《信號(hào)與控制綜合實(shí)驗(yàn)》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告

電氣學(xué)科大類

2011級(jí)

《信號(hào)與控制綜合實(shí)驗(yàn)》課程

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

（基本實(shí)驗(yàn)四：電力電子基本實(shí)驗(yàn)）

姓名：饒建東學(xué)號(hào)：U201H1916專業(yè)班號(hào)：電氣1106

同組者L學(xué)號(hào)：專業(yè)班號(hào)：

同組者2：學(xué)號(hào):專業(yè)班號(hào):

同組者3：學(xué)號(hào):專業(yè)班號(hào):

指導(dǎo)教師

日期2014年6月

實(shí)驗(yàn)成績(jī)

評(píng)閱人

實(shí)驗(yàn)評(píng)分表

實(shí)驗(yàn)名稱/內(nèi)容實(shí)驗(yàn)分值評(píng)分

實(shí)驗(yàn)二十八PWM信號(hào)的生成和PWM

控制的實(shí)現(xiàn)

實(shí)驗(yàn)二十九DC/DCPWM升壓、降壓

變換電路性能研究

基本實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三十三相橋式相控整流電路性

能研究

實(shí)驗(yàn)三HDC/AC單相橋式SPWM

逆變電路性能研究

實(shí)驗(yàn)名稱/內(nèi)容實(shí)驗(yàn)分值評(píng)分

實(shí)驗(yàn)三十五DC/DCPWM升降壓變換

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

電路（cuk變換器）設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)名稱/內(nèi)容實(shí)驗(yàn)分值評(píng)分

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

教師評(píng)價(jià)意見(jiàn)總分

目錄

第一部分基本實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)二十八PWM信號(hào)的生成和PWM控制的實(shí)現(xiàn)

二、實(shí)驗(yàn)二十九DC/DC—PWM升壓、降壓變換電路性能研究

三、實(shí)驗(yàn)三十三相橋式相控整流電路性能研究

四、DC/AC單相橋式SPWM逆變電路性能研究

第二部分設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)三十五DC/DCPWM升降壓變換電路（cuk變換器）設(shè)計(jì)

四.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

PWM控制芯片TL494等，以及有關(guān)的外圍電路元件;控制電源；面包板或通用板;

示波器。

五.實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)記錄

1.振蕩頻率為lOkhz時(shí)的鋸齒波波形

圖28-2鋸齒波波形

2.振蕩頻率為20khz時(shí)的鋸齒波波形

3.調(diào)節(jié)變限器，改變V4,改變占空比

圖28-4占空比調(diào)節(jié)波形

圖28-5占空比調(diào)節(jié)波形

4.軟啟動(dòng)波形

])[tds].CH12V100ms

圖28-6軟啟動(dòng)波形

六.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)波形，可得出如下結(jié)論：

軟啟動(dòng)時(shí)，隨著TP3(V4)的電壓逐漸下降，導(dǎo)通時(shí)間逐漸上升，最終將實(shí)現(xiàn)

軟啟動(dòng)；

調(diào)節(jié)Vf的電壓大小，可以改變占空比，且Vf越大，導(dǎo)通時(shí)間越短。當(dāng)Vf0252V

時(shí)，由于存在死區(qū)，導(dǎo)通時(shí)間不會(huì)繼續(xù)增加；當(dāng)Vf繼續(xù)增加時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間為0,

不會(huì)再繼續(xù)減小。

通過(guò)改變REF引腳的輸入，可以改變死區(qū)時(shí)間，且REF引腳的輸入電壓越高，

死區(qū)時(shí)間越長(zhǎng)。

七,思考題

1.如何驗(yàn)證你設(shè)計(jì)的PWM控制電路具有穩(wěn)壓控制功能？

答：可以使用直流穩(wěn)壓電源在電壓反饋端輸入一直流電壓，調(diào)節(jié)變阻器RP1的

大小，Vg端電壓固定于2.5V左右，當(dāng)Vf的電壓在2.4V至2.5V變化時(shí)輸出

的反饋電壓即發(fā)生改變，會(huì)使得輸出脈沖電壓的占空比發(fā)生改變。

2.如何驗(yàn)證你設(shè)計(jì)的PWM控制電路具有保護(hù)功能？

答：可以在電流反饋II或12端加入一直流電壓模擬輸出電流。當(dāng)直流電壓增

大時(shí)會(huì)使得芯片啟動(dòng)過(guò)電流保護(hù)功能使得輸出的脈沖電壓占空比減小。當(dāng)直

流電壓繼續(xù)增大時(shí)，外圍電路啟動(dòng)過(guò)電流封鎖功能，輸出的電壓占空比為0,

同時(shí)燈亮。

3.以你自己的調(diào)查或觀察，舉例說(shuō)明軟啟動(dòng)的作用。

答：軟啟動(dòng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一系列逐漸變寬的脈沖波形，使得占空比逐漸增大,

輸出的直流電壓逐漸升高。防止電路中出現(xiàn)較大的沖擊電流損壞元件。

4.說(shuō)明限流運(yùn)行時(shí)的PWM控制方式的變化

答：一旦電流過(guò)大時(shí)，將原來(lái)的PWM控制方式的穩(wěn)壓運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換為限制

電流的不穩(wěn)壓方式，不再進(jìn)行增大脈沖寬的穩(wěn)壓PWM控制，轉(zhuǎn)換為電流增

大而脈沖寬度減小的限流控制。

八.實(shí)驗(yàn)小結(jié)

實(shí)驗(yàn)二十九DC/DC—PWM升壓、降壓變換電路性

能研究

一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.驗(yàn)證、研究DC/DCPWM升、降壓變換電路的工作原理和特性；

2.進(jìn)一步掌握PWM集成電路芯片的應(yīng)用、設(shè)計(jì)原則；

3.了解電壓/電流傳感器的選用原則，建立驅(qū)動(dòng)電路的概念和要求：

4.掌握反饋環(huán)節(jié)與濾波電路的概念和設(shè)計(jì)原則。

二.實(shí)驗(yàn)原理

PWM控制將寬度變化而頻率不變的脈沖作為電力電子變換電路中的功率開(kāi)

關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制開(kāi)關(guān)管的通斷，通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)脈沖的寬度來(lái)控制變換

器的輸出電壓。在分壓電路中，如果采用半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件，使帶有濾波器

(L,。的負(fù)載線路與直流供電電源周期性地接通、斷開(kāi)，則負(fù)載上也得到了另

一個(gè)數(shù)值的直流電壓，這就是BUCK電路的基本手段。

L(+)

圖29-1DC/DC-BUCK變換器反饋控制系統(tǒng)

一個(gè)周期Ts內(nèi)，開(kāi)關(guān)器件接通時(shí)間ton所占整個(gè)周期Ts的比例稱為占空比D,正

常工作模式中，輸出電壓V。與輸出電源電壓Vs的關(guān)系是

Vo=DVs

由于變換器輸出電壓V。小于電源電壓Vs,故稱它為降壓變換器。

三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.了解熟悉BUCK變換器個(gè)環(huán)節(jié)之間的信號(hào)幅值和功率關(guān)系，正確地設(shè)計(jì)并連

接、調(diào)試；

2.控制器設(shè)計(jì)研究：開(kāi)環(huán)特性

四.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)電路板、控制電源、示波器、電壓/電流傳感器。

五.實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)記錄

(1)純阻性負(fù)載R=250C

①連接BUCK電路。調(diào)節(jié)Vs=100V,取負(fù)載電阻250Q,改變占空比D,

觀察Vo的變化?？紤]到控制器輸出加了反相器，實(shí)際反映出來(lái)為電平觸發(fā)，此

電路中理論調(diào)制比：

M=(1-D)Vin

D0.780.680.500.420.310.2

理論

值22.0032.0050.0058.0069.0080.00

Vo/V

實(shí)際

值21.8431.6350.0858.1268.9279.85

Vo/V

表29-1純阻性負(fù)載時(shí)Vo-D的數(shù)據(jù)

②調(diào)節(jié)D=0.5,改變電源電壓，記錄輸出電壓Vo的變化。

Vs/V10090.48070.260.250.440.630

理論

5045.24035.130.125.220.315

Vo/V

實(shí)際

49.7844.838.8434.428.9824.8219.8414.64

Vo/V

表29-2純阻性負(fù)載時(shí)Vo-Vs的數(shù)據(jù)

(2)阻感性負(fù)載R=250C,L=10mH

①連接BUCK電路。調(diào)節(jié)Vs=100V,取負(fù)載電阻250Q,改變占空比D,

觀察Vo的變化。

D0.80.710.620.520.350.220.12

理論

80716252352212

Vo/V

實(shí)際

79.8469.9261.3251.9334.6221.3611.64

Vo/V

表29-3阻感性負(fù)載時(shí)Vo-D的數(shù)據(jù)

阻感性負(fù)載下Vo-D的關(guān)系

圖29-3阻感性負(fù)載時(shí)Vo-D特性

②調(diào)節(jié)D=0.5,改變電源電壓，記錄輸出電壓Vo的變化。

Vs/V10090.280.270.460.250.640.830.2

理論

5045.140.135.230.125.320.415.1

Vo/V

實(shí)際

48.3444.238.7833.6427.7623.3818.8213.96

Vo/V

表29-4阻感性負(fù)載時(shí)Vo-Vs的數(shù)據(jù)

阻感性負(fù)載下的V。-Vs的關(guān)系

圖29-4阻感性負(fù)載時(shí)Vo-Vs的關(guān)系圖

六.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

由實(shí)驗(yàn)（1）、（2）可得，BUCK電路在電流連續(xù)工咋狀態(tài)下，變壓比M=Vo/Vs=D；

由實(shí)驗(yàn)可得，當(dāng)改變負(fù)載特性時(shí)，可得臨界負(fù)載電流。當(dāng)負(fù)載電流Io</勿時(shí),

BUCK電路工作在斷流工作情況下，此時(shí)變壓比M>D。

七、實(shí)驗(yàn)思考題

1.BUCK電路中的電感電流連續(xù)與否會(huì)有什么影響？哪些參數(shù)會(huì)影響電流連

續(xù)？實(shí)驗(yàn)如何保證電流連續(xù)？

答：電感電流連續(xù)時(shí)變壓比等于占空比，不連續(xù)時(shí)變壓比大于占空比。

Vo,L,f,D四個(gè)量會(huì)影響電流連續(xù)，為保記電流連續(xù)，需控制負(fù)載電阻不

要過(guò)大。

2.BOOST電路中，為什么D不能等于1?實(shí)驗(yàn)中如何保證D不等于1?

答：在每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，電感L都有一個(gè)儲(chǔ)能和能量通過(guò)二極管D的釋放

過(guò)程，也就是說(shuō)必有能量送到負(fù)載端。否則的話，會(huì)使V。不斷升高，最后使

變換器損壞。實(shí)際工作中，為了防止輸出電壓過(guò)高，Boost電路不宜在占空比

D接近于1的情況下工作。利用死區(qū)時(shí)間可以使得D不接近1

3.兩種電路中L和C的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足什么原則？

答：滿足電壓紋波的要求，保證電流連續(xù)。

4.實(shí)驗(yàn)電路中，開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路的要求有哪些？

答：本實(shí)驗(yàn)電路的開(kāi)關(guān)管為三極管。驅(qū)動(dòng)電路的要求為：

（1）控制電路和驅(qū)動(dòng)電路之間要有良好的電氣隔離；

（2）開(kāi)通時(shí)延要小；

（3）工作頻率范圍要足夠；

（4）輸出電壓大小波形合理；

5.實(shí)驗(yàn)電路中，傳感器選取有哪些原則？

答：精度高、原邊與副邊完全隔離、動(dòng)態(tài)性能好、可靠性高以及抗電磁干擾能

力強(qiáng)。選取的傳感器的量程應(yīng)大于被測(cè)量，但不能過(guò)大。當(dāng)傳感器用于反饋時(shí)

還需要考慮傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)

實(shí)驗(yàn)三十三相橋式相控整流電路性能研究

一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解晶閘管相控整流的移相調(diào)控原理和方法，掌握不同性質(zhì)負(fù)載時(shí)三相橋式相

控整流電路輸出直流電壓的控制特性；

2.觀察輸出直流電壓及輸入交流電流波形，了解功率因數(shù)的概念，初步給出功率

因數(shù)校正的思路；

3.初步掌握濾波器設(shè)計(jì)的方法。

二.實(shí)驗(yàn)原理

相控整流是在晶閘管承受正向電壓時(shí)，通過(guò)控制其觸發(fā)脈沖相對(duì)于承受的交流

電源電壓的相位(即控制角a),來(lái)控制其導(dǎo)通時(shí)間，在整流電路的輸出端得到脈動(dòng)

的整流電壓。三相橋式相控整流主電路拓?fù)淙鐖D30T所示。

6個(gè)晶閘管需要6個(gè)相差6()。的觸發(fā)脈沖電流iGi~iG6驅(qū)動(dòng)，這6個(gè)觸發(fā)脈沖電流

必須與交流電壓嚴(yán)格同步。

任何時(shí)刻都必須有一上一下兩個(gè)晶閘管同時(shí)被觸發(fā)導(dǎo)通。

控制角a和輸出直流電壓平均值VD的關(guān)系為：

v=-----匕cosa=vcosa

D71D0

VD

圖30-1三相橋式相控整流主電路

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

接入純阻性及阻感性負(fù)載，調(diào)節(jié)a值，觀察并記錄輸出電壓的波形及平均值。

四.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

電力電子綜合實(shí)驗(yàn)裝置和控制電路實(shí)驗(yàn)板，傳感器模塊，供電電源，控制電源,

各種功率及參數(shù)的電感、電容、電阻，數(shù)字式示波器，計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的分析軟件,

面包板和若干兀器件。

五.實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)記錄

1.連接電路，使線電壓Vs=5()V,接入200Q電阻負(fù)載，調(diào)節(jié)a值，使a=0°,

30°,60°,90°o記錄輸出電壓波形。

①a=0。時(shí)的波形

②a=30°時(shí)的波形

③a=60°時(shí)輸出電壓波形圖

圖30-4a=60。時(shí)輸出電壓波形圖

④a=90°時(shí)輸出電壓波形圖

圖30-5a=90。時(shí)輸出電壓波形圖

2.連接電路，使線電壓Vs=5OV,接入200c電阻,20mH電感負(fù)載,調(diào)節(jié)a

值，使a=0。，30。，60°,90%記錄輸出電壓波形。

①a=0。時(shí)的波形

圖30-6a=0°時(shí)輸出電壓波形圖

②a=30°時(shí)的波形

圖30-7(1=30。時(shí)的輸出電壓波形圖

③a=60°時(shí)的波形

圖30-8a=60°時(shí)輸出電壓的波形圖

④a=90°時(shí)的波形

六.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

由電力電子理論知識(shí)可知，對(duì)于純阻性負(fù)載，當(dāng)a<60。時(shí)，電

壓電流連續(xù)；當(dāng)a>60。時(shí)，出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，可由圖30?2——30-5

得出。而對(duì)于阻感性負(fù)載而言，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，輸出電流

總是連續(xù)的。阻感性負(fù)載特性可由30-6——30?9得出。

七.思考題

1.觀察相控整流電路的功率因數(shù)應(yīng)該觀察哪些因素（波形或數(shù)據(jù)）？如何觀察？

答：通過(guò)觀察輸入相電流以及輸入相電壓的波形來(lái)實(shí)現(xiàn)。將電流互感器串入電路

中即可觀察到其波形，通過(guò)將線電壓輸入電壓互感器即可觀察到線電壓的波

形，由于相電壓與線電壓的波形存在一定的關(guān)系，即可計(jì)算出相電壓與相電

流的相位關(guān)系。

2.影響相控整流的電路功率因數(shù)的原因有哪些？如何提高功率因數(shù)？

答：由觸發(fā)角的大小來(lái)決定，因此可附加無(wú)源濾波器或有源功率因素校正器的來(lái)

提高功率因數(shù)。

3.相控整流電路濾波器設(shè)計(jì)的原則有哪些？

答：(1)特征頻率應(yīng)該遠(yuǎn)小于最低次諧波的頻率。

(2)濾波器的電感值不應(yīng)太大，當(dāng)LC—定時(shí)，適合讓電容大一些。

4.相控整流電路的穩(wěn)壓控制需要考慮哪些問(wèn)題？

答：穩(wěn)壓控制要考慮：

(1)相控角的變化，輸出電壓與a的關(guān)系為余弦函數(shù)而并非線性關(guān)系。

(2)對(duì)于不同的負(fù)載情況時(shí)輸出電壓與a角的關(guān)系不同。

八.實(shí)驗(yàn)總結(jié)

實(shí)驗(yàn)三H■—DC/AC單相橋式SPWM逆變電路性能研究

一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.驗(yàn)證SPWM逆變電路的基本工作原理，并進(jìn)一步掌握SPWM信號(hào)形成電路的

設(shè)計(jì)方法；

2.學(xué)習(xí)、掌握逆變電路輸出電壓幅值和頻率的控制方法；

3.了解逆變電路濾波器的設(shè)計(jì)原則；

4.熟悉和掌握模擬控制電路設(shè)計(jì)方法和有關(guān)集成電路芯片的使用。

二.實(shí)驗(yàn)原理

當(dāng)交流電源從U、V、琳三端（或其中兩端）輸入，控制6個(gè)（或4個(gè)）開(kāi)關(guān)管

的驅(qū)動(dòng)脈沖，使P（+）和N（-）處得到直流電壓，則成為三相（單相）整流電

路；當(dāng)直流電源從P（+）和N（-）處輸入，控制6個(gè)（或4個(gè)）開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)

脈沖，則從U、V、W三端（或其中兩端）得到交流電壓，成為逆變電路。

三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.驗(yàn)證SPWM逆變電路的基本工作原理；

2.掌握逆變電路輸出電壓幅值與頻率的控制方法：

四.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

電力電子綜合實(shí)驗(yàn)裝置、控制電路實(shí)驗(yàn)板、傳感器模塊、供電電源、控制電源、

各種功率和參數(shù)的電感、電容、電阻，數(shù)字式示波器、計(jì)算機(jī)及其相應(yīng)分析軟件、

面包板和若干控制元件。

五.實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)記錄

（一）觀察三角波,正弦波的波形

三用波頻率f=4.74kHz，峰峰值為VPP=15.44V

圖31-2三角載波波形

正弦波頻率為f=50Hz,峰峰值為Vpp=4.68V

（二）觀察死區(qū)時(shí)間

由圖可讀出死區(qū)時(shí)間約為10us。

（三）輸出電壓波形和經(jīng)濾波后的波形

圖31-6經(jīng)濾波后的輸出波形

（四）1）固定直流輸入電壓點(diǎn)平Vd=50V,Vc=15.44V調(diào)節(jié)調(diào)調(diào)制比M,即改變正

弦波電壓幅值

Vr/v3.24468

理論值Vom/v10.512.9519.4325.907

實(shí)際值VOm/V9.411.8218.2423.34

調(diào)制比M0.210.2590.3880.518

表31-1調(diào)節(jié)Vr引起的參數(shù)變化

2）固定調(diào)制比M=l,改變輸入電壓，記錄輸出電壓大小

Vd/v20304050

理論值VOm/V20304050

實(shí)際值VOm/V18.6227.6836.6448.42

表31-2改變輸入電壓

3）固定調(diào)制比M=1和輸入電壓Vd=50v,三角波頻率A-5K〃z,改變正弦波頻

率，，即改變載波比，記錄輸出電壓。

fr/Hz506070

fo/Hz50.4460.3270.22

表31-3改變fr引起的頻率變化

六.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

1.根據(jù)圖31-6可以知道，經(jīng)過(guò)濾波后的輸出波形近似為正弦波；

2.輸出波形的頻率fl等于正弦參考波的頻率fr,而與三角載波頻率

無(wú)關(guān)；

3.根據(jù)表31-2,圖31-6可以知道，輸出波形的幅值在三角載波幅值

固定時(shí)、與正弦參考波的幅值成正比，理論值與計(jì)算值存在較大

差別的原因可能是回路中的電流傳感器和其他電氣元件等消耗了

一部分電壓，輸入直流電壓并未穩(wěn)定在50V

七.實(shí)驗(yàn)思考題

1.為什么單相半橋逆變電路的過(guò)流保護(hù)檢測(cè)要比單相全橋和三相橋逆變電路

多用一個(gè)電流傳感器？

答：這是因?yàn)樵趩蜗嗳珮蚝腿嗳珮蛑?，無(wú)論是單管過(guò)流或橋臂直通，直流

輸入側(cè)的電流傳感器均可檢測(cè)到過(guò)電流，通過(guò)控制電路的保護(hù)檢測(cè)電路

后發(fā)出保護(hù)信號(hào)，關(guān)斷所有開(kāi)關(guān)管；而單相半橋電路如果僅在橋式電路

的直流輸入的一個(gè)端子（正端或者負(fù)端）串聯(lián)一個(gè)電流傳感器，則只能

檢測(cè)半個(gè)周期內(nèi)一個(gè)開(kāi)關(guān)管的過(guò)流狀態(tài)，不能完全反映整個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)元

件的過(guò)流狀態(tài)，如果半個(gè)周期大于開(kāi)關(guān)元件過(guò)流承受能力則會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)

元件損壞C因此半橋逆變電路一般需在直流輸入與橋臂間的兩個(gè)端子均

串接電流傳感器，只有這樣才能可靠的檢測(cè)到過(guò)流，有效地保護(hù)整個(gè)電

路。

2.怎么設(shè)計(jì)死區(qū)電路?設(shè)計(jì)的原則是什么？

答：本實(shí)驗(yàn)所采用的半橋逆變電路中的死區(qū)控制，通過(guò)芯片4528單穩(wěn)態(tài)電

路實(shí)現(xiàn)，控制該芯片相關(guān)端口的高低電平狀態(tài)，即可使兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)之

間產(chǎn)生可靠的延時(shí)，調(diào)節(jié)改變相關(guān)參數(shù)即可改變死區(qū)時(shí)間的大??；

死區(qū)時(shí)間設(shè)計(jì)的原則是要保證每個(gè)開(kāi)關(guān)管都能可靠的關(guān)斷，即死區(qū)時(shí)間

應(yīng)遠(yuǎn)大于開(kāi)關(guān)管所需的的關(guān)斷時(shí)間，防止同一橋臂上的開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通,

造成電源短路形成短路電流損毀開(kāi)關(guān)管和變換器。

3.示例中，采用函數(shù)發(fā)生器作為SPWM的正弦波來(lái)源，這樣的方式是開(kāi)環(huán)控

制還是閉環(huán)控制？可否實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓？

答：是開(kāi)環(huán)控制，不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。

若要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制，必須將輸出電壓信號(hào)進(jìn)行采樣后反饋到驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)

生電路，由輸出電壓檢測(cè)信號(hào)和輸出給定信號(hào)比較后影響驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生

新的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，改變開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間和方式，這樣才能最終使輸出電

壓穩(wěn)定于給定輸出電壓。

4.SPWM逆變電路的輸出濾波器設(shè)計(jì)原則是什么？

答：濾波器自身諧振頻率遠(yuǎn)小于最低次諧波頻率（本實(shí)驗(yàn)中約為lKHz）以獲

得好的濾波效果，這樣濾除輸出電壓中的高次諧波后，便可得到較理想

的正弦基波。

還有就是電感和電容參數(shù)的在盡量取得好的濾波效果的前提下，都不能過(guò)

大，以減少電感（電容）對(duì)電路電源和輸出電壓（輸入電流和輸出電流）

的影響。此外，容量應(yīng)盡量小，價(jià)格、體積和重量在實(shí)際設(shè)計(jì)中都是應(yīng)該

考慮的因素。

八.實(shí)驗(yàn)總結(jié)

實(shí)驗(yàn)三十五DC/DCPWM升降壓變換電路（cuk變換器）設(shè)計(jì)

一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)熟悉cuk電路的特點(diǎn)，各種理論，輸入輸出的電壓電流之間的

關(guān)系，進(jìn)一步加深對(duì)主電路和控制電路設(shè)計(jì)的理解和掌握，學(xué)會(huì)電力電子電路的

設(shè)計(jì)方法。掌握集成電路控制芯片在實(shí)驗(yàn)電路方案時(shí)的各種應(yīng)用。

二.實(shí)驗(yàn)原理

1.cuk變換器

Cuk變換器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其輸入輸出電流和電壓波形如圖35-1所示。當(dāng)

Q1導(dǎo)通時(shí)，VI急劇下降，由于電容電壓不能突變，V2也急劇下降相同的幅值，

使VD1反偏。由于在L1上的電壓Vdc,其電流線性上升，儲(chǔ)能增加。但在Q1導(dǎo)

通前，C1左端已經(jīng)被充電至Vp,其右端被D1鉗位到地電位，此時(shí)C1已經(jīng)有儲(chǔ)

能CY；/2,一旦Q1導(dǎo)通，則C1相當(dāng)于蓄電池，電流從左端出發(fā)，通過(guò)Q1及

Ro,再通過(guò)L2返回到C1的右端。儲(chǔ)存在C1和L2中的能量就傳遞給Ro,同時(shí)將

輸出濾波電容反向充電至-Vo。當(dāng)Q1關(guān)斷時(shí)，VI上升為正電位Vp,V2隨之上升,

但如上所訴，它將被VD1鉗位而只能到達(dá)零電位。此時(shí)L2的左端為地點(diǎn)位，右

端為-Vo,L2上的電流就流經(jīng)VD1和Ro后會(huì)到L2的右端。

當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，L1的上升率為dI/dt=Vdc/Ll.當(dāng)Q1關(guān)斷時(shí)，V2己經(jīng)上升至

一個(gè)高于電壓Vdc的電壓Vp,L1的電流下降率為dl/dt=（Vp-Vdc）/Ll.此時(shí)。由

于Q1關(guān)斷，L2左端電位由VD1鉗位到地，其右端電位為-Vo,L2的電流下降率

為dI/dt=Vo/L2.如果L1和L2足夠大，它們的電流就會(huì)停留在某個(gè)值上，不會(huì)

下降到零。

事?山?直笛MAa安演II的主?也從和電▲?密

hCQ一

圖35-1不帶輸入輸出隔離的基本cuk變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電流電壓波形

2.電路設(shè)計(jì)中的各種關(guān)系式

1）輸入輸出電壓比與開(kāi)關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)間的關(guān)系

由Vp=Vdc—

foff

T

Vp=Vo—

則，Vo=Vdc2

2)L1與L2的電流變化率

Ton期間，由土包=生

dtL1

+di2_Vp-Vo

~dT~L2

則,當(dāng)L1=L2時(shí)，Ton期間兩個(gè)電感電流的電流上升率相等。

Toff期間，電感電流逐漸下降，

由-diL=Vp-Vdc

dt~L\

-di2_Vo

~dT~~L2

則，當(dāng)L1=L2,Toff期間兩個(gè)電感電流的下降率也相等。

3.閉環(huán)電路設(shè)計(jì)一一PWM控制器及設(shè)計(jì)

Cuk變換器的控制仍采用集成PWM芯片及合適的外圍電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)"采用實(shí)

驗(yàn)室的B01控制電路板完成設(shè)計(jì)。

三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.按照實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)條件和指標(biāo)，設(shè)計(jì)cuk電路主電路參數(shù),

推導(dǎo)輸出輸入電壓的數(shù)值，并近似推導(dǎo)它們中的紋波成分。

2.了解實(shí)驗(yàn)掛箱上的參數(shù)，確定實(shí)驗(yàn)測(cè)量范圍和預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)

果。在實(shí)驗(yàn)掛箱上搭建cuk電路主電路。

3.完成控制電路設(shè)計(jì)，可以用實(shí)驗(yàn)控制板B01完成，也可以自行

設(shè)計(jì)。

四.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

電力電子實(shí)驗(yàn)裝置；相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)K；實(shí)驗(yàn)控制電路板功率供電電

源；控制電源；試驗(yàn)箱面包板；示波器，計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的分析軟件。

五.實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果

1.Cuk電路的主電路參數(shù)設(shè)計(jì)

降壓實(shí)驗(yàn)：輸入(100±20%)V；輸出50V。

升壓實(shí)驗(yàn):輸入(100±20%)V；輸出100V。

輸出功率：均為100W。

取緩沖電路設(shè)計(jì)頻率為lOKHzo

①電感L1和L2值的設(shè)計(jì)

對(duì)于降壓實(shí)驗(yàn)：M=—=——一€(0.417,0.625),則由可得

Vs100±20%1-D

De(0.294,0.385)。由臨界電流D)2,可得

2鞏

L>V()(1-OH=0.6228mH