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1、开关电源技术开关电源技术实验指导书信息工程学院 电气及自动化教研室2009.04.181实验一 电流控制型脉宽调制开关稳压电源研究一实验目的1掌握电流控制型脉宽调制开关电源的工作原理，特点与构成。2熟悉电流控制型脉宽调制芯片UC3842的工作原理与使用方法。3掌握开关电源的调试方法与参数测试方法。二实验内容1利用芯片UC3842，连接实验线路，构成一个实用的开关稳压电源电路。2芯片UC3842的波形与性能测试（1）开启与关闭阀值电压。（2）锯齿波，包括周期、占空比、幅值等，并与理论值相比较。（3）不同负载以及不同交流输入电压时的输出PWM波形，并与正确波形相对比。（4）反馈电压端（即UC384
2、22号脚）与电源端（即7号脚）波形。（5）输出PWM脉冲封锁方法测试。3开关电源波形测试（1）GTR集电极电流与集-射极电压波形。（2）变压器原边绕组两端波形。（3）输出电压VO波形。4开关电源性能测试（1）电压调整率（抗电压波动能力）测试。（2）负载调整率（抗负载波动能力）测试。（3）缓冲电路性能测试。三实验系统组成及工作原理电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域。其中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高，体积小和重量轻等突出优点，获得了广泛的应用。开关电源的控制电路可分为电压控制型和电流控制型。前者是一个单闭环电压控制系统，后者是一个电压、电流双闭环控制系统，电流控制型较电压控制型有不可
3、比拟的优点。具体实验原理可参见附录。具体线路见图54。四实验设备和仪器1MCL-08直流斩波及开关电源实验挂箱2双踪示波器3万用表五实验方法1认真阅读实验指导书，掌握开关电源的工作原理。2开启阀值电压测试将“10”与“11”、“6”与“9”、“12”与“13”、“14”与“15”相连。10116912131415电位器RP1和RP3都左旋到底。合上电源后，用示波器观察“7”与“16”（锯齿波）及“10”与“16”（UC3842电源电压）波形，将RP2顺时针慢慢旋转，直到锯齿波刚产生为止，用万用表测出“10”与“16”之间电压，该电压即为开启阀值电压UT。UT=3芯片UC3842的波形与性能测试
4、（1）测试7端锯齿波的周期T，幅值Vp-p与占空比D。T（ms）Vp-p（V）D（2）不同直流输入电压时的输出PWM波形。开关电源工作后，用万用表测“1”与“16”端间电压，该电压即为直流输入电压Vd，用示波器观察“12”与“16”及“7”与“16”之间波形，然后将RP1顺时针慢慢旋转，边旋转边观察，并记录输出PWM波形的变化情况，一直观察到Vd约减小20%时止，同时测量Vd变化前后的“8”与“16”及“10”与“16”间电压值。测试结束后，将RP1左旋到底。Vd变化前Vd变化后VdVdV8.16V8.16V10.16V10.16（3）不同负载变化时的输出PWM波形RP3左旋到底，观察波形同上
5、。RP3顺时针慢慢旋转，边旋转边观察，并记录输出PWM波形的变化情况，一直观察到该电位器顺时针旋转到底为止，这时候负载增大了约25%，同时测量负载变化前后的“8”与“16”及“10”与“16”之间电压值。负载变化前负载变化后V8.16V8.16V10.16V10.16(4)不同直流输入电压时的反馈电压端（8端）与电源端（10端）波形减小直流输入电压Vd，同时观察并记录8与16及10与16间波形，直到Vd约减小20%时止，测试结束后，将RP1左旋到底。(5)输出PWM脉冲封锁方法测试a.改变3脚电压封锁输出脉冲，将“14”与“15”断开，“5”与“14”相连，电位器RP4左旋到底，用示波器观察“
6、7”端锯齿波。将RP4顺时针慢慢旋转，直到锯齿波完全消失时止，测出“5”与“16”间电压，该电压即为3脚的输出脉冲封锁电压。U3=b改变1脚电平封锁输出脉冲“5”与“14”、“6”与“9”断开，“14”与“15”、“5”与“9”相连，RP4右旋到底。观察波形同上，将RP4逆时针慢慢旋转，直到锯齿波完全消失时止，测出“5”与“16”间电压，该电压即为1脚的输出脉冲封锁电压。U1=4开关电源波形测试将“5”与“9”断开，“6”与“9”相连（1）用示波器观察“15”与“16”及“2”与“16”间波形。（2）用示波器观察“1”与“2”间波形。（3）用示波器观察输出电压VO波形。5开关电源性能测试（1）
7、电压调整率（抗电压波动能力）测试调节RP1使Vd减小20%，用万用表测量Vd改变前后的输出电压VO1和VO2，则电压调整率为。VO1（V）VO2（V）电压调整率（2）负载调整率（抗负载波动能力）测试将RP3左旋到底，用万用表测量输出电压（设为VO1），再将RP3右旋到底（负载增加约25%），测量输出电压（设为VO2），则负载调整率为。VO1（V）VO2（V）负载调整率（3）缓冲电路性能测试在开关S1合上（C1+C7=0.101F）与断开（C1=1000P）条件下，观察“2”与“16”间波形变化。六实验报告1列出开启阀值电压值以及3脚与1脚的脉冲封锁电压值。2画出UC3842的4脚的锯齿波，并注
8、明周期、幅值，占空比等。3画出所测的各点波形。4根据实际测量值，计算出电压调整率与负载调整率，并就这两个指标对实验系统这种类型的开关电源所适用的场合作出评价。5试分析直流输入电压Vd与负载变化时，开关电源的稳压调节过程。6你对实验中一些感兴趣现象的分析。7实验收获、体会和意见。七思考题1缓冲电路中的电阻R=2.2k,您能否根据不同缓冲电容所观察的GTR集-射极波形,分析如何合理地选用缓冲电阻与电容值。2有人为了简化电路，不用反馈绕组，而是将电容C6增大，这时候系统能否稳定工作，为什么？实验二 直流斩波电路（BuckBoost变换器）研究一实验目的1掌握BuckBoost变换器的工作原理、特点与
9、电路组成。2熟悉BuckBoost变换器连续与不连续工作模式的工作波形图。3掌握BuckBoost变换器的调试方法。二实验内容1连接实验线路，构成一个实用的BuckBoost变换器。2调节占空比，测出电感电流iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D，并与理论值相比较。3将电感L增大一倍，测出iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D，并与理论值相比较。4测出连续与不连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形。5测出直流电压增益M=VO/VS与占空比D的函数关系。6测试输入、输出滤波环节分别对输入电流iS与输出电流iO影响。三实验线路见图55。四实验设备和仪器1MCL-08
10、直流斩波及开关电源实验挂箱2万用表3双踪示波器五实验方法1检查PWM信号发生器与驱动电路工作是否正常连接有关线路，观察信号发生器输出与驱动电路的输出波形是否正常，如有异常现象，则先设法排除故障。2电感L=1.6mH，电感电流iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D测试将“16”与“18”、“21”与“4”、“22”与“5”、“19”与“6”、“1”与“4”、“9”与“12”相连，即按照以下表格连线。 16 1821422519614912合上开关S1与S2、S3、S4，用示波器观察“7”与“13”（即iL）之间波形，然后调节RP1使iL处于连续与不连续的临界状态，记录这时候的占空比D与工作周期
11、T。3L=1.6mH，测出处于连续与不连续临界工作状态时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形调节RP1，使iL处于连续与不连续临界工作状态，用示波器测出GTR基-射极电压Vbe与集-射极电压Vce；二极管VD阴极与阳极之间电压VD；电感L3两端电压VL；电感电流iL；三极管集电极电流iC以及二极管电流iD等波形。4L=1.6mH,测出连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形调节RP1，使iL处于连续工作状态，用双踪示波器观察上述波形。5L=1.6mH,测出不连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形调节RP1，使iL处于不连续工作状态，用双踪示波
12、器观察上述波形。6L=1.6mH，iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D测试将开关S2断开，观察iL波形，调节RP1，使iL处于连续与不连续的临界状态，记录这时候的占空比D与工作周期T。7L=3.2mH，测出连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形调节RP1，使iL处于连续工作状态，测试方法同前。8L=3.2mH，测出不连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形9测出M=VO/VS与占空比D的函数关系（1）L=1.6mH，占空比D 从最小到最大范围内，测试56个D数据，以及与此对应的输出电压VO。DVo（V）（2）L=3.2mH，测试方法同上。DVo（V
13、）9输入滤波器功能测试有与没有输入滤波器时，电源电流（即1514两端）波形测试。10输出滤波器功能测试有与没有输出滤波器时，输出电流纹波测试。五实验报告1分别在L=1.6mH与3.2mH条件下,列出iL连续与不连续临界状态时的占空比D,并与理论值相比较。理论上iL连续与断续的临界条件为LC=（1-D）2/2，式中LC=L/RT为连续与断续临界状态时的临界时间常数，负载电阻R=300，工作周期T按实测数据。2画出不同L，连续与断续时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形，并与理论上的正确波形相比较。3根据不同的L值，按所测的D，VO值计算出M值，列出表格，并画出曲线。连续工作状态时的直流
14、电压增益表达式为M=D/（1-D），请在同一图上画出该曲线，并在图上注明连续工作与断续工作区间。4试对Buck-Boost变换器的优缺点作一评述。5试说明输入、输出滤波器在该变换中起何作用？6实验的收获、体会与改进意见。六思考题试分析连续工作状态时，输出电压VO由哪个参数决定？当断续工作状态时，VO又由哪些参数决定？实验三 移相控制全桥零电压开关PWM变换器研究一实验目的1掌握移相控制全桥零电压开关PWM变换器（简称PS-FB-ZVS-PWM变换器）的组成，工作原理与波形。2熟悉移相控制零电压开关（ZVS）专用集成芯片UC3875的工作原理与使用方法。3掌握PS-FB-ZVS-PWM变换器的调试方法，主要参数变化对实现ZVS的影响。二实验内容1熟悉实验系统面板布置并连接实验线路，构成一个实用的PS-FB-ZVS-PWM变换器。2芯片UC3875的波形与性能测试：（1） 谐振频率与锯齿波的周期与幅值。（2） 输出脉冲的相位与死区时间。
