实验二 半桥型开关稳压电源的性能研究V10版

实验二 半桥型开关稳压电源的性能研究
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
序号 型 号
备 注
1
PE-01 电源控制屏
该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。

2 PE-18 半桥型开关稳压电源
3 双踪示波器 自备
4 万用表 自备 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PE-18挂箱的面板上，并有相应的输入与输出接口和必要的测试点。

主电路的结构框图如6-6所示，原理线路如图6-7所示：
图6-6 线路结构框图
图6-7 线路原理图
U
N
C4
0.1u F/400V
VD 1
VD 2
VD 3
VD 4
C1
C2
R3100
C4
0.1u F/400V
R510K
R4100
R610K
VD 5
VD 6
T
R1
2K
R21K
12
3456
78
9
10
11
121314
1516
SG3525
DC
Load
+
-
DC 0~15V R1 10K R2 10K
R3 2.8K C1
0.1
C3
0.01
RW 1
10K
R410K
R910
C2
0.1
R51K
C4
100u F/50V
R6
1K
C610u F/50V
C5
10u F/50V
T2
T1
+15V
R7
100
R8
100
V1-G
V1-G
V2-G
V2-S
C3
1000u F/50V
G1
G2
470uF/250V*2
1N4007*4
FR205*2
V1
S1
V2
S2
主电路
控制电路L
200u H
U T2
U f
U f
U r
V C
3
4
5S
(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0.4Ω。

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。

然后通过变压器降压、整流、滤波后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6-8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。

图6-8 SG3525芯片的内部结构与所需的外部元件
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
(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？
(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
(1)控制与驱动电路的测试
①开启PE-18控制电路电源开关；
②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)；
③SG3525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。

④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t dead= 。

⑤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。

⑦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，该有何结论？
(2)主电路开环特性的测试
①按面板上主电路的要求在逆变输出端装入220V/25W的白炽灯，在直流输出两端接入负载电阻，并将主电路的输入接至控制屏上的单相交流调压器的输出端。

②逐渐将输入电压U i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输出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：
③将输入交流电压U i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，记录波形参数及输出电压U0中的纹波；
④在直流电压输出侧接入直流电压表和电流表。

在U i=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：U o=f(I)；
令U r= V V)
⑤在一定的脉宽下，保持负载不变，使输入电压U i在200V左右调节，测量直流输出电压U o，测定电源电压变化对输出的影响。

⑥上述各实验步骤完毕后，将输入电压U i调回零位。

(3)主电路闭环特性测试
①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U f接至控制电路的U f端，使系统处于闭环控制状态。

②重复主电路开环特性测试的各实验步骤。

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
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。