实验二十九 DC/DC PWM升压、降压变换电路性能研究 一、实验目的
1、通过实验进一步理解DC／DC变换器的基本工作原理和性能；
2、将上一实验的PWM控制电路用到Buck电路中，从而具体认识PWM控制的实际应用；
3、了解电压电流互感器的选用原则以及滤波器的设计原则。
二、实验原理
DC/DC变换电路分为升压型的Boost电路和降压型的Buck电路。在电感电流连续的情况下，他们的输出电压大小都与只与驱动脉冲的占空比有关，改变占空比D就能改变输出电压的大小。
本实验选择研究降压型的Buck电路，其电路图如图29-1所示：
图29-1 Buck变换器反馈控制系统原理图
若不加入反馈控制系统，电感电流连续时，输出直流电压VO?DVS，其中D驱动信号的占空比，D?ton/Ts。当D不变时，输出电压将随着输入电压的变化而变化。若加入反馈系统，在输入电压变化时可以通过输出电压的大小调节占空比D，从而保证输出电压恒定，不随输入电压的变化而变化，这就是PWM控制在Buck电路中的应用。
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三、实验内容及设备
1、实验内容
Buck电路实验原理图如图29-2所示：
G1L1电流霍尔10mH电流霍尔VsVD1?R1电压霍尔100uFC1250?/50WVAA图29-2 Buck电路实验原理图
上图中，电表V1、A1分别是测量输入电压和输入电流的，而电表V2、A2分别是测量输出电压和输出电流的，开关管VT的触发信号由实验二十八中的PWM控制电路板产生。
实验的要求指标是输入（100?20%）V，输出50V，输出功率100W，因此应该根据此电路要求来选择电路元件的参数。 （1）滤波电感L和滤波电容C的选取
因为滤波电感L不仅关系到滤波特性，其电流的断续还会影响到变压比。只有在电感电流连续的情况下，变压比M=D。因此它的选取应从两方面考虑：
① 从电流连续考虑，IOB?VSVD(1?D)?O(1?D)，取开关频率2LfS2LfSfs=10kHz，最小占空比Dmin?0.4，负载电流最小值ILmin?0.2A，要电流连续应使负载电流最小值大于临界电流，可得到最小电感值应为3.65mH。
② 从滤波效果来考虑，要使滤波后电压脉动小于1%。
?VO?2fC2根据脉动电压公式：?()(1?D)
VO2fS 17
其中：fs为开关频率，错误！未找到引用源。 取占空比Dmin?0.4，fs=10KHz,可以得电容最小值为7.5uF
根据以上原则，并且保留一定的阈值，选择电感参数为：10mH，电容参数为：100uF。
（2）霍尔传感器的选取
电路中两个电流霍尔传感器是为了将电流信号反馈至控制电路板的I1和I2端以实现过电流封锁功能。电压霍尔传感器是将输出电压反馈回控制电路板的V1端，从而实现闭环控制。由于过电流封锁功能在本实验中没有要求，因此现在只要选择电压霍尔传感器。
因为额定输出电压为50V，选择电压霍尔传感器的R2=600Ω，这样电压霍尔传感器的额定输出电压V2?V150?2.5R2??2.5?600?5V,将此电压反馈至R15000V1端，再经分压后可得到2.5V电压到V?端，从而实现闭环控制。 2、实验设备
电力电子综合实验装置及控制电路板；传感器模块；数字示波器；万用表；电源；10mH电感；100uF电容；250Ω电阻
四、实验步骤及结果
1、开环实验
开环实验即不引人电压反馈。先将控制电路板JP1的2、3引脚接通，JP2的5、6引脚接通，然后接通电源开机，用示波器观察Vg1的波形。再调节电位器R24使驱动信号的占空比D=0.5，如图29-3所示。然后将Vg1引到VT的触发控制端。
① 保持负载电阻R=250Ω，占空比D=0.5不变，改变输入电压，观察并记录各电表的读数，数据如表28-1所示：
表29-1 R=250Ω ，D=0.5时，改变输入电压时各表读数 输入电压U1/V 输入电流I1/A 输出电压U2/V 输出电流I2/A
80 0.1 42 0.14 90 0.11 46 0.15 100 0.12 52 0.17 110 0.14 58 0.19 120 0.15 63 0.2 18
② 保持输入电压VS=100V，占空比D=0.5不变，改变负载电阻的阻值，观察并记录各电表的读数，数据如表28-2所示：
表29-2 U1=100V ，D=0.5时，改变输入负载电阻时各表读数
负载电阻/Ω 输入电压U1/V 输入电流I1/A 输出电压U2/V 输出电流I2/A 100 100 0.28 50 0.49 150 100 0.2 51 0.31 250 100 0.12 52 0.17 450 100 0.09 54 0.1 750 100 0.08 58 0.05
图29-3 D=0.5时，驱动信号的波形
③ 保持负载电阻R=250Ω，占空比D=0.6不变，改变输入电压，观察并记录各电表的读数，数据如表28-3所示：
表29-3 R=250Ω ，D=0.6时，改变输入电压时各表读数
输入电压U1/V 输入电流I1/A 输出电压U2/V 输出电流I2/A
80 0.13 50 0.16 90 0.14 56 0.19 100 0.16 61 0.12 110 0.18 68 0.18 120 0.2 74 0.25 ④ 保持输入电压VS=100V，占空比D=0.6不变，改变负载电阻的阻值，观
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察并记录各电表的读数，数据如表28-4所示：
表29-4 U1=100V ，D=0.6时，改变输入负载电阻时各表读数
负载电阻/Ω 输入电压U1/V 输入电流I1/A 输出电压U2/V 输出电流I2/A
100 100 0.38 59 0.59 150 100 0.26 60 0.39 250 100 0.16 61 0.2 450 100 0.12 64 0.1 750 100 0.09 68 0.08
图29-4 D=0.6时，驱动信号的波形
2、闭环特性
先在控制电路板的V1端接入5V电压，调节电位器RP1到适当位置，使TL494的1号引脚电压V?=2.5V，然后保持RP1不变。将霍尔电压传感器的输出端接到控制电路板的V1端，并使Vg1的初始占空比为0.5，然后进行试验：
① 保持负载电阻R=250Ω不变，改变输出电压，观察并记录各电表的读数，数据如表28-5所示：
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