电力电子试验报告

DC/DC单端正激式变换电路设计实验 1、​ 实验原理及实验内容： 在电力电子学中我们学到了单端正激式直流斩波电路，我们通过各方面了解到PWM单端正激式变换器因为拓扑结果简单、输入输出电气隔离即工作可靠性高等优点，成为当前模块电源首选的拓扑形式，广泛应用于中小功率变换场合。我们小组经过讨论后，决定对该电路的性能进行研究。 正激变换器磁复位的目的是使得激磁电流所引起的磁芯磁化消退,以便下一周期重复磁化.而反激电路却并不需要单独的复位过程.因为在副边二极管导通的时候实际上就是在是磁芯复位。谐振复位是利用变压器磁化电感、功率开关以及整流管的寄生电容对变压器磁芯进行复位，该方案的器件少，磁能利用率和变换率高，有利于提高电源利用率。 本实验主要研究带谐振复位和辅助绕组复位的单端正激变换电路的开环、闭环特性。 带谐振复位的单端正激变换器的实现电路如图1所示，图中：变压器铁芯单方向磁化，故磁通只在单方向发生变化，这就要求采取辅助电路（即复位电路）使铁芯回到磁化曲线的起点： 图1 采用谐振磁复位的单管正激变换器 辅助绕组复位的单端正激变换器的实现电路如图2所示， 图2采用辅助绕组复位的正激变换器 二、实验方案设计 1.​ 关于限流保护: 由基本实验我们已经知道，PWM信号发生器电路板上有电流限流保护部分，试验中我们拿到电路板后，我们要先接入相关测量元件，测量电路板的保护电流，从而引入电流保护，对电路产生保护作用。 2.​ 关于电流、电压互感器 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 ： （1）电压互感器在闭环实验中用到，用来测定输出电压，返回到反馈网络，实现闭环控制，根据需要设计如下电压互感器如图3所示： 图3. 电压互感器电路图 根据低压互感器的工作原理可得： 可得到 电压互感器要串联RX=300Ω，如图3、4端口为电压互感器原方线圈，1、2之间的为副方线圈。在接线使3、4并联在输出电压两端，通过副方线圈送到反馈网络。 （2）电流互感器主要用来测量电路中的输出电流，并将该信号作为反馈进入PWM波产生信号中，防止过流，电流互感器连到PWM信号发生模块用于过流保护，一旦过流便使驱动电路关闭，使电路停止工作，达到保护的目的。电流互感器的设计图如图4所示： 图4 电流互感器电路图 在第一次基本试验中我们测得了过流保护时的外加电压值为6.5V，由此估算一次侧电流最大2A,，实验中选50A/50mA、5匝，可得通过电流互感器的电流10A,则二次侧电流为10mA，可得到： 为了使互感器具有高精度，试验中取RX=200 3.关于滤波器参数 （1）滤波电感参数的计算： 对于单端正变换器 ，令Ton=0.4T 则有 一般最小输出直流负载电流为额定电流的10%，可知：vo=50v，f=10kHz, 取l=10mH。 （2）滤波电容的选择: 带入参数的c约等于7.5UF。取电容为10UF。 4．关于谐振磁复位电路 谐振磁复位电路是利用电路中开关器件寄生电容与变压器励磁电感的自激振荡来实现磁复位，其主电路的拓扑结构如图5，图中Cs是开关管的结电容,Lm是变压器的励磁电感。 图5 电路原理图 变压器的漏电感远远小于励磁电感，变压器的线圈电阻、寄生电容可以忽略不计。 主开关Q1、整流二极管D1、续流二极管D2在导通期间相当于短路，关断期间相当于电容器。Lf足够大，在一个开关周期内，其电流基本保持不变，这样Lf和Cf可以看成一个电流源。在一个周期内变换器有六种开关阶段: 变压器的等效电路如图6所示： 图6 变压器的等效电路图 1、​ 开关管Q1开通阶段，开关管开通，电流流过二极管D1续流二极管中的电流减小，励磁电流开始上升。 2、​ 二为功率输出阶段；在次模态中，能量通过变压器由输入电源传给负载，励磁电流上升。 3、​ 开关阶段三为Q1关段断阶段，在次模态中开关管的结电容被充电，续流二极管结电容放电。 是励磁电感与结电容的特征阻抗 4、​ 开关阶段四中，变压器漏电感上存储能量继续给CS充电电流下降时，变压器上漏电感的能量全部传递到电容上，模态四结束。 5、​ 开关阶段五为磁复位电路，励磁电感与结电容谐振工作，结电容上的能量回馈给电 6、​ 和变压器电感。完成磁复位。 7、​ 开关阶段六为死区阶段，在此模态中，两个二极管同时导通，副边绕组被箱位在零位。因此原边绕组电压也为零，变压器的励磁电流保持不变。 三、实验步骤 1、按上述参数及电路图连好实验电路，负载电阻取200欧姆；注意在开环状态下，通过调节R24，这样在直流输入100V，输出电压平均值理论上应为30V； 2、将电压互感器和电流互感器连入电路，但不将检测信号输入到PWM波产生电路中去，将输入电压在80——120V之间变化，测其开环输出特性，注意观察输出电压平均值、纹波和谐波情况； 3、将检测信号输入到PWM产生信号中去，将输入电压在80——120V之间变化，测其闭环输出特性，注意观察输出电压平均值、纹波和谐波情况。 谐振磁复位方式（占空比0.43） 开环特性 输入电压/V 80 90 100 110 120 输出电压/V 52.5 59.2 65.2 70.2 80.9 峰峰值/V 4 3.2 3.2 4 3.2 图7. 80V对应的输出电压波形 图8. 90V对应输出电压波形 图9.100V对应输出电压波形 图10.110V对应的输出电压波形 图11.120V对应输出电压波形 谐振磁复位电路 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 研究 1.​ 问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的提出 单端正激电路为什么需要位电路？能不能不加复位绕组就实现复位？这是我们小组要研究磁复位电路原由。 正激拓扑复位的目的是使得激磁电流所引起的磁芯磁化消退,以便下一周期重复磁化.而反激电路却并不需要单独的复位过程.因为在副边二极管导通的时候实际上就是在是磁芯复位. 就源边来看,正激电路要处理的问题有二,一是磁芯复位,二是漏感能量泄放.而反激拓扑则主要处理漏感能量就可以了.磁芯复位过程实际上就是能量传递的过程.反射电压其实就是正激电路里边的磁芯复位电压。 至于复位绕组能量释放到副边,这样做可能会面临一点点不变，那就是对于确定的输出电压会将复位电压钳位，这样会进一步限制占空比，尤其是输入电压变化比较大的时候，如果输出电压变化也比较大，那问题还会恶化。 2.​ 复位电路的选择 正激变换器的铁芯为单磁化方向，易于引起磁芯饱和，必须在主开关管关断期间对磁芯复位，有很多种复位电路，我们分析得到集体情况如下： RCD复位电路最大的问题是变压器的激磁电感中的储能在复位期间将全部释放，在电阻R中转换为热能，是一种令人不希望的损耗。不仅如此，变压器的磁路由于变压器绕组中电流的单向性，磁化曲线仅能工作在第一象限，变压器的动态磁感应强度仅能选择在桥式变换器的不到四分之一甚至更低，磁芯利用率大大降低；如采用瞬变电压抑制二极管复位电路的话，瞬变电压抑制二极管在变压器磁通复位期间吸收变压器励磁电感的储能，导致电源的效率降低；箝位绕组复位电路最主要的特点就是增加了一个复位绕组，虽然能提高电源效率，但会增加电源体积并且由于复位绕组的存在要求开关管的耐压相应提高，增大了导通损耗；双管箝位式复位电路最令人头疼的便是桥臂穿通，其控制相对来说比较复杂；有源箝位与谐振式复位电路需要专用芯片对其进行控制，价格贵、控制复杂。因此解决这个问题的矛盾就成为如何创造反向激磁而又不增加电路复杂性。 从上面的具体情况来看、我们觉得大多数的复位电路需要外加电路，在具体运用中不利于电源模块的小型化相比之下，谐振复位是利用变压器磁化电感、功率开关以及整流管的寄生电容对变压器磁芯进行复位，该方案的器件少，磁能利用率和变换率高，有利于提高电源模块的功率密度。针对车载锂离子动力电池充电单元对重量-体积-效率等方面的特殊要求。采用辅助绕组复位实现变压器磁化能量无损地回馈到电网中去，我们决定对磁复位电路和辅助绕组复位电路的基本原理和具体设计方法做研究。主要做以下几个方面。 谐振电路的拓扑结构和工作原理 谐振磁复位电路是利用电路中开关器件寄生电容与变压器励磁电感的自激振荡来实现磁复位，其主电路的拓扑结构如图12，图中Cs是开关管的结电容,Lm是变压器的励磁电感。 图12 电路原理图 A、​ 变压器的漏电感远远小于励磁电感，变压器的线圈电阻、寄生电容可以忽略不计。 B、​ 主开关Q1、整流二极管D1、续流二极管D2在导通期间相当于短路，关断期间相当于电容器。 C、​ Lf足够大，在一个开关周期内，其电流基本保持不变，这样Lf和Cf可以看成一个电流源。 D、​ 在一个周期内变换器有六种开关模式: 变压器的等效电路如图13所示： 图13 变压器的等效电路图 8、​ 开关管Q1开通阶段，开关管开通，电流流过二极管D1续流二极管中的电流减小，励磁电流开始上升。 9、​ 开关模式二为功率输出阶段；再次模态忠，能量通过变压器由输入电源传给负载，励磁电流上升。 10、​ 开关模式三为Q1关段断阶段，在次模态中开关管的结电容被充电，续流二极管结电容放电。 是励磁电感与结电容的特征阻抗 11、​ 开关模态四中，变压器漏电感上存储能量继续给CS充电电流下降时，变压器上漏电感的能量全部传递到电容上，模态四结束。 12、​ 开关模态五为磁复位电路，励磁电感与结电容谐振工作，结电容上的能量回馈给电眼和变压器电感。完成磁复位。 13、​ 开关模态六为死区阶段，在此模态中，两个二极管同时导通，副边绕组被箱位在零位。因此原边绕组电压也为零，变压器的励磁电流保持不变。 1.​ 参数设计要求。 变压器是我们研究电路中的一个主要环节，下面是变压器的设计的简单介绍： 开关电源变压器是高频开关电源的核心元件。其作用为：磁能转换、电压变换和绝缘隔离。开关变压器性能的好坏不仅影响变压器本身的发热和效率，而且还会影响到高频开关电源的技术性能和可靠性。高频开关变压器的设计主要包括两部分：绕组设计及磁芯设计。 高频开关电源中的变压器从性能价格比考虑，MnZn功率铁氧体 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 是最佳的选择。应用于高频开关电源变压器中的铁氧体应具有以下磁特性：高饱和磁通密度或高的振幅磁导率，在工作频率范围有低的磁芯总损耗，较低的温度系数，较高的居里温度。 单端正激变压器的设计步骤如下： (1)了解变压器的各项指标要求； (2)选取磁芯材质确定△B值； (3)计算磁芯的AP值，确定磁芯型号规格； (4)计算初次级绕线匝数； (5)计算线径dw。 在实验中我们用实验台上的变压器， 为了实现谐振磁复位，必须对系统的参数必须进行合理的设计和优化。从前面的分析可知，为了保证变压器能够磁复位，必须满足: 由于开关模态5的时间相对于开关模态3、4来说很短。为了简化分析!这里将其忽略。那么可得到： 由此可推出谐振磁复位电路的最大工作频率应满足: 主变压器上的电压最大值 和主开关管的最大电压应满足 应满足： 8闭环特性 输入电压/V 80 90 100 110 120 输出电压/V ５３.８ 53.9 53.9 53.8 53.7 峰峰值/V 10 12 14 12 12 图14.80V电压对应的输出电压波形 图15.90V电压对应的输出电压波形 图16.100V电压对应输出电压波形 图17.110V电压对应输出电压波形 图18.120V对应的输出电压波形 图19.二极管两端电压波形 图20.VD3两端的电压波形 图21.开关管两端电压 图22.绕组两端电压 辅助绕组复位方式：（占空比0.3） 采用辅助绕组复位方式的原理图 其中隔离变压器有3个绕组：一次绕组N1，二次绕组N2和去磁绕组N3。在Ton期间，Q导通，VD2导通，VD1、VD3截止，电流向负载传递能量，此时，磁通，Δφ=（Vi/N1）Ton=(Vi/N1)DT输出电压Vo=ViN2/N1 Toff时间内，Q截止，VD2截止，VD1导通续流，VD3导通向电源回馈能量，如果在整个Toff期间内，VD3都导通，磁通减少量最大为Δφ′=Vi（1—D）Ts/N3，输出电压Vo=0，此时开关管Q两端反压为Vi（1+N1/N3）。 为了使磁通完全复位，Δφ≤Δφ′，即D≥N1/（N1+N3），变换器输出直流电压平均值为DViN2/N1。 对于参数的选取，我们还是用的带谐振复位方式的数值。 开环 输入电压/V 80 90 100 110 120 输出电压/V 33.6 37.4 40.3 44.4 48.3 峰峰值/V 9.6 10.4 11.2 10.4 13.6 图23.80V对应的输出电压波形 图24.90V对应输出电压波形 图25.100V对应输出电压波形 图26.110V对应的输出电压波形 图27.120V对应的输出电压波形 闭环 输入电压/V 80 90 100 110 120 输出电压/V 33.5 37.3 40.5 44.4 46.4 峰峰值/V 10.4 11.2 12 12.8 15.2 图28.80V对应输出电压波形 图29.90V对应输出电压波形 图30.100V对应输出电压波形 图31.110V对应输出电压波形 图32.120V对应输出电压波形 图33.开关管两端电压波形 图34.绕组两端电压波形 图35.VD3两端电压波 实验心得体会 忙碌了一周的实验终于结束了，总的来说这次试验达到了我们的实验目的，从中我感悟颇多，这次试验带给我的不仅仅是新的知识，还有许多 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 本上学不到的东西。 这是我们第一次自己找题目做实验，开始的时候我们都很迷茫，不知从何下手，渐渐地身边的同学开始忙碌起来找队友，想开题了。我自己也开忙起来，找自己的队友。在期末的忙碌之中我们小组诞生了，下一步我们就要开始我们实验的第一步了。都说好的开头是成功的一半，这次我终于体会到了要一个好的开头有多么的难，首先我们得想好做什么？这是我们最迷茫的，心里想做好多东西。我和队友先自己找自己想做的课题，然后大家一起讨论，最后再最后决定做什么。开始我们的意见不统一，有人想做小车，有人想做电机调速，还有人想做验证性实验。经过我们讨论后，结合我们自身的情况，和假期里的时间安排，我们决定做验证性实验，单端正励开关电源电路的研究，单端正励电路在电力电子学中我们学过，感觉好像没什么好做的，但选择这个电路绝对不是我们随便选的，我们在网上查到近些年来开关电源在许多的领域有着广泛的应用。单端正励电路在这类电路中的优越性很明显，深受大家的青睐。我们选择这个电路主要想对这个电路的基本性能加以研究，复习在电力电子学中学到的内容，还有我们想对这个电路的磁复位电路深入研究，如果可以我们还希望通过自己的努力设计出新的磁复位电路。我们的开题报告得到老师的赞同，并给我们提出了一些我们欠考虑的问题，我们非常感谢老师的指点，使我们的实验得以继续。开题我们提出了我们想做什么，接下来我们真正开始了我们的实验。 我就得我们这个实验的重点在于对复位电路的设计和研究，为了现则一个好的复位电路，我查了很多的资料，了解各种不同复位电路的特点，最终我对谐振复位比较感兴趣，于是再商量之后我们决定在谐振复位上下功夫，这个过程是我觉得最有意义的地方，我们在准备阶段把大多数的时间放在这个方面，同时在实验过程中我发现以前做过的许多东西自己好没真正的理解，比如电压互感器，电流互感器，滤波器的设计，特别是滤波器的设计，我发现以前做滤波器我们就随便选个电容和电感，那根本不是设计。我又查资料，费了好大劲才理解了其中原理。这让我自己感觉到担忧，感觉自己学过的东西不牢。 接下来做实验的过程，在这个过程中，让我感悟最深的是，团队合作的重要性，到我们遇到故障时，我们每个人都有不同的想法，这让我们有很高的效率。我始终相信三个臭皮匠赛过诸葛亮，我想我们即将踏入社会，以后的路还很长，学会团队合作对我们来说很重要。虽然在实验中我们到不少的问题，在我们共同的努力下，我们完成了实验。 这个实验结束了，我们的路还长，生活中我们还要努力的学习，学会应用我们学过的理论知识，让理论联系实际，我们才能成为有用的人。最后再次感谢老师的指点。 此次综合实验开始前，一直很担心，担心自己没有能力把实验做完，这或许是我本人自己的基础不是很好，对自己没有信心所导致的结果吧。当我们真正开始做实验的时候才发现我的顾虑是多疑的，其实这实验并没有我们想象的那样复杂到不可完成的，只要我们认真去思考认真的去准备，它就是小菜一碟。 在实验的过程中，我们也犯了一些比较弱智的错误，令我们都感到很无语。比如在测滤波后负载的波形时，我们发现得到的波形是一条幅值为零的直线，而直流电压表上明明显示30多伏特，这说不通啊。为了解决这个问题我们一直在反复的看书，然后疯狂的讨论，最终都一致认为是我们的电路出现问题，但是经过多次认真的检查线路后，发现也不是电路的问题，无奈求助老师，最后才知道原来问题出现在示波器的调节上，当初我们选择的耦合方式为交流，结果把直流给滤掉了——就这么一个小小的细节问题耗掉了我们不少的时间啊。还有一次下午我们回实验室继续我们的实验的时候，不管我们怎么输入电压，发现测量负载电压表的指针总是一动不动的，无奈我们又多次的检查电路，但是还是没有问题，可是电压表依然不为所动，我们开始怀疑，是不是我们离开的时候谁来动我们的实验台使某些原件坏了，为了查出问题的所在，我们疯狂的更换元器件（好弱智的做法），但是还是不行，当我们用电压表直接测量电源的输出电压的时候，发现没有电压输出，于是我们开始怀疑是不是保险丝的烧了（这个怀疑来得就是这么慢），一检查，结果真的是保险丝烧了，大家只能相对着傻笑。 从这次实验中我们犯的一些比较的弱智的错误中我们学到了很多。它教会我们在往后的学习，工作中一定要注意到每一个细节的问题，有一些很细节的问题往往起着一个相当重要的作用，一旦忽视了往往就能给我们带来很大的麻烦，另外我们做事要经过慎密的思考，相互讨论，不能盲目的下定结论。同时也让我们懂得了团队精神的重要性，增强了我们的团队意识。 这次综合实验我们选择了比较基础的综合应用类实验，在完成基本辅助绕组复位的基础上又对谐振复位进行了研究，实验开始之前，我们小组经过讨论，合作分工共同完成实验，由于在拓展创新方面思维不够敏捷，故而我主要负责基本实验这块，包括实验内容原理及步骤，同时也非常感激小组成员给我提出的修改意见及帮助，基本实验我参照了实验指导书的内容，并与之前做的电力电子基础实验的相关内容进行了比较，也融入了自己的思考。在实验过程中，也遇到了一些问题，比如在测量负载端电压波形时，却总是得不到理想的波形，后来经过老师知道才发现自己的思考欠佳，这也证实了在独立思考、解决问题方面我们还存在欠缺，考虑问题不够全面。总之，这次同小组一起完成实验还是比较顺利的，大家配合的也比较默契，我们在一起讨论共同思考的基础上不断改进实验方案，特别是蒋林同学在谐振复位方面大量查找相关方面、不断思考总结，对谐振复位进行了深入的拓展研究，还有组长符光凯的仔细认真，做实验时的一丝不苟，及时组织小组讨论，不断总结，带动了我们大家的积极性。 参考文献 1、徐德鸿等《电力电子技术》，科学出版社，2006年版； 2,、熊蕊编著《信号与系统综合实验教程》，华中科技大学出版社，2010年版。