[工学]电力电子基本实验

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1、电气学科大类《信号与控制综合实验》课程实验报告(基本实验三:电力电子基本实验)姓名学号专业班号同组者学号专业班号指导教师日期实验成绩实验评分表基本实验实验编号名称/内容实验分值评分PWM信号的生成和PWM控制的实现20DC/DCPWM升压降压变换电路性能研究20三相桥式相控整流电路性能的研究20DC/AC单相桥式SPWM逆变电路性能的研究20设计性实验实验名称/内容实验分值评分创新性实验实验名称/内容实验分值评分教师评价意见总分目录实验二十八PWM信号的生成和PWM控制的实现……………………4实验二十九DC/DCPWM升压降压变换电路性能研究………………15实验三十三

2、相桥式相控整流电路性能的研究………………………26实验三十一DC/AC单相桥式SPWM逆变电路性能的研究……………37思考与体会……………………………………………………………48参考文献………………………………………………………………51实验二十八PWM信号的生成和PWM控制的实现一、任务和目标1.熟悉PWM集成电路芯片TL494的工作原理及实现；2.基于PWM芯片的控制电路设计；3.掌握控制电路的调试方法。二、原理和思路本实验的理论基础是PWM控制的基本原理：将宽度变化而频率不变的的脉冲作为电力电子变换器电路中的开关管驱动信号，控制开关管的适时、适式的通断；引入输出

3、反馈后，输出电压即由脉冲宽度来跟踪调控，且其谐波频率固定，易于设计滤波电路。采用PWM控制芯片TL494来完成实验，所以我们必须要详细的了解和认识该控制芯片的工作原理和方式：参考信号和载波信号是如何形成的；反馈信号是如何加载到控制芯片上，同时又是如何以此反馈信号来完成输出控制的；为保证开关管的完全可关断和电路的正常可靠工作，死区时间的控制方式。最后我们也要了解为防止电力电子变换器在突然启动时，为降低较大冲击电流对电路的影响，控制芯片要采用“软启动”的方式，等等。图28-1为TL494控制芯片内部电路的原理框图,图28-2为基于该芯片所搭建的PWM控制电路:图28-1P

4、WM集成电路芯片TL494原理框图图28-2基于TL494芯片实现的PWM控制电路1.软启动功能根据图28-1，电路启动前，，死区电压比较器输出高电平，G1、G2输出低电平，S1、S2截止。电路启动后，利用图2中所示的继电器将R21电阻断开，＋5V电源对电容C21进行充电使V4逐渐降低，当时，与锯齿波存在交点，在交点上方有，此时比较器输出低电平，G1，G2输出高电平，S1、S2导通，电路有脉冲输出。随着V4降低，的时间渐长，占空比变大，直至V4稳定为止，此后占空比保持不变。图28-3给出了软启动过程中的脉宽变化趋势，从中还可以看出，输出脉冲并非与V4的下降同时发生，而

5、是需要经过一段时间，至后才出现。图28-3电路的软启动过程当V4稳定后，由其几何关系可以看出：（28-1）其中，V为V4的稳定值。2.稳压控制方式由图28-1可知，电路启动达到稳定状态后，除V4外，占空比D还与PWM同相端电压V3有关：图中2号端口输入电位Vg为定值，若接入1端口的反馈电压VfVg，则V3=K(Vf-Vg)，随Vf的增大而增大。图28-4给出了占空比D与V3、V4的关系，根据公式（28-1），可得：图28-4稳压控制下占空比D的计算从式（28-3）可知，V3越大，占空比D越小，从而使主电路中的输出电压减小，导致反

6、馈电压Vf减小，V3下降，D增大，如此往复，最终Vf、V3与D均稳定在某个值上，其中Vf=Vg，V3=VA，。根据图28-2可知，若VA≡2.5V,则D≡0.42。3.限流控制与脉冲锁闭限流控制与脉冲锁闭既有联系，又有区别。从控制对象与目的上看，两者检测的均是反馈电流，当其超过设定阈值时，通过使图28-1中逻辑参数C=1，使G1、G2输出低电平，S1、S2截止，从而关断较大的反馈电流。从控制手段上看，限流控制是通过芯片内部的15，16端口，将反馈电流If与阈值电流IM进行比较，使，进而使图28-1中PWM比较器的输出低电平，C=1，实现停止输出；而脉冲锁闭则是通过在芯

7、片外部布设如下图28-5所示的电流检测模块，比较I’f与I’M使得，图28-1中死区电压比较器输出低电平，C=1，实现锁闭输出。另外，脉冲锁闭功能在过流情况下，能通过二极管HL1或HL2的发光对操作者进行提示，而限流控制除了使输出脉冲为零外，并无其他提示信号。三、实验设备1．PWM控制芯片TL494、外围电路元件；控制电源2．具有PWM芯片及外围电路的实验板四、实验内容及方案设计本实验采用单路输出，将端口13接地。方案设计如下：（1）软启动功能：电路的软启动是利用电容的充放电原理实现的。当开关断开时电容C21和R21、R22并联。由于R21阻值仅为1