电气11级《信号与控制综合实验》课程电力电子部分实验报告姓名学专业班同组学号专业班号同组者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DC/DC PWM升压降压变换电路性能的研究三相桥式相控整流电路性能的研究DC/AC单相桥式SPWM逆变电路性能的研究设计性实验实验名称/内容实验分值评分实验三十九信号的调制—SPWM信号的产生与实现教师评价意见总分目录实验二十八 PWM信号的生成和PWM控制的现 (4)实验二十九 DC/DC—PWM升压、降压变换电路性能研究 (11)实验三十三相桥式相控整流电路性能研究 (14)实验三十一DC/AC单相桥式SPWM逆变电路性能研究 (23)实验三十九信号的调制—SPWM信号的产生与实现 (32)实验心得 (40)实验二十八 PWM信号的生成和PWM控制的实现一．实验目的分析并验证基于集成PWM控制芯片TL494的PWM控制电路的基本功能，从而掌握PWM 控制芯片的工作原理和外围电路设计方法。

二．实验原理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；而脉冲宽度的变化与变换器的输出反馈有着密切的联系，当输出变化时，通过输出反馈调节开关管脉冲驱动信号，调节驱动脉冲的宽度，进而改变开关管在每个周期中的导通时间，以此来抵消输出电压的变化，从而满足电能变换的需要。

本实验中采用实验室中已有的PWM控制芯片TL494来完成实验，当然在进行具体的PWM控制之前，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，如何输出？输出地双路信号存在怎样的关系？参考信号是如何形成的？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反馈的？另外我们也必须了解和认识到对不同开关管进行驱动时，为保证开关管的完全可关断，保证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，若开放较宽脉冲而带来的较大冲击电流的影响（和会给整个电路带来许多不利影响），控制芯片要采用“软启动”的方式，这也是本实验中认识的一个重点。

三．实验内容（1）考察开关频率为20kHz，单路输出时，集成电路的软启动功能。

（2）考察开关频率为20kHz，单路输出时，集成电路的反馈电压Vf对输出脉宽的影响。

（3）考察开关频率为20kHz，单路输出时，集成电路的反馈电流If对输出脉宽的影响。

（4）考察开关频率为20kHz，单路输出时，集成电路的保护封锁功能（5）考察开关频率为20kHz，单路输出时，集成电路死区电压对输出脉宽的影响。

四．实验步骤本实验采用单路输出，将端口13接地。

1．PWM脉宽调节：软启动后，在V1端口施加电压作为反馈信号Vf，给定信号Vg=2.5v，改变V1端口电压大小，即可改变V3,从而改变输出信号的脉宽。

V3越大，K越大，C=J+K越大，脉宽越小；反之脉宽越大。

记录不同V1下的输出波形并与预计实验结果比较。

2．软启动波形：为防止变换器启动时较大的冲击电流，控制芯片TL494和其他控制芯片相似也采用了软启动。

在启动时，为防止变换器冲击电流的出现，驱动脉宽应从零开始增大，逐渐变宽到工作所需宽度。

本实验中此功能由脉冲封锁端口电位的逐渐开放来实现，电位又打逐渐变小，便可实现软启动。

为对控制芯片的该控制过程有更明确和清晰的认识，我们可以观察芯片启动过程中“启动和保护端口4”（TP3）的电压波形变化并与实验前预测进行比较。

3．观察TL494控制芯片的脉冲封锁功能：本实验中脉冲封锁很容易实现，可以通过增大V4电位实现，进行简单的观察，可以通过改变JP2接法增大V4电位，使得V4+0.12>Vct，则输出立即封锁。

4．死区时间测量：使反馈电压为零，即V3=0，则K=0，调节V4电位，观察并记录PWM 输出波形，并测量死区时间。

5．观察PWM控制芯片TL494的过流保护功能：通过在I1和I2端口施加可变电压，观察封锁时间（相关封锁指示灯亮，输出变为零），并记录封锁时的施加电压，认识芯片TL494的限流保护功能。

五、实验结果及相关波形：1、锯齿波的观测控制芯片TL494的参考锯齿波（f=20KHZ）2.接通JP2 ，观察TP3的启动波形JP2接通时投票TP3启动波形3.3和4的波形相同，改变反馈电压的同时，所输出的PWM脉冲宽度改变，如下：占空比为0.37，不同反馈电压时的信号脉宽不同。

JP2连接12：JP2连接34：5、死区时间的测量死区时间Td与被驱动导通的最大脉宽时间的关系为，而最大脉宽时间与反馈电压的大小有关。

故在当前电压下测得的死区时间如图所示：死区时间大概为2.5纳秒六、实验思考题：1.如何验证本实验中PWM控制电路（TL494）具有稳压控制功能？答：本实验中采用的控制芯片TL494中的稳压功能是通过反馈环节来实现的，在实验原理部分已经进行了较为详细的说明；当然若要进行简单的验证，我们可以采用简单的Buck电路，限定输出Vo=50v，此时通过霍尔电压传感器采集输出电压信号，同时采用合适的采样电阻（给定输出电压不同，则采样电阻不同），并调节可调电阻RP1，使变换器输出Vo=50v时，电压误差信号端输入为零（即此时有效反馈为零，不影响输出）。

当控制电路调节完成时，改变输入电压或负载大小，观察输出电压变化（理论上由于反馈调节的存在，输出电压不变或者变化很小），即可验证PWM 控制电路（TL494）具有稳压控制功能。

2.如何验证本实验中PWM控制电路（TL494）具有的保护功能?答：PWM控制电路的保护功能由脉冲封锁端实现，这一点在软启动过程中我们已经看到：改变脉冲封锁端口的电位，即可改变输出脉冲信号的脉宽；若脉冲封锁端电位由于外界因素的影响而被迫升高，使得V4+0.12>Vct，则输出立即封锁。

利用这一点，我们仍采用简单的Buck电路进行验证，用电流传感器采样主电路电流，选择合适的采样电阻（根据主电路极限电流的大小不同而不同），转换成电压信号，并反馈到脉冲封锁端，一旦主电路电流超过允许极限电流，脉冲封锁端电位便快速上升，使输出立即封锁，保护主电路不致过流。

3.举例说明软启动的作用。

答：软启动的作用在实验原理部分、及实验部分都进行了较为详细的说明和观察。

作为应用，以V-M 直流电机调速系统为例（整流器作为供电电源），若电力电子变换器启动时，突然开放脉宽，此时作为负载的直流电机会因此而导致脉动转矩，这将导致电路出现过大电流而损坏电路元件；相反软启动，则可以使变换器的驱动脉宽从零平滑增长，使输出电压平滑变化，不会产生大的脉动转矩和脉动电流，实现平滑启动，同时是电路安全可靠稳定的运行。

4.说明限流运行时的PWM 控制方式的变化。

答：在电力电子PWM 变换电路中，由于稳压调节的关系，输出脉冲可能长时间处在很宽的状态下，此时虽然电路电流为达到保护保护动作电流，但此时变换器的输出功率可能已超过允许负荷，长时间超负荷运行会严重影响开关管寿命并导致电路故障，因此此时需对电流进行限制，使PWM 由稳压控制方式转换为限制电流的非稳压方式。

此时从端口15（以TL494为例）输入主电路变换器的允许极限电流M I ，16端口接霍尔电流传感器的实际电流检测值F I ，正常工作时F M I I <，此时控制芯片仍工作在稳压方式，一旦F M I I >，则电流比较器输出端Y 输出高电位，使V3为高电位，30.7ct V V v >+，则C=1，输出立即封锁。

实验二十九： DC/DC PWM 升压、降压变换电路性能研究一．实验原理利用实验二十八中的PWM 控制芯片产生驱动信号，驱动Buck （直流降压）电路开关管，实现DC/DC 降压变换。

为较为详细的了解和认识Buck 电路的性能，我们首先进行的是，Buck 的开环特性，不加反馈环节，研究输出与占空比、输入电压和负载的关系；在此基础上，添加反馈环节，实现电压反馈控制，固定占空比使最大（尽量拓宽电压和负载的变化范围），研究输入电压、负载变化时，输出的变化情况。

二、实验目标：1．验证并研究DC/DC PWM 降压变换电路的工作原理和特性。

2. 在实验28的基础上，进一步掌握PWM 集成电路芯片的应用和设计原则。

3.了解电压/电流传感器的选用原则及如何确定采样电阻。

实验要求指标：降压试验输入电压：100v+20%；输出50v 输出功率：100w三．实验内容及方案设计：1.研究降压变换器的开环特性2.研究降压变换器的闭环特性3.反馈环节及滤波器的设计四．参数计算：1.电感和滤波电容的计算： 选取开关频率f=10KHz 80=<Vs<=100v则0.417=<D<=0.625临界电流：Iob= 0s v D 2Lf （1-）则：00min(1)(10.416)L 0.7322s s o v D v mH Lf Lf I --≥==取L=10mH 则00.0940.1458B A I A ≤≤，则343R 533Ω≤≤Ω即R<343Ω时，电流一定连续，取R=250Ω取纹波系数：000.01V V ∆≤则滤波电容：min2017.38sD C F V Lf V μ-≥=∆取100C F μ=2.传感器采样电阻的计算：1）电流传感器采样电阻的计算：电流传输比：01000i I I =，选匝数n=5，同时假定PWM 控制器的极限电流Im=2A （含纹波），则3V 200mI R =，则300R =Ω，刚好为内置电阻。

2）电压传感器采样电阻的计算：当输出电压固定V0=50V 时，霍尔传感器的输入电流为：50v 1015k 3i I mA ==Ω，则由电压传感器的电流传输比：025A 25A 10mA 3i m I I m =⨯=则输出电压：05v V RI ==，则R 600=Ω，除已内置的300电阻外，需在霍尔电压传感器的输出端口另串入300Ω电阻。

实验结果及数据记录： 1.Buck 电路的开环特性：设定占空比为D=55.56%（10/18），改变输入电压Vs ，测量输出电压和输出电流大小：输入电压/V 8090100110120输出电压/A 3237414549输出电流/A 0.150.190.190.20.212.输入Vs=100V,改变负载电阻大小，测量输出电压和输出电流大小（开环）负载电阻输出电压输出电流99360.41200400.25250400.2500450.113.输入Vs=100V,改变占空比，负载电阻250，测量输出电压和电流大小占空比D%16.822.2227.7833.3338.9输出电压V 2229404250输出电流0.10.120.190.2结论：从开环实验数据中，我们可以知道，输出电压和输出电流跟随输入电压、占空比和负载而发生变化，当输入电压、占空比、负载电阻变大时，输出电压变大。