤示波器的兩個(gè)探頭同時(shí)觀測(cè) 11 腳和 14 腳的輸出波形，調(diào)節(jié) PWM 脈寬調(diào)節(jié)電位器，觀測(cè)兩路輸出的 PWM 信號(hào)，找出占空比隨 Ur 的變化規(guī)律，并測(cè)量?jī)陕?PWM 信號(hào)之間的“死區(qū)”時(shí)間 tdead=⑤用雙蹤示波器觀測(cè)加到兩只MOSFET管柵源之間的波形，記錄之，并與A、B 兩端的波形作比較；同時(shí)判斷加到兩MOSFET管柵源之間的控制信號(hào)極性（即變壓器同名端的接法）是否正確。⑦先斷開10腳與12腳的連線, 然后用導(dǎo)線連接16腳與10腳，觀測(cè)A、B兩端的輸出信號(hào)的變化，該有何結(jié)論？(2)主電路開環(huán)特性的測(cè)試①按面板上主電路的要求在逆變輸出端裝入 220V15W 的白熾燈，在直流輸出兩端接入負(fù)載電阻，并將主電路接至實(shí)驗(yàn)裝置 50Hz 某一相交流可調(diào)電壓（0－250V）的輸出端。 ②逐漸將輸入電壓Ui 從0調(diào)到約50V左右，使白熾燈有一定的亮度。調(diào)節(jié)占空比，用示波器的一個(gè)探頭分別觀測(cè)兩只MOSFET管的柵源電壓和直流輸出電壓的波形。用雙蹤示波器的兩個(gè)探頭同時(shí)觀測(cè)變壓器副邊及兩個(gè)二極管兩端的波形，改變脈寬，觀察這些波形的變化規(guī)律，并記錄：Ur (V)占空比(%)UT2 (V)UO (V)③將輸入交流電壓Ui 調(diào)到200V，用示波器的一個(gè)探頭分別觀測(cè)逆變橋的輸出變壓器副邊和直流輸出的波形，記錄波形參數(shù)及直流輸出電壓U0 中的紋波；Ur (V)占空比(%)UT2 (V)UO (V)紋波(V)④在直流電壓輸出側(cè)接入直流電壓表和電流表。在Ui=200 V 時(shí),在一定的脈寬下,作電源的負(fù)載特性測(cè)試，即調(diào)節(jié)可變電阻負(fù)載 R，測(cè)定直流電源輸出端的伏安特性：Uo=f(I)； V(參考值為 V)令 Ur=R (Ω)占空比(%)Uo (V)IO (A)⑤在一定的脈寬下，保持負(fù)載不變，使輸入電壓Ui 在200V左右調(diào)節(jié)，測(cè)量直流輸出電壓Uo測(cè)定電源電壓變化對(duì)輸出的影響。Ui(V)100120140160180200220240250占空比(%)Uo (V)IO (A)⑥上述各實(shí)驗(yàn)步驟完畢后，將輸入電壓 Ui 調(diào)回零位。(3)主電路閉環(huán)特性測(cè)試①準(zhǔn)備工作：A、斷開控制與驅(qū)動(dòng)電路中的開關(guān) K；B、將主電路的反饋信號(hào) Uf 接至控制電路的 Uf 端，使系統(tǒng)處于閉環(huán)控制狀態(tài)。②重復(fù)主電路開環(huán)特性測(cè)試的各實(shí)驗(yàn)步驟。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 (1)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和記錄的波形；(2)分析開環(huán)與閉環(huán)時(shí)負(fù)載變化對(duì)直流電源輸出電壓的影響；(3)分析開環(huán)與閉環(huán)時(shí)電源電壓變化對(duì)直流電源輸出電壓的影響；(4)對(duì)半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源性能研究的總結(jié)與體會(huì)。六、注意事項(xiàng) 雙蹤示波器有兩個(gè)探頭，可同時(shí)測(cè)量?jī)陕沸盘?hào)，但這兩探頭的地線都與示波器的外殼相連，所以兩個(gè)探頭的地線不能同時(shí)接在同一電路不同電位的兩個(gè)點(diǎn)上，否則這兩點(diǎn)會(huì)通過示波器外殼發(fā)生電氣短路。當(dāng)需要同時(shí)觀察兩個(gè)信號(hào)時(shí)，必須在被測(cè)電路上找到這兩個(gè)信號(hào)的公共點(diǎn)，將示波器兩個(gè)探頭的地線接于此處，兩個(gè)探頭的信號(hào)端接兩個(gè)被測(cè)信號(hào)。七、思考題(1)開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理是什么？有哪些電路結(jié)構(gòu)形式及主要元器件？(2)利用閉環(huán)控制達(dá)到穩(wěn)壓的原理是什么？(3)半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源與常用的由三端穩(wěn)壓塊構(gòu)成的穩(wěn)壓電源相比，有那些特點(diǎn)？(4)全橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)又該如何？與半橋型相比將有哪些特點(diǎn)？(5)為什么在主電路工作時(shí)，不能用示波器的雙蹤探頭同時(shí)對(duì)兩只管子?xùn)旁粗g的波形進(jìn)行觀測(cè)？實(shí)驗(yàn)七 反激式電流控制開關(guān)穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解單管反激式開關(guān)電源的主電路結(jié)構(gòu)、工作原理(2)測(cè)試工作波形，了解電流控制原理二、實(shí)驗(yàn)原理單管反激式開關(guān)電源原理電路如圖71所示圖 71 單管反激式開關(guān)電源原理圖交流輸入經(jīng)二極管整流后的直流電壓Udc經(jīng)變壓器初級(jí)繞加到功率三極管Q1之C極，同時(shí)經(jīng)電阻RR10加到Q1之b極使Q1開通。Udc電壓加到變壓器初級(jí)使磁通逐漸上升，初級(jí)電流也線性增大，變壓器反饋繞組3－4上的感應(yīng)電勢(shì)的極性使Q1的be之間正向偏置增大，使Q1完全飽和導(dǎo)通，這是一個(gè)正反饋?zhàn)约み^程。Q1飽和導(dǎo)通之后變壓器初級(jí)承受Udc電壓，變壓器磁路中的磁通Φ正比于Udc*t中的伏秒積分，t是Q1開通的時(shí)間長(zhǎng)度。在變壓器磁通達(dá)到飽和值之前，Φ是線性增長(zhǎng)，Q1中的電流是線性增長(zhǎng)。為了保證Q1中的電流不超過其元件最大值，因此必須將此電流在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行切斷，這個(gè)電流峰值的控制由三極管Q2實(shí)現(xiàn)。當(dāng)R7中的電流大到一定允許值Q2導(dǎo)通，強(qiáng)迫將Q1之b極變?yōu)榱汶娖?，使Q1關(guān)斷，而Q2的通斷受三極管Q4的通斷來控制；而Q4的通斷由三極管Q3和4N35中的三極管的導(dǎo)通情況來決定。Q3的通斷由來自電流反饋采樣電阻 R7上的電壓來控制。當(dāng)R7上的電流大到一定值，使Q3的be極正偏加大，使Q3導(dǎo)通。本線路對(duì)5V直流輸出電壓有自動(dòng)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)功能，當(dāng)負(fù)載減小5V輸出電壓增大時(shí)，輸出電壓的采樣電阻分壓后加到TL431的R端的電壓增大。由TL431的作用原理可知其C端電壓會(huì)自動(dòng)下降，結(jié)果造成4N35的二極管中電流增大，從而使4N35的三極管的等效內(nèi)阻減小，結(jié)果使Q4提前導(dǎo)通最終使Q1提前關(guān)斷，即負(fù)載減小時(shí)Q1的開通/關(guān)斷占空比減小，這從Q1e 極的波形可以明顯看到。當(dāng)輸入交流電壓減小，Udc下降時(shí)，Q1導(dǎo)通后變壓器中的磁通上升速率減小，結(jié)果Q1的開斷周期延長(zhǎng)。開關(guān)頻率下降，例如從180V AC輸入時(shí)的62KHz下降到100V AC輸入時(shí)的 。當(dāng)Q1中的電流被切斷之后，變壓器電感貯能釋放，磁通下降，變壓器副邊繞組的感應(yīng)電勢(shì)經(jīng)整流濾波后輸出。這就是一般反激式（Fly back）的原理。TL431的原理框圖如下： 圖72 TL431的原理圖C3R5D1R8為緩沖電路，減小Q1關(guān)斷時(shí) Q1管ce極的電壓。三、實(shí)驗(yàn)所需掛件序號(hào)型 號(hào)備 注1DJK01 電源控制屏控制屏包含“三相電源輸出”“勵(lì)磁電源”等幾個(gè)模塊。2DJK02 晶閘管主電路該掛件包含“晶閘管”，以及“電感”等幾個(gè)模塊。3DJK031 晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“單結(jié)晶體管觸發(fā)電路”模塊。4DJK06 給定及實(shí)驗(yàn)器件該掛件包含“二極管”以及“開關(guān)”等幾個(gè)模塊。5D42三相可調(diào)電阻6雙蹤示波器TDS2107萬(wàn)用表MF47四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟(1)系統(tǒng)接線：①將DJK09的交流調(diào)壓輸出接至DJK23的交流輸入端。②將DJK09上的兩個(gè)電阻并接成可調(diào)負(fù)載電阻。(2)波形觀察①接入DJK09單相自藕調(diào)壓器的220V交流電源，并開啟DJK01控制屏的電源開關(guān)。②調(diào)節(jié)DJK09的交流輸出為180V，并調(diào)節(jié) DJK09 上的負(fù)載電阻，使DJK23上5V直流輸出的電流為2A。③用示波器觀測(cè)電路相應(yīng)各點(diǎn)的波形。Q1的e極（即電流采樣電阻R7兩端）的波形三極管Q1的b級(jí)波形變壓器反饋繞組3－4端的電壓波形三極管Q2的b級(jí)波形三極管Q3的b級(jí)波形三極管Q3的C級(jí)波形開關(guān)頻率與占空比的測(cè)定并記錄數(shù)據(jù)④改變交流輸入電壓為100V，負(fù)載不變，重復(fù)步驟③。⑤，交流輸入為180V，重復(fù)步驟③。(3)開關(guān)電源穩(wěn)壓特性的測(cè)試①保持負(fù)載不變（5V、2A；177。12V，），改變DJK23的交流輸入電壓，從70V~250V，測(cè)定5V和12V直流輸出電壓的變化及紋波系數(shù)。②保持DJK23交流輸入電壓不變，改變負(fù)載從(5V,~；177。12V，~)，測(cè)定5V和12V直流輸出電壓的變化及紋波系數(shù)。五、注意事項(xiàng)(1)交流輸入電壓必須大于60V，小于250V。(2)用示波器觀察電路波形時(shí)，必須要注意共地問題。(3)＋5V的最大負(fù)載電流為5A，177。12V的最大負(fù)載電流為1A。六、思考題(1) 什么叫反激式開關(guān)電源，它與正激式有何區(qū)別？(2)什么叫自激式與他激式開關(guān)電源？(3)變壓器的磁路在制作時(shí)為什么必須留有氣隙？(4)開關(guān)管的選擇原則是什么？實(shí)驗(yàn)八 直流斬波電路的性能研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉直流斬波電路的工作原理。(2)熟悉各種直流斬波電路的組成及其工作特點(diǎn)。(3)了解 PWM 控制與驅(qū)動(dòng)電路的原理及其常用的集成芯片。二、實(shí)驗(yàn)原理 主電路 (1)降壓斬波電路(Buck Chopper) 降壓斬波電路(Buck Chopper)的原理圖及工作波形如圖54所示。圖中V為全控型器件，選用 IGBT。D 為續(xù)流二極管。由圖 81b 中 V 的柵極電壓波形 UGE 可知，當(dāng) V 處于通態(tài)時(shí)，電源Ui 向負(fù)載供電，UD=Ui。當(dāng) V 處于斷態(tài)時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)二極管 D 續(xù)流，電壓 UD 近似為零，至一個(gè)周期 T 結(jié)束，再驅(qū)動(dòng) V 導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。負(fù)載電壓的平均值為：式中 ton 為 V 處于通態(tài)的時(shí)間，toff 為 V 處于斷態(tài)的時(shí)間，T 為開關(guān)周期，α為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)稱占空比或?qū)ū?α=ton/T)。由此可知，輸出到負(fù)載的電壓平均值 UO 最大為 Ui，若減小占空比α，則 UO 隨之減小，由于輸出電壓低于輸入電壓，故稱該電路為降壓斬波電路。 (a) 電路圖 (b) 波形圖圖81 降壓斬波電路的原理圖及波形 (2)升壓斬波電路(Boost Chopper) 升壓斬波電路(Boost Chopper)的原理圖及工作波形如圖82所示。電路也使用一個(gè)全控型器件 V。由圖82b 中 V 的柵極電壓波形 UGE 可知，當(dāng) V 處于通態(tài)時(shí)，電源 Ui 向電感 L1 充電，充電電流基本恒定為 I1,同時(shí)電容 C1 上的電壓向負(fù)載供電，因 C1 值很大，基本保持輸出電壓 UO 為恒值。設(shè) V 處于通態(tài)的時(shí)間為 ton，此階段電感 L1 上積蓄的能量為 UiI1ton。當(dāng) V 處于斷態(tài)時(shí) Ui和 L1 共同向電容 C1 充電，并向負(fù)載提供能量。設(shè) V 處于斷態(tài)的時(shí)間為 toff，則在此期間電感 L1釋放的能量為(UOUi) I1ton。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 T 內(nèi)電感 L1 積蓄的能量與釋放的能量相等，即： UiI1ton=(UOUi) I1toff上式中的 T/toff≥1,