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1、电气学科大类 2009级信号与控制综合实验课程实验报告(基本实验四:电力电子学基本实验)姓名 学号 姓名 学号 姓名 学号专业班号 指导教师邓春花日期 实验成绩评阅人实验评分表基本实验实验编号名称/内容实验分值评分实验二十八PWM信号的生成和PWM控制的实现实验二十九 DC/DC PWM升压、降压变换电路性能研究实验三十三相桥式相控整流电路性能研究实验三十一DC/AC单相桥式SPWM逆变电路性能研究设计性实验实验名称/内容实验分值评分创新性实验实验名称/内容实验分值评分教师评价意见总分目录实验二十八 PWM信号的生成和PWM控制的实现41、 实验目的2、 实验原理3、 实验设备4、 实验内容5
2、、 实验结果6、 思考题实验二十九 DC/DCPWM升压、降压变换电路性能研究151、 实验目的2、 实验原理3、 实验设备4、 实验内容5、 实验结果6、 实验结果分析7、 思考题实验三十三相桥式相控整流电路性能研究231、 实验目的2、 实验原理3、 实验设备4、 实验内容与数据记录5、 实验波形记录与分析6、 实验总结7、 思考题实验三十一DC/AC单相桥式SPWM逆变电路性能研究291、 实验目的2、 实验原理3、 实验设备4、 实验步骤与数据记录5、 实验波形记录与分析6、 思考题实验心得40参考文献 40实验二十八 PWM 信号的生成和PWM 控制的实现一、实验目的1掌握PWM控制
3、芯片的工作原理和外围电路设计方法。2掌握控制电路调试方法。3了解其它PWM控制芯片的原理及设计原则。二、实验原理1.PWM控制PWM 控制的原理可以简单通过图1理解。图中，V1 为变换器输出的反馈电压，与一个幅值为Vtri的三角波信号进行比较，比较电路产生的输出电压为固定幅值、宽度随反馈电压的增大而减小的 PWM 脉冲方波，如图1中阴影部分所示：图1-1 PWM控制原理2.PWM芯片TL494本实验主要是利用TL494来实现具有PWM控制功能的控制电路，并通过实验探究PWM控制电路的性能。1 TL494工作原理TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外
4、部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下：输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小，如图1-2所示：图1-2 TL494的工作时序图2 TL494脉冲控制 控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在03.3V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。 脉冲宽度调制比
5、较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个通道，误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路。当比较器CT放电，一个正脉冲出现在死区比较器的输出端，受脉冲约束的双稳触发器进行计时，同时停止输出管Q1和Q2的工作。若输出控制端连接到参考电压源，那么调制脉冲交替输出至两个输出晶体管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且最大占空比小于50%时，输出驱动信号分别从晶体管Q1或Q2取得。输出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下，当需要更高的驱动电流输出，亦可将Q1和Q2并联使用，这时，
6、需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。这种状态下，输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。TL494内部电路方框图，如图1-3所示：图1-3 TL494内部电路图三、实验设备1PWM 控制芯片 TL494 等，以及有关的外围电路元件；控制电源2面包板或通用版，或具有 PWM 芯片及外围电路的实验板3示波器四、实验内容利用TL494设计一个具有PWM控制功能的控制电路，并拟定实现PWM控制的基本功能，通过调试验证设计的正确性。1、将实验板上的JP1的2、3两口相连,选择信号频率为20kHz；将JP2的1,2口相连，选择死区时间；将JP3的1,2口相连，选择单路输出。2、将芯片与正负电源和地连接。3、
7、按开机键。4、观察软启动。观察TP3的电平变化，以及Vg1输出信号的占空比变化。5、改变占空比。V1接+5V，调节RP1，观察Vg1的占空比。6、改变死区时间。将JP2改为连接3、4和5、6，观察死区时间。7、观察限流控制。缓慢增加I2（电压信号），观察Vg1的输出脉宽。8、保护封锁脉冲。I1为0，增加I2至HL2灯亮，记录此时的电压，并观察Vg1的输出变化。I2为0，增加I1至HL2灯亮，记录此时的电压，并观察Vg1的输出变化。9、双路输出。接通JP4的1,2两脚。同时观察Vg1和Vg2的输出信号波形。五、实验结果1、TP4端口TL494芯片输出的标准锯齿波，Ts=100us图1-4 JP1
8、置于23端时输出锯齿波波形2、软启动通过TP3的电平变化，来观察Vg1波形脉宽变化图1-5 软启动过程中V4信号波形（1） TP3=1.98V D=0.35时Vg1波形图1-6 D=0.35时Vg1波形图（2） TP3=0.71V D=0.55时Vg1波形图1-7 D=0.55时Vg1波形图（3） TP3=0.42V D=0.7时Vg1波形图1-8 D=0.7时Vg1波形图Vg1为低电平时，开关管导通，此时为Ton；Vg1为高电平时，开关管截止，此时为Toff。由图可得，当TP3电压减小时，占空比增大，进而实现软启动。3、改变占空比待输出稳定后，V1接入+5V，通过调节Rp1，改变TL494的
9、1脚(TP1)输入电压Vf的大小，此时，测得TL494的反相输入端（2脚）电压值为2.6V，输出波形的周期约为85us(1) TP1=2.64V Ton=0.2us D=0.002 Vg1波形图图1-9 D=0.002时Vg1波形图（2）TP1=2.61V Ton=60us D=0.6 Vg1波形图图1-10 D=0.6时Vg1波形图（3） TP1=2.56V Ton=70us D=0.7 Vg1波形图图1-11 D=0.7时Vg1波形图（4） TP1=2.50V Ton=70us D=0.7 Vg1波形图图1-12 D=0.7时Vg1波形图由上图可得，TP1电压越小，导通时间越长，占空比越大
10、，TP1的有效变化范围是2.642.56V。4、改变死区时间将V1悬空（此时Vg1导通时间最长），改变JP2连接（1） 连接JP2的3、4引脚，TP3=0.985V，死区时间Td=20us图1-13 JP2选3、4时Vg1波形图（2） 连接JP2的5、6引脚，TP3=1.252V，死区时间Td=5us图1-14 JP2选5、6时Vg1的波形图由以上实验结果可得，TL494引脚4的参考电压REF越大，死区时间越长。5、电流限制与脉冲封锁I2加电压，当I2=3.85V时，HL2灯亮，出现封锁现象。I1加电压，当I1=11V时，HL2灯亮，出现封锁现象。下面在I1端施加电压来观察脉冲封锁现象。（1）
11、Vn=10.3V, Vg1输出波形图1-15 未过流时Vg1波形图（1） Vn=13.04V，Vg1输出波形图1-16 过流时Vg1波形图6、双路输出断开JP3，接通JP4的1、2两脚。观察Vg1,Vg2输出波形图1-17 双路输出时Vg1、Vg2波形图六、思考题1、如何验证你设计的PWM控制电路具有稳压控制功能？答：调节反馈电压大小，观察Vg1输出随TP1电压变化和占空比的变化。2、如何验证你设计的PWM控制电路所具有的保护功能？答：验证实验班具有过流保护功能：I1、I2分别加电压，板子开机逐渐升高达到一定的值后，灯亮，输出信号被封锁，记录此时的电压值。3、以你自己的调查或观察，举例说明软启
12、动的作用。答：软启动可以限制启动电流，从而达到保护实验板不被烧毁的作用。4、说明限流运行时的PWM控制方式的变化。答：此时应将输出电流作为反馈比较对象。即将原来PWM控制方式的稳压运行方式转换为限制电流的不稳压方式，即不再进行增大脉宽的稳压PWM控制，转换为电流增大而脉冲宽度减小的限流控制。控制对象由原来的输出电压变为现在的输出电流。实验二十九 DC/DCPWM升压、降压变换电路性能研究一、 实验目的1. 验证、研究 DC/DC PWM 升、降压变换电路的工作原理和特性2. 在实验二十八的基础上，进一步掌握 PWM 集成电路芯片的应用、设计原则3. 了解电压/电流传感器的选用原则4. 建立驱动
13、电路的概念和要求5. 掌握反馈环节与滤波电路的概念与设计原则二、实验原理在分压电路中，如果采用半导体功率开关器件取代串联电阻或线性工作的晶体管，使带有滤波器（L 或/和 C）的负载线路与直流供电电源周期性地接通、断开，则负载上也得到了另一个数值的直流电压，把输入的直流电源电压通过开关器件斩成周期性通断的方波，因而也称为“斩波电路”，这就是 DC-DC 降压变换的基本手段。降压电路也称为buck电路。buck线路（降压线路）的原理图如图1 所示，降压线路的基本特征为：输出电压低于输入电压，输出电流为连续的，输入电流是脉动的。图2-1 buck线路原理图1. 正常工作模式下：1 0tDTS，开关管导通时,输出电感储能，流过电感的电流线性增加，同事给负载提供能量,Ldidt=VS-VL；2 DTStTS，开关管关断，输出电感通过二极管D进行续流，流过电感的电流线性减小，Ldidt=Vo；依据电感伏秒平衡原理可得：(VS-VL)DTS=V(1-D)TS,则有：D=VoVS故占空比D越大，负载上得到的电压Vo也越高。2. 电感电流断流模式下：当开关转换线路工作于CCM/DCM边界，对于buck线路而言，即流过电感的电流纹波与输出电流相等即：VO(1-D)TS2L=VoR因此，当1-D2LfsR时，buck变换器工作在DCM模式； 当1-D=2LfsR时，
