電力電子第一次試驗

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試驗一直流斬波電路試驗

姓名：王圣雨班級：自14

同組：潘新蕾、費定宇日期：2023.11.30

試驗一直流斬波電路試驗

一、試驗目的：

把握降壓斬波電路、升壓斬波電路及斬波控制電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，熟悉以上兩種基本斬波電路的工作狀態(tài)和波外形況及調(diào)試方法。二、試驗內(nèi)容：

（1）了解驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)和試驗電路的工作原理（2）降壓斬波電路的波形觀測及電壓測試（3）升壓斬波電路的波形觀測及電壓測試（4）升降壓斬波電路的波形觀測及電壓測試三、試驗步驟與方法：3.1直流供電電源的構(gòu)成：

圖1直流供電電源原理圖

圖中MC0101C是輸入變壓器模塊，其輸入為三相市電供電電源，可以提供輸出相電壓為15V、75V、90V等幾種選擇，為試驗提供與電網(wǎng)隔離的不同輸出電壓的交流電源。圖中L1、L2和L3為三相電源進線端，接三相380V市電（試驗裝置中已經(jīng)連接好）。

（1）將標有2U3和2W3的端口分別與2V3端用U型短接橋連接，構(gòu)成變壓器副邊星形輸出。（2）選取15V處的輸出端，即2U2、2V2和2W2三端與整流模塊MC0308的輸入端分別相連。（3）將濾波模塊MC0601與整流模塊MC0308用U型短接橋連接組成整流濾波電路。

（4）用U型短接橋連接濾波模塊MC0601上的濾波電容。整流濾波電路輸出端作為斬波電路主電路的供電電源使用，空載時電壓約為40V。

（5）接通輸入變壓器模塊MC0101C上的主電路電源開關(guān)，用萬用表測量并確認濾波模塊MC0601上的輸出直流電壓。若結(jié)果和40V相差較大，嚴禁往下做試驗。

本卷須知：試驗過程中始終選用輸入變壓器模塊MC0101C上的開關(guān)控制主電路的通斷。開關(guān)在“I〞位置時主電路接通，開關(guān)在“0〞位置時主電路斷開。

3.2控制電路的連接：

直流電源模塊MC0201D提供控制電路使用的+15V、0V和-15V直流電壓，由該模塊上的電源開關(guān)控制其通斷。將MC0511控制單元上下端的+15V、0V和-15V用U型短接橋分別與其對應的各端連接好。MC0511控制單元由SG3525脈寬調(diào)制控制芯片產(chǎn)生驅(qū)動信號。

本卷須知：除了降壓斬波電路試驗外，始終要用U型短接橋?qū)C0511控制單元上的“輸出限幅〞端口短接，以保證斬波電路負載上的輸出電壓工作在安全范圍內(nèi)，確保試驗裝置的安全。3.3驅(qū)動電路的測試：

將示波器探頭連接到MC0511控制單元的G和S端口，閉合直流電源模塊MC0201D上的電源開關(guān)，觀測MC0511控制單元上SG3525控制芯片及接口電路所產(chǎn)生的驅(qū)動信號的波形。MC0511作為斬波器等主電路功率器件的驅(qū)動信號，該模塊輸出頻率有5kHz、12kHz和20kHz等，并帶有輸出限幅功能。

（1）旋轉(zhuǎn)“脈沖寬度調(diào)理〞旋鈕改變占空比α；旋轉(zhuǎn)“開關(guān)頻率選擇〞旋鈕可以使得斬波電路分別在“低頻〞、“中頻〞、“高頻〞三個不同的開關(guān)頻率下工作，觀測驅(qū)動信號占空比和開關(guān)頻率的變化狀況。

（2）“輸出限幅“和“阻止〞功能的確認：觀測U型短接橋接入MC0511控制單元“輸出限幅〞端口前后信號最大占空比的變化，分析該功能作用；（2）將U型短接橋接入“阻止〞端口，觀測輸出信號的變化，分析該功能的作用。3.4降壓斬波電路的性能研究：

（1）搭建降壓斬波電路：開關(guān)器件使用模塊MC2023C上的任一MOSFET管（VT1、VT2、VT3或者VT4），將MC0511控制單元驅(qū)動信號輸出的G端和S端分別連接到所選擇的MOSFET管的G端（驅(qū)動端）和S端。用模塊MC0604C上的電感電容元件以及模塊MC0301上的二極管搭建如下圖的降壓斬波電路，負載為模塊MC1093G上的3個燈泡。

圖2降壓斬波電路

（2）旋轉(zhuǎn)MC0511控制單元上的“開關(guān)頻率選擇〞旋鈕，選定“低頻〞（開關(guān)頻率為5kHz）運行模式。（3）將MC0511控制單元下方的“脈沖寬度調(diào)理〞旋鈕旋轉(zhuǎn)至0%位置，閉合直流電源模塊MC0201D上的電源開關(guān)，“+15V〞指示燈點亮。觀測MC0511控制單元上所選擇的的開關(guān)頻率指示燈是否正確點亮。

（4）接通輸入變壓器模塊MC0101C上的主電路電源，用萬用表測量濾波模塊MC0601上的輸出直流電壓，確認其約為40V。調(diào)理MC0511控制單元上的“脈沖寬度調(diào)理〞旋鈕至約為30%處，觀測燈泡亮度的變化，用萬用表測量并記錄燈泡負載上的電壓Uo和斬波器輸入直流電壓E（即圖1的輸出直流電壓）的值。用示波器觀測并記錄驅(qū)動信號的波形，對比此時的波形與步驟（3）時所觀測到的驅(qū)動信號的波形之間的區(qū)別。觀測并記錄斬波電路MOSFET漏源極兩端、電感兩端、二極管兩端的波形。觀測負載兩端的波形。

（5）調(diào)理MC0511控制單元上的“脈沖寬度調(diào)理〞旋鈕，將占空比α從約10％逐漸調(diào)到約70％，至少記錄5組試驗數(shù)據(jù)，結(jié)果填入表1中。

（6）輕載試驗（僅記錄一種電路在占空比為30%時的波形）。負載只接入一個模塊MC1093E上的25W/220V燈泡，重復步驟3.4第（4）項的內(nèi)容。分析輕載狀況下以上參數(shù)或波形發(fā)生變化的原因。

（7）調(diào)理MC0511控制單元上的“開關(guān)頻率選擇〞旋鈕，將斬波器開關(guān)頻率調(diào)整為“中頻〞（12kHz）或“高頻〞（20kHz）后再通電重復步驟3.4中（2）～（6）項的試驗內(nèi)容。注意觀測頻率改變后各元器件上的波形與對應的“低頻〞狀況下波形有何不同，分析其原因。

（8）斷開二極管單元模塊MC0301上阻容吸收電路（又稱緩沖電路）的U型短接橋，觀測二極管兩端的波形，然后再重新接好U型短接橋。分析產(chǎn)生毛刺的原因。（先體會一下后續(xù)課程將講到的緩沖電路的作用。）3.5升壓斬波電路的性能研究：

負載使用模塊MC1093E上燈泡，并將MC0511單元上輸出限幅端口的+和-用U型短接橋接好，二極管模塊MC0301上的阻容吸收電路要用U型短接橋接好。搭建升壓斬波電路，重復3.4中（2）~（7）的內(nèi)容。

圖3升壓斬波電路

3.6升降壓斬波電路：

重載：MC1093F上3個燈泡；輕載：MC1093E上一個25W/220V燈泡。搭建升降壓斬波電路，重復3.4中（2）~（7）的內(nèi)容。

圖4升降壓斬波電路

四、試驗結(jié)果：

4.1直流供電電源的構(gòu)成：

用萬用表測量濾波模塊MC0601上的輸出直流電壓：40.89V4.2驅(qū)動電路的測試：

開關(guān)頻率均為低頻（5kHz）時，不同占空比20/40/60時的波形

：

開關(guān)頻率均為中頻（12kHz）時，不同占空比20/40/60時的波形：

4.3.2降壓斬波電路中頻（12kHz）狀況：

（1）調(diào)理MC0511控制單元上的“脈沖寬度調(diào)理〞旋鈕至30%處，觀測燈亮度變化。

燈泡負載上的電壓Uo：13.93V；斬波器輸入直流電壓E：38.30V

試驗圖片：驅(qū)動信號波形/MOSFET漏源極兩端/電感兩端/二極管兩端/負載兩端

（2）重載試驗：調(diào)理MC0511上脈沖寬度調(diào)理旋鈕，將占空比α從10%調(diào)理到70%，至少記錄5組數(shù)據(jù)。

表2斬波電路測試結(jié)果

電路形式：降壓斬波電路開關(guān)頻率：12kHz負載狀況：重載36V/25W

α（%）Uo(V)E(V)107.2639.153013.9338.304016.6437.956022.1437.207025.1936.74

（3）輕載試驗：

燈泡負載上的電壓Uo：19.79V；斬波器輸入直流電壓E：40.26V

試驗圖片：驅(qū)動信號波形/MOSFET漏源極兩端/電感兩端/二極管兩端/負載兩端

（4）斷開二極管單元模塊MC0301上阻容吸收電路的U型短接橋，觀測二極管兩端的波形，然后再重新接好U型短接橋。

斷開U型短接橋后的二極管兩側(cè)波形

4.4升壓斬波電路性能研究：（中頻12kHz）

（1）調(diào)理MC0511控制單元上的“脈沖寬度調(diào)理〞旋鈕至30%處，觀測燈亮度變化：

燈泡負載上的電壓Uo：64.92V；斬波器輸入直流電壓E：39.09V

試驗圖片：驅(qū)動信號波形/MOSFET漏源極兩端/電感兩端/二極管兩端/負載兩端

（2）重載試驗：調(diào)理MC0511上脈沖寬度調(diào)理旋鈕，將占空比α從10%調(diào)理到70%，至少記錄5組數(shù)據(jù)。

表3斬波電路測試結(jié)果

電路形式：升壓斬波電路開關(guān)頻率：12kHz負載狀況：重載220V/25Wα（%）Uo(V)E(V)1051.0939.333064.9239.094075.7338.8660113.1038.0770145.4237.39

（3）輕載試驗：

燈泡負載上的電壓Uo：70.50V；斬波器輸入直流電壓E：39.63V

試驗圖片：驅(qū)動信號波形/MOSFET漏源極兩端/電感兩端/二極管兩端/負載兩端

4.5升降壓斬波電路研究（低頻5kHz）

（1）調(diào)理MC0511控制單元上的“脈沖寬度調(diào)理〞旋鈕至30%處，觀測燈泡亮度的變化，用萬用表測量并記錄燈泡負載上的電壓UO和斬波器輸入直流電壓的值。觀測并記錄斬波電路MOSFET漏源極兩端、電感兩端、二極管兩端的波形。觀測負載兩端的波形。

燈泡負載上的電壓Uo：13.82V；斬波器輸入直流電壓E：39.60V

試驗圖片：驅(qū)動信號波形/MOSFET漏源極兩端/電感兩端/二極管兩端/負載兩端

（2）重載試驗：調(diào)理MC0