功率电子学 实验指导书

实验一BUCK变换器及其控制技术的研究

一、实验目的

1理解开环、电压单闭环和电压电流双闭环控制策略的原理，完成系统闭环控制调试；2建立变换器的模型，通过仿真和实验掌握电压和电流调节器的参数设计方法；

3验证BUCK变换器的输入输出波形特性，PWM波形，及输入输出数量关系，加深对BUCK变换器连续和断续工作模态下的工作原理及特性的理解。

二、实验内容

熟悉SG3525的原理及使用方法，理解PWM波产生过程；研究BUCK变换器开环、电压闭环、电压电流双闭环状态下电路各器件，包括功率管、二极管、电感电压电流工作情况，输入输出电量关系，控制电路参数对变换器的性能的影响。观察电压纹波，观察不同电感、频率和负载对电流连续点的影响。理解BUCK变换器闭环控制过程，掌握闭环性能指标。

变换器的基本要求如下：

输入电压：20~30V

输出电压：15V（输出电压闭环控制时）

输出负载电流：0.1~1A

工作频率：50kHz

输出纹波电压：≤100mV

三、实验器材

序号仪器设备名称数量

1BUCK变换器主电路实验挂箱1

2BUCK变换器控制电路实验挂箱1

3线性稳压电源1

4示波器1

5数字万用表1

6电压表2

7电流表2

8负载1

四、实验步骤

1．将BUCK变换器挂箱的所有开关关闭后再接线。

2．控制电路接20V直流电压，调节电位器RW1，用示波器观察并记录占空比为某一定值时SG3525各管脚波形及驱动电路输出波形。注意观察SG3525的9脚、5脚波形和输出波形之间的关系，理解SG3525芯片PWM波产生过程。调节RW2观测PWM波频率的变化，通过测得的PWM波计算PWM波频率。

3．控制电路接20V直流电压，主电路接6-30V可调直流电压，可控制开关S4打在开环状态。当将开关打在单环时，电路工作在单电压环控制模式下，打在双环时，电路工作在电压电流双环控制模式下。分别观察三种控制模式下SG3525各管脚波形及驱动电路输出波形。

（一）开环状态

（1）电感电流连续情况：

打开主电路电源，使主电路工作电压为25V，观察电感支路的电流波形，调节负载，使电感工作在电流连续情况下。用示波器观察并记录占空比为某一定值时场效应管漏源极与栅级间电压波形及它们之间的关系，理解场效应管的工作原理。

观察并记录电感支路、场效应管支路、二极管支路的电流波形，观测电感两端、二极管两端、负载两端的电压波形，理解变换器工作原理。

观测主电路输出电压随占空比D的变化情况，画出曲线，理解主电路的工作原理。

用示波器交流档观察输出电压纹波⊿U PP。

观测变换器的外特性

（2）电感电流断续情况：

改变负载，使电感电流断续，观测场效应管漏源极波形情况，观测电感支路、场效应管支路、二极管支路的电流波形，观测电感两端、二极管两端、负载两端的电压波形，理解工作过程。

观测主电路输出电压随占空比D的变化情况，理解主电路的工作原理。

（3）重新选择主电路电感观测波形：

把L1、L2同时串入主电路中观测电感电流连续点变化情况。

（4）观察二极管波形的吸收电路对二极管波形的影响。

把二极管波形的吸收电路和二极管连在一起，观察二极管两端波形尖峰情况的变化。

（5）变频观察电感电流连续点变化情况。

调节RW1使频率f=50KHz，调节负载，使电感电流波形处于临界连续状态，调节频率，当电感电流波形由临界连续变为断续时记录此时频率值，思考频率变化对电感电流连续点的影响。

（二）闭环状态

（1）单电压环控制模式

打到闭环单环控制状态。调节电位器RW1，使主电路输出电压达到15V。

调节主电路输入电压由20V变到30V，观测占空比的变化及输出电压变化值。以此观察输出电压的稳定性，理解闭环控制原理。

将输入电压重新调到25V（输出仍为15V），改变负载阻值，观察并记录输出电流与电压的变化关系。

改变PI调节器参数，突加突卸负载，观察输出电压波形动态变化过程。

（2）电压电流双环控制模式

打到双闭环控制状态。调节电位器RW1，使主电路输出电压达到15V。调节主电路输入电压由20V变到30V，观测占空比的变化及输出电压变化值。以此观察输出电压的稳定性，理解闭环控制原理。

将输入电压重新调到25V（输出仍为15V），改变负载阻值，观察并记录输出电流与电压的变化关系。

改变PI调节器参数，突加突卸负载，观察输出电压波形动态变化过程。

五、分析与讨论

1.结合小信号建模、MATLAB仿真和实验，对BUCK变换器进行分析，总结出变换器电压单环和电压电流双闭环工作时电压电流调节器参数的设计原则。

2.比较电压单环和电压电流双闭环工作时变换器的动静态特性。

3.结合SABER仿真和实验，研究主电路电感电流连续和断续工作状态下变换器的工作波形、输入输出的基本电量关系、变换器效率等问题，并和理论分析进行比较。

实验二功率因数校正PFC变换器的实验研究

一、实验目的

1理解功率因数校正控制策略的原理；

2掌握基于BOOST的PFC变换器的基本工作原理；

3掌握UC3854功率因数校正控制芯片的功能及使用方法，

二、实验内容

熟悉UC3854的原理及使用方法，理解PWM波产生过程；研究PFC变换器输入电流失真度、相移因数和功率因数之间的关系；理解PFC变换器闭环控制过程，掌握变换器闭环性能指标。

对变换器的基本要求如下：

输入电压：220V，50Hz

输出负载电流：0.1~1A

输入PF：>0.99

三、实验器材

序号仪器设备名称数量

1PFC变换器主电路实验挂箱1

2PFC变换器控制电路实验挂箱1

3功率分析仪1

4线性稳压电源1

5示波器1

6数字万用表1

7调压器1

8电压表2

9电流表2

10负载1