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1、实验三实验三 半桥型开关稳压电源的性能研究半桥型开关稳压电源的性能研究一、实验目的一、实验目的 (1)熟悉典型开关电源主电路的结构,元器件和工作原理。(2)了解 PWM 控制与驱动电路的原理和常用的集成电路。 (3)了解反馈控制对电源稳压性能的影响。 二、实验所需挂件及附件二、实验所需挂件及附件序号型 号备 注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK09 单相调压与可调负载3DJK19 半桥型开关稳压电源4双踪示波器自备5万用表自备三、原理说明三、原理说明 (1)半桥型开关直流稳压电源的电路结构原理和各元器件均已画在 DJK19 挂箱的面板 上,并有相应的输入与
2、输出接口和必要的测试点。 主电路的结构框图如 47 所示,原理线路如图 48 所示:图 47 线路结构框图图 48 线路原理图(2)逆变电路采用的电力电子器件为美国 IR 公司生产的全控型电力 MOSFET 管,其型 号为 IRFP450,主要参数为:额定电流 16A,额定耐压 500V,通态电阻 0.4。两只 MOSFET 管与两只电容 C1、C2 组成一个逆变桥,在两路 PWM 信号的控制下实现了逆变,将直流电压UNC40.1uF/400VVD1VD2VD3VD4C1 C2R3100 C40.1uF/400VR5 10KR4 100R6 10KVD5VD6TR1 2KR21K1234567
3、8910111213141516SG3525DCLoad+-DC 015VR1 10KR2 10KR3 2.8KC10.1C30.01RW1 10KR4 10KR9 10C20.1 R51K C4 100uF/50VR61KC610uF/50VC510uF/50VT2T1+15V R7100R8100V1-GV1-GV2-GV2-SC31000uF/50VG1G2470uF/250V*21N4007*4FR205*2V1S1V2S2L200uHUT2UfUfUrVC345S变换为脉宽可调的交流电压,并在桥臂两端输出开关频率约为 26KHz、占空比可调的矩形 脉冲电压。然后通过降压、整流、滤波后
4、获得可调的直流电源电压输出。该电源在开环时, 它的负载特性较差,只有加入反馈,构成闭环控制后,当外加电源电压或负载变化时,均 能自动控制 PWM 输出信号的占空比,以维持电源的输出直流电压在一定的范围内保持不变, 达到了稳压的效果。 (3)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 49 所示, 它采用恒频脉宽调制控制方案,其内部包含有精密基准源、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 Ur 的大小,在 A、B 两端可输出两个幅度相等、频率
5、 相等、相位相互错开 180 度、占空比可调的矩形波(即 PWM 信号) 。它适用于各开关电源、 斩波器的控制。详细的工作原理与性能指标可参阅相关的资料。图 4-9 SG3525 芯片的内部结构与所需的外部元件四、实验内容四、实验内容 (1)控制与驱动电路的测试 (2)主电路开环特性的测试 (3)主电路闭环特性测试 五、思考题五、思考题 (1)开关稳压电源的工作原理是什么?有哪些电路结构形式及主要元器件? (2)利用闭环控制达到稳压的原理是什么? (3)半桥型开关稳压电源与常用的由三端稳压块构成的稳压电源相比,有那些特点? (4)全桥型开关稳压电源的电路结构又该如何?与半桥型相比将有哪些特点?
6、 (5)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只管子栅源之间的波形 进行观测? 六、实验方法六、实验方法(1)控制与驱动电路的测试 开启 DJK19 控制电路电源开关; 将 SG3525 的第一脚与第九脚短接(接通开关 K) ,使系统处于开环状态,并将 10 脚 接地(将 10 脚与 12 脚相接); SG3525 各引出脚信号的观测:调节 PWM 脉宽调节电位器,用示波器观测各测试点信 号的变化规律,然后调定在一个较典型的位置上,记录各测试点的波形参数(包括波形类 型、幅度 A、频率 f 和脉宽 t),并填入下表。SG3525 引脚4 5 11(A) 14(B) 13 16 波
7、形类型幅值 A (V)频率 f (Hz)占空比(%)脉宽 t(ms)用双踪示波器的两个探头同时观测 11 脚和 14 脚的输出波形,调节 PWM 脉宽调节电 位器,观测两路输出的 PWM 信号,找出占空比随 Ur 的变化规律,并测量两路 PWM 信号之间 的“死区”时间 tdead= 。 用双踪示波器观测加到两只 MOSFET 管栅源之间的波形,记录之,并与 A、B 两端的 波形作比较;同时判断加到两 MOSFET 管栅源之间的控制信号极性(即变压器同名端的接法) 是否正确。 先断开 10 脚与 12 脚的连线, 然后用导线连接 16 脚与 10 脚,观测 A、B 两端的输出 信号的变化,该有
8、何结论? (2)主电路开环特性的测试 按面板上主电路的要求在逆变输出端装入 220V15W 的白炽灯,在直流输出两端接入 负载电阻,并将主电路接至实验装置 50Hz 某一相交流可调电压(0250V)的输出端。 逐渐将输入电压 Ui从 0 调到约 50V 左右,使白炽灯有一定的亮度。调节占空比,用 示波器的一个探头分别观测两只 MOSFET 管的栅源电压和直流输出电压的波形。用双踪示波 器的两个探头同时观测变压器副边及两个二极管两端的波形,改变脉宽,观察这些波形的 变化规律,并记录:Ur (V)1.01.31.51.72.02.32.63.03.2 占空比(%)UT2 (V)UO (V)将输入交
9、流电压 Ui调到 200V,用示波器的一个探头分别观测逆变桥的输出变压器副 边和直流输出的波形,记录波形参数及直流输出电压 U0中的纹波;Ur (V) 占空比(%)UT2 (V)UO (V) 纹波(V)在直流电压输出侧接入直流电压表和电流表。在 Ui=200 V 时,在一定的脉宽下,作电 源的负载特性测试,即调节可变电阻负载 R,测定直流电源输出端的伏安特性:Uo=f(I); 令 Ur= V (参考值为 2.2 V) R () 占空比(%)Uo (V)I (A)在一定的脉宽下,保持负载不变,使输入电压 Ui在 200V 左右调节,测量直流输出电压 Uo,测定电源电压变化对输出的影响。Ui(V)
10、100120140160180200220240250 占空比(%)Uo (V)I (A)上述各实验步骤完毕后,将输入电压 Ui调回零位。 (3)主电路闭环特性测试 准备工作: A、断开控制与驱动电路中的开关 K;B、将主电路的反馈信号 Uf接至控制电路的 Uf端,使系统处于闭环控制状态。 重复主电路开环特性测试的各实验步骤。 七、实验报告七、实验报告 (1)整理实验数据和记录的波形; (2)分析开环与闭环时负载变化对直流电源输出电压的影响; (3)分析开环与闭环时电源电压变化对直流电源输出电压的影响; (4)对半桥型开关稳压电源性能研究的总结与体会。 八、注意事项八、注意事项 双踪示波器有两个探头,可同时测量两路信号,但这两探头的地线都与示波器的外壳 相连,所以两个探头的地线不能同时接在同一电路不同电位的两个点上,否则这两点会通 过示波器外壳发生电气短路。当需要同时观察两个信号时,必须在被测电路上找到这两个 信号的公共点,将示波器两个探头的地线接于此处,两个探头的信号端接两个被测信号。