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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。
