开关电源技术
实验二 直流斩波电路（Buck—Boost变换器）研究
一．实验目的
1．掌握Buck—Boost变换器的工作原理、特点与电路组成。 2．熟悉Buck—Boost变换器连续与不连续工作模式的工作波形图。 3．掌握Buck—Boost变换器的调试方法。
二．实验内容
1．连接实验线路，构成一个实用的Buck—Boost变换器。
2．调节占空比，测出电感电流iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D，并与理论值相比较。 3．将电感L增大一倍，测出iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D，并与理论值相比较。 4．测出连续与不连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD等波形。 5．测出直流电压增益M=VO/VS与占空比D的函数关系。
6．测试输入、输出滤波环节分别对输入电流iS与输出电流iO影响。
三．实验线路
见图5—5。
四．实验设备和仪器
1．MCL-08直流斩波及开关电源实验挂箱 2．万用表 3．双踪示波器
五．实验方法
1．检查PWM信号发生器与驱动电路工作是否正常
连接有关线路，观察信号发生器输出与驱动电路的输出波形是否正常，如有异常现象，则先设法排除故障。
2．电感L=1.6mH，电感电流iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D测试
将“16”与“18”、“21”与“4”、“22”与“5”、“19”与“6”、“1”与“4”、“9”与“12”相连，即按照以下表格连线。 16 21 18 4
22 5 19 6 1 4 9 12 6
开关电源技术 合上开关S1与S2、S3、S4，用示波器观察“7”与“13”（即iL）之间波形，然后调节RP1使iL处2112+15V11R5+通S4断22L4C3C5+192010C298+1523C1+436555L12141R1于连续与不连续的临界状态，记录这时候的占空比D与工作周期T。 3．L=1.6mH，测出处于连续与不连续临界工作状态时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形 调节RP1，使iL处于连续与不连续临界工作状态，用示波器测出GTR基-射极电压Vbe与集-射极电压Vce；二极管VD阴极与阳极之间电压VD；电感L3两端电压VL；电感电流iL；三极管集电极电流iC以及二极管电流iD等波形。 4．L=1.6mH,测出连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形 调节RP1，使iL处于连续工作状态，用双踪示波器观察上述波形。 5．L=1.6mH,测出不连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形 调节RP1，使iL处于不连续工作状态，用双踪示波器观察上述波形。 6．L=1.6mH，iL处于连续与不连续临界状态时的占空比D测试
将开关S2断开，观察iL波形，调节RP1，使iL处于连续与不连续的临界状态，记录这时候的占空比D与工作周期T。
7．L=3.2mH，测出连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形
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Vcc通 断S1RP172185C43图5—5 BUCK-BOOST电路R3R4L313R2S2L27+15VR6S3通 断6通VT断18161745开关电源技术
调节RP1，使iL处于连续工作状态，测试方法同前。
8．L=3.2mH，测出不连续工作状态时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形 9．测出M=VO/VS与占空比D的函数关系
（1）L=1.6mH，占空比D 从最小到最大范围内，测试5～6个D数据，以及与此对应的输出电压VO。
D Vo（V）
（2）L=3.2mH，测试方法同上。 D Vo（V）
9．输入滤波器功能测试
有与没有输入滤波器时，电源电流（即15～14两端）波形测试。 10．输出滤波器功能测试
有与没有输出滤波器时，输出电流纹波测试。
五．实验报告
1．分别在L=1.6mH与3.2mH条件下,列出iL连续与不连续临界状态时的占空比D,并与理论值相比较。 理论上iL连续与断续的临界条件为τ
LC
=（1-D）/2，式中τ
2
LC
=L/RT为连续与断续临界状态时的临界时
间常数，负载电阻R=300Ω，工作周期T按实测数据。
2．画出不同L，连续与断续时的Vbe、Vce、VD、iL、iC、iD等波形，并与理论上的正确波形相比较。 3．根据不同的L值，按所测的D，VO值计算出M值，列出表格，并画出曲线。连续工作状态时的直流电压增益表达式为M=D/（1-D），请在同一图上画出该曲线，并在图上注明连续工作与断续工作区间。
4．试对Buck-Boost变换器的优缺点作一评述。 5．试说明输入、输出滤波器在该变换中起何作用？ 6．实验的收获、体会与改进意见。
六．思考题
试分析连续工作状态时，输出电压VO由哪个参数决定？当断续工作状态时，VO又由哪些参数决定？
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实验三 移相控制全桥零电压开关PWM变换器研究
一．实验目的
1．掌握移相控制全桥零电压开关PWM变换器（简称PS-FB-ZVS-PWM变换器）的组成，工作原理与波形。
2．熟悉移相控制零电压开关（ZVS）专用集成芯片UC3875的工作原理与使用方法。 3．掌握PS-FB-ZVS-PWM变换器的调试方法，主要参数变化对实现ZVS的影响。
二．实验内容
1．熟悉实验系统面板布置并连接实验线路，构成一个实用的PS-FB-ZVS-PWM变换器。 2．芯片UC3875的波形与性能测试： （1） 谐振频率与锯齿波的周期与幅值。 （2） 输出脉冲的相位与死区时间。 （3） 管脚2，3（10端），4，5的电压值。 3．变换器波形测试：
（1） 两个桥臂开关管的驱动波形与其漏源电压波形。 （2） 逆变桥输出电压UAB与输出变压器原边电压波形。 （3） 输出变压器副边整流后的电压与输出直流电压波形。 （4） 输出变压器原边电流波形。
4．电路参数变化对实现零电压开关性能影响的测试：
（1） 当谐振电感、主电路电压以及负载变化时对实现零电压开关的影响。 （2） 当谐振电感、主电路电压以及负载变化时对占空比丢失的影响。
三．实验系统组成及工作原理
电力电子技术的发展方向之一是高频化，其实现的途径，其一是发展高频化的开关器件与配套元件；其二是高频电力电子变换器电路拓扑的发展。后者主要指软开关技术的发展。应用软开关技术可以大幅度降低开关损耗和开关噪声，可使开关频率获得大幅度提高，从而可使电力变换器具有更高的效率、更高的功率密度、更高的可靠性以及可有效地减小电力变换器所引起的电磁污染和环境污染，为大力发展绿色电力电子产品提供了有效的途径和方法。正因为软开关技术具有诸多的显著优点，因此该理论从80年代提出后受到了国内外科技界的极大重视，已成为当前电力电子变换器领域的热门研究技术。
实验系统原理框图如图5-18所示。系统采用移相控制方式实现零电压开与关（简称ZVS）。移相控制方式是近年来在全桥变换电路拓扑中广泛应用的一种软开关控制方式，它是谐振变换技术与常规PWM技术的巧妙结合，既实现了软开关又保持了常规全桥PWM变换电路所具有的拓扑结构简单、控制方式简单、开关频率恒定、元器件的电压和电流应力小等一系列优点。
移相控制方式的基本工作原理为；每个桥臂的两个开关管180o互补导通，两个桥臂的导通之间相差一个相位，即所谓移相角，通过调节此移相角的大小，来调节输出电压脉冲宽度，从而达到调节输出电压的目的。
移相控制软开关的一个特有现象，也可以说是其主要不足的是存在副边占空比丢失现象，即副边占空比小于原边的占空比，两者的差值通常用Dloss表示，而且谐振电感越大、负载越大、主电路电压越低则Dloss越大。
系统工作原理如下：如果能使VT1与VT3分别在VT2和VT4之前先关断，而后再关断VT2和VT4，即
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可实现ZVS，为此可称VT1与VT3为超前桥臂，而VT2与VT4则称滞后桥臂。
两个桥臂开关管的软关断均靠与其并联的吸收电容（C1-C4）实现，这是很显然的，因为当开关管导通时，与其并联的吸收电容两端电压为零，当其关断时，高频变压器原边电流对其充电，这样就限制了该关断管子的电压上升率，从而实现了软关断。
超前桥臂当VT1关断后，线路电感与开关管并联电容C1、C2谐振，使C1充电，C2放电，当C2上电压下降到零时，变压器原边电流通过VD3与VT4续流，显然这时VT3管两端电压近似为零，如果在续流期间开通VT3，VT3就实现了零电压开通。
VT3开通后，在变压器原边电流续流期间如果关断VT4，这时谐振电感与电容C2、C4发生谐振，即将原通过VT4的原边电流转移到C2与C4支路中，即给C4充电，同时给C2放电，当C4两端电压充电到主电路电源电压时（此时C2两端电压则放电到零），与VT2反并联的二极管VD2自然导通，即这时原边电流通过VD2、VD3续流，如果在此期间开通VT2，即实现了滞后桥臂VT2的零电压开通。
控制电路主要由芯片UC3875与相关外围器件构成，UC3875是美国UNITRODE公司专门为移相控制软开关所设计的，称为移相谐振控制器。芯片主要功能包括工作电源、基准电源、振荡器、锯齿波、误差放大器和软启动、移相控制信号发生电路、过流保护、死区时间设置、输出级等。
在频率设置脚（16脚）与信号地GND之间接一个电容和电阻，即可设置振荡频率，从而设置输出级的开关频率（注意：输出开关频率为振荡频率的1/2）。
锯齿波斜率设置脚（18脚）与5V基准电源（1脚）之间接一个电阻，再在锯齿波电压产生脚（19脚）与GND间接一个电容，即可设置锯齿波的幅值。
误差放大器的同相输入端（4脚）接从基准电压处分压后得到的一个固定电压，反相端（3脚）接由输出电压处分压后得到的反馈电压，误差放大器的输出（2脚）接到PWM比较器的一端，与锯齿波电压相比较，以调节移相角的大小，从而达到调节输出电压的目的。可见，这样的接线构成了一个电压闭环的自动调压系统，调节反馈电压的大小，即可方便地调节输出电压的大小。
芯片的14与13脚输出一对互补的方波信号OUTA与OUTB，而9与8脚则输出另一对互补的方波信号OUTC与OUTD，且在相位上后者领先于前者，两者相差一个移相角。该移相角的大小决定于误差放大器的输出与锯齿波的交截点。
为了防止同一桥臂的两个开关管同时导通，同时给开关管提供软开关时间，两个开关管的驱动信号之间应该设置一个死区时间。如果在芯片的15脚、7脚与GND之间接一个电阻和电容，就可以分别为两对互补的输出OUTA-B、OUTC-D设置死区时间。
有关UC3875的更详细说明，可参阅有关资料和附录中的UC3875芯片的介绍。
四．实验设备和仪器
1．MCL－17实验挂箱 2．万用表 3．双踪示波器
五．实验方法
1．认真阅读实验指导书与有关资料，掌握移相控制全桥软开关变换器的基本工作原理、有关波形分析、参数变化对实现软开关的影响，并熟悉UC3875的管脚功能。
2．UC3875的波形与性能测试。
合上控制电源SW3后即可进行下述测试：
（1） 测量16脚的波形，读取该波形的最大与最小值及其周期时间。
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