实验一反激式电流控制开关稳压电源一、实验目的(1)了解单管反激式开关电源的主电路结构、工作原理。

(2)测试工作波形，了解电流控制原理。

二、实验所需挂件及附件序号型号备注1 DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。

2 DJK09 单相调压与可调负载3 DJK23 单端反激式隔离开关电源4 双踪示波器自备5 万用表自备三、实验线路及原理单管反激式开关电源原理电路如图4-10所示。

图4-10 单管反激式开关电源原理图交流输入经二极管整流后的直流电压U dc经变压器初级绕加到功率三极管Q1之C极，同时经电阻R9、R10加到Q1之b极使Q1开通。

Udc电压加到变压器初级使磁通逐渐上升，初级电流也线性增大，变压器反馈绕组3－4上的感应电势的极性使Q1的b-e之间正向偏置增大，使Q1完全饱和导通，这是一个正反馈自激过程。

Q1饱和导通之后变压器初级承受Udc电压，变压器磁路中的磁通Φ正比于U dc*t中的伏秒积分，t是Q1开通的时间长度。

在变压器磁通达到饱和值之前，Φ是线性增长，Q1中的电流是线性增长。

为了保证Q1中的电流不超过其元件最大值，因此必须将此电流在适当的时候进行切断，这个电流峰值的控制由三极管Q2实现。

当R7中的电流大到一定允许值Q2导通，强迫将Q1之b极变为零电平，使Q1关断，而Q2的通断受三极管Q4的通断来控制；而Q4的通断由三极管Q3和4N35中的三极管的导通情况来决定。

Q3的通断由来自电流C端R反馈采样电阻R 7上的电压来控制。

当R 7上的电流大到一定值，使Q 3的b-e 极正偏加大，使Q 3导通。

本线路对 5V 直流输出电压有自动稳压调节功能，当负载减小5V 输出电压增大时，输出电压的采样电阻分压后加到TL431的R 端的电压增大。

由TL431的作用原理可知其C 端电压会自动下降，结果造成4N35的二极管中电流增大，从而使4N35的三极管的等效内阻减小，结果使Q 4提前导通最终使Q 1提前关断，即负载减小时Q 1的开通/关断占空比减小，这从Q 1-e 极的波形可以明显看到。

当输入交流电压减小，Udc 下降时，Q 1导通后变压器中的磁通上升速率减小，结果Q 1的开断周期延长。

开关频率下降，例如从180V AC 输入时的62KHz 下降到100V AC 输入时的44.8KHz 。

当Q 1中的电流被切断之后，变压器电感贮能释放，磁通下降，变压器副边绕组的感应电势经整流滤波后输出。

这就是一般反激式（Fly back ）的原理。

TL431的原理框图如下：的原理图C 3R 5D 1R 8为缓冲电路，减小Q 1关断时Q 1管c-e 极的电压。

四、实验内容(1)电路波形的测试。

(2)输入电压变化时主电路波形的测试。

(3)输出负债电流变化时主电路波形的测试。

(4)开关电源稳压特性的测试。

五、思考题(1) 什么叫反激式开关电源，它与正激式有何区别？ (2)什么叫自激式与他激式开关电源？(3)变压器的磁路在制作时为什么必须留有气隙？ (4)开关管的选择原则是什么？ 六、实验方法 (1)系统接线：①将DJK09的交流调压输出接至DJK23的交流输入端。

②将DJK09上的两个电阻并接成可调负载电阻。

(2)波形观察①接入DJK09单相自藕调压器的220V 交流电源，并开启DJK01控制屏的电源开关。

②调节DJK09的交流输出为180V ，并调节DJK09上的负载电阻，使DJK23上5V 直流输出的电流为2A 。

③用示波器观测电路相应各点的波形。

Q 1的e 极（即电流采样电阻R 7两端）的波形 三极管Q 1的b 级波形变压器反馈绕组3－4端的电压波形 三极管Q 2的b 级波形 三极管Q 3的b 级波形三极管Q3的C级波形开关频率与占空比的测定并记录数据④改变交流输入电压为100V，负载不变，重复步骤③。

⑤令5V直流输出负载电流为0.3A，交流输入为180V，重复步骤③。

(3)开关电源稳压特性的测试①保持负载不变（5V、2A；±12V，0.5A），改变DJK23的交流输入电压，从70V~250V，测定5V和12V直流输出电压的变化及纹波系数。

②保持DJK23交流输入电压不变，改变负载从(5V,0.15A~2.6A；±12V，0.15~0.5A)，测定5V和12V直流输出电压的变化及纹波系数。

七、实验报告(1)整理典型情况下的各点波形。

(2)说明电流控制原理。

(3)分析5V直流输出负载变化时输出电压不变的原理？(4)当12V直流输出的负载改变时，输出12V电压能够保持不变吗？为什么？(5)分析交流输入电压改变时，5V直流输出电压保持不变的原理？八、注意事项(1)交流输入电压必须大于60V，小于250V。

(2)用示波器观察电路波形时，必须要注意共地问题。

(3)＋5V的最大负载电流为5A，±12V的最大负载电流为1A。

实验二 PS-ZVS-PWM软开关技术实验一、实验目的(1)熟悉移相控制零电压开关PWM(PS-ZVS-PWM)的结构与工作原理。

(2)了解全桥软开关电源移相PWM控制芯片的使用方法和工作原理。

三、实验线路及原理RL图4-31 实验线路图实验线路主要有控制电路、驱动电路、移相控制零电压开关PWM (PS-ZVS-PWM)变换器和稳压反馈电路组成。

1、PS-ZVS-PWM变换器简介PS-ZVS-PWM变换器利用变压器的漏感或原边串联电感和功率管的寄生电容或外接电容来实现零电压开关，它的电路结构及主要波形如图4-32所示。

图4-32 主电路结构和主要波形其中，D 1∽D 4分别是Q 1∽Q 4的内部寄生二极管，C 1∽C 4分别是Q 1∽Q 4的寄生电容或外接电容。

L r 是谐振电感，它包括了变压器的漏感。

每个桥臂的两个功率管(Q 1、Q 3和Q 4、Q 2)成180°互补导通，两个桥臂的导通角相差一个相位，即移相角，通过调节移相角的大小来调节输出电压。

Q 1和Q 3分别超前于Q 4和Q 2一个相位，称Q 1和Q 3组成的桥臂为超前桥臂，Q 4和Q 2组成的桥臂为滞后桥臂。

在一个开关周期中，PS-ZVS-PWM 全桥变换器有12种开关状态。

假设： ①所有元器件均为理想器件； ②C 1=C 3=C lead ，C 2=C 4=C lag ；③L f 》L r /K 2，K 是变压器原副边匝比, L f 为输出电感。

图4-33到图4-39给出了该变换器在不同开关状态下的等效电路。

各开关状态的工作情况描述如下。

（1）开关模态0在t 0时刻，对应于图4-33。

Q 1和Q 4导通。

原边电流由电源正经Q 1、变压器原边绕组、谐振电感L r 以及Q 4，最后回到电源负。

副边电流回路由副边绕组L s1的正端，经整流管DR1、输出滤波电感L f 、输出滤波电容C f 与负载R L ，回到L s1的负端。

(2) 开关模态1[t 0∽t 1],对应于图4-34。

在t 0时刻关断Q 1，原边电流从Q 1中转移到C 3和C 1支路中，C 1充电，C 3放电。

由于C 1的存在，Q 1是零电压关断。

在这个时段里，谐振电感L r 和滤波电感L f 是串联的，而且L f 很大，因此可以认为原边电流i p 近似不变，类似于一个恒流源。

R LdQ1Q2Q3Q4Q1Q4012345678910111213t t t t t t t t t t t t t t i PV AB 0V rectV INI 2V INV /K INI 1QttttR L在t 1时刻，C 3的电压下降到零，Q 3的反并二极管D 3自然导通，从而结束开关模态1。

图4-34 开关模态1（3）开关模态2[t 1∽t 2],对应于图4-35。

D 3导通后，开通Q 3。

虽然这时候Q 3被开通，但并没有电流流过，原边电流由D 3流通。

由于是在D 3导通时开通Q 3，所以Q 3是零电压开通。

Q 3&Q 1驱动信号之间的死区时间t d(lead)>t o1。

在这段时间里，原边电流等于折算到原边的滤波电感电流。

在t 2时刻，原边电流下降到I 2。

图4-35 开关模态2（4）开关模态3[t 2∽t 3],对应于图4-36。

在t 2时刻，关断Q 4，原边电流i p 由C 2和C 4两条路径提供，也就是说，原边电流i p 用来抽走C 2上的电荷，同时又给C 4充电。

由于C 4的存在，Q 4是零电压关断。

此时，V AB =-V C4, V AB 的极性自零变为负，变压器副边绕组电势下正上负，整流二极管DR2导通，副边绕组L s2中开始流过电流。

整流管DR1和DR2同时导通，将变压器副边绕组短接，这样变压器副边绕组电压为零，原边绕组电压也为零，V AB 直接加在谐振电感L r 上。

因此在这段时间里实际上谐振电感和C 2 、C 4在谐振工作。

R LR L图4-36 开关模态3在t 3时刻，当C 4的电压上升到V IN ，D 2自然导通，结束这一开关模态。

（5）开关模态4[t 3∽t 4],对应于图4-37。

在t 3时刻，D 2自然导通，将Q 2的电压箝位在零电位，此时就可以开通Q 2，Q 2是零电压开通。

Q 2&Q 4驱动信号之间的死区时间t d(lag)>t 23，虽然此时Q 2已开通，但Q 2不流过电流，原边电流由D 2流通。

原边谐振电感的储能回馈给输入电源。

由于副边两个整流管同时导通，因此变压器副边绕组电压为零，原边绕组电压也为零，这样电源电压V IN 加在谐振电感两端，原边电流线性下降。

图4-37 开关模态4到t 4时刻，原边电流从I p （t 3）下降到零，二极管D 2和D 3自然关断，Q 2和Q 3中将流过电流。

（6）开关模态5[t 4∽t 5]，对应于图4-38。

在t 4时刻，原边电流由正值过零，并且向负方向增加，此时Q 2和Q 3为原边电流提供通路。

由于原边电流仍不足以提供负载电流，负载电流仍由两个整流管提供回路，因此原边绕组电压仍然为零，加在谐振电感两端的电压为电源电压V IN ，原边电流反向增加。

到t 5时刻，原边电流达到折算到原边负载电流-I Lf (t 5)/K 值，该开关模态结束。

此时，整流管DR1关断，DR2流过全部负载电流。

R LR L图4-38 开关模态5（7）开关模态6[t 5∽t 6]，对应于图4-39，在这段时间里，电源给负载供电。

在t 6时刻，Q 3关断，变换器开始另一半个周期的工作，其工作情况类似于上述的半个周期。

图4-39 开关模态62、UCC3895简介图4-40 UCC3895引脚排列图Q1Q3TRC1C3R D1D3Q2Q4C2C4D2D4LrDR1DR2L C ffLLs1Ls2V INi PABQ1Q3TRC1C3R D1D3Q2Q4C2C4D2D4LrDR1DR2L C ffLLs1Ls2V INi PAB图4-41 UCC3895内部功能框图UCC3895的各引脚功能(引脚排列见图4-40)ADS ：自适应延迟时间设置端。