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现代电源技术综合实验指导书
黄海宏 张学 李文生 朱元付编 杜少武审

合肥工业大学电气与自动化工程学院
2012年8月18日

现代电源技术综合实验包括三部分：单端隔离型高频开关电源实验部分；隔离型桥式DC/DC实验部分；变频调速实验部分。这三个部分在实验箱电路板上有明显的区域标识，并且三个部分相互独立。

实验1 单端隔离型高频开关电源实验
一．实验目的
1.了解单端反激式开关电源的主电路结构、工作原理；
2.掌握单端反激式变压器设计和绕制方法；
3.学会开关电源调试的基本方法。

二．实验原理

图1 单端反激式隔离变换器电路拓扑

单端反激式隔离变换器图1所示。当VT导通时，输入电压Ui便加到变压器T的初级绕组N1上，根据变压器T对应端的极性，次级绕组N2为下正上负，二极管VD截止，次级绕组N2中没有电流流过。当VT截止时，N2绕组电压极性变为上正下负，二极管VD导通，此时，VT导通期间储存在变压器（电感）中的能量使通过二极管VD向负载释放。
本次实验输入为工频交流220V，经过工频隔离变压器将电压降到交流35V，再经过二极管整流和大电解电容滤波变成约48V的直流电压。采用UC3842作为PWM控制芯片，驱动功率MOSFET，控制高频变压器的原边通电，副边采用±15V和+15V三路输出，其中+15V输出作为反馈端，实现电压稳压输出。
图2 单端隔离型高频开关电源电路框图

技术指标：
输入：交流220V±15%
输出：+15V/0.2A，±15V /0.4A（实验者可调整）
MOSFET开关频率：100kHz（实验者可调整）
实验者可观测的数据和波形：
交流输入电压波形、二极管整流后电压波形、电容滤波后电压波形、MOSFET的漏源极电压波形、输出电压波形、UC3842的锯齿波振荡器波形、UC3842的输出驱动波形。
实验者可调整的参数：
可改变反馈电压分压比进而改变输出电压数值；可改变RCD吸收电路参数观测MOSFET的漏源极电压波形变化情况；可改变功率MOSFET的驱动电阻数值参数观测MOSFET的漏源极电压波形变化情况；可改变UC3842的锯齿波振荡器电阻值，观测UC3842的输出驱动波形频率的变化情况。

三．实验设备
单端隔离型反激式变换器实验板1块（已含在实验箱内）
DF1731直流稳压电源1台
示波器1台
数字万用表1块
小一字螺丝刀1把

四．实验电路原理分析
1.PWM控制芯片UC3842简介
UC3842是一种单端输出控制电路芯片，其内部结构框图如图3所示。

图3 UC3842内部结构框图

该芯片电源电压范围30V，输出电流峰值±1A，输出电流（连续）200mA，模拟输入（2脚、3脚）从0到2.6V，误差放大器下拉电流5mA，振荡频率范围100Hz～500Hz，振荡器定时电阻(RT)500Ω≤RT≤150kΩ，振荡器电容(CT)1000pF≤CT≤1µF。
UC3842的管脚功能如下：
1脚：输出补偿端。该管脚为误差放大器输出，并可用于环路补偿。
2脚：电压反馈端。该管脚为误差放大器的反相输入端，通常通过一个分压器连接至开关电源的输出，构成电压闭环。
3脚：电流取样端。一个正比于所控电流的电压接至该引脚，利用电流测定、电流测定比较器构成电流闭环。当该引脚电压≥1.0V时，PWM控制芯片封锁输出脉冲。
4脚：RT/CT端。用于外接振荡电阻和电容，将电阻RT跨接在4脚与8脚（Vref）两端，电容CT接在4脚与电源地之间。
当RT>5kΩ时，振荡频率为：

5脚：接地端。是控制电路与电源的公共地。
6脚：脉冲输出端。该输出可直接驱动功率MOSFET，具有1A的驱动（拉、灌）能力。
7脚：电源供电端。启动门限电压为16V，最低工作电压为10V。
8脚：基准电压输出端。该引脚输出5V基准电压，具有50mA的带载能力，该电源通过RT向CT提供充电电流。

图4 UC3842及外围电路原理图

整流后的直流电压经R1分压后向C9充电，当C9电压≧16V时，达到UC3842 7脚的启动电压门槛值，芯片开始工作：4脚输出锯齿波，其频率可通过电位器RP1调节；6脚输出方波驱动功率MOSFET工作，以控制变压器的原边通电。当输出高电平时，MOSFET开通。
2.整流输出电路

图5 变压器副边输出电路原理图

变压器副边采用+15V和±15V三路输出，选择+15V输出1（X2）作为反馈端，±15V输出2（X3）是变压器另两个绕组T2-4、T2-2的输出电压，经过7815和7915稳压输出。
变压器开始向负载传递能量时，+15V输出1作为反馈端开始工作：反馈电压向C9充电将UC3842的7脚电压钳制住保持不变；反馈电压经R3和电位器RP7分压后输入UC3842的2脚的误差放大器，与芯片内部2.5V基准电压作比较来调整驱动脉冲宽度，从而改变输出电压以实现反馈绕组电压稳压输出，由此可知调节图4中的电位器RP7可以改变反馈输出端的输出电压。
3.电压尖峰抑制电路

图6 DS波形尖峰抑制电路

图6所示是驱动电阻和RCD缓冲电路部分，此部分设计用来抑制MOSFET漏源极电压波形尖峰即DS波形尖峰。通过J1可改变驱动电阻数值，通过J2～J4的组合可改变RCD的R、C参数。

五． 调试引脚说明：
X1：输入端X1稳压电源48V输入，注意红正黑负，如下图所示。

X2：是变压器反馈绕组T2-1稳压后15V输出端子。
X3：是变压器两个绕组T2-4、T2-2的输出电压经过7815和7915后的稳压输出端子。
J16：J16的GND和AC可用于观察输入交流电压波形和电压值，其中GND接示波器探头的地；如下图所示。同理，GND和DC可用于观察经整流和滤波之后的直流电压波形和电压值；GND和CT可用于观察芯片UC3842的4脚的锯齿波输出；GND和OUT可用于观察芯片UC3842的6脚波形输出（MOS管驱动波形）。

J21：可用于观察反馈绕组端输出电压。（见图5）

J22：1端和12端为变压器副边输出电压观测端，分别对应两个绕组T2-4、T2-2的输出电压，3端和9端是变压器两个绕组T2-4、T2-2的输出电压经过7815和7915稳压输出。（可参照图5的原理图）
J29：为MOSFET漏源极电压波形尖峰观测端，即DS波形尖峰观测端。
可以通过一些短路块的调整，来观测DS波形尖峰的变化（可参考图6）：
1） J1用于调节驱动电阻，接上短路块后并联一电阻使总驱动电阻变小；
2） J4接短路块时，表示RCD缓冲电路接入电路，但缓冲电路内部只有R8和C17起作用；
J4、J3、J2均接短路块，内部R8、R9、C17和C18起作用，缓冲电路的总电阻变小，总电容变大。
J5、J6、J7、J8为负载选择端：J5、J6端接上短路块表示反馈绕组端接上负载；J7，J8端接上短路块表示变压器副边另两个绕组T2-4、T2-2端输出接上负载（参考图5）。

六．实验步骤
1.反激式变压器设计
设计一个安匝连续的反激变压器
（1）决定设计反激变压器有关的电源参数。
输入电压 Ui：48±7V
输出电压 Uo：15V
满载电流 Io：0.2A
电路拓扑 反激连续模式
开关频率 fs：100kHz
设定占空比 D：在48V输入时0.4
最大纹波电流 ΔI：0.03A（次级），55V输入
变压器效率 η：80%
输出功率 =18W
峰值短路电流 Isp：6.474A（次级）
次级电感 L：18.23μH (D=0.4, ΔI=0.03A)
最大损耗（绝对）：2.0W
最大温升 40℃
冷却方式 自然对流
（2）初步计算：
Uo＇等于输出电压加上整流器、功率开关、线圈和电感电阻压降，在额定Ui =48V和设定的占空比为0.4时匝比为：

应首先计算低Ui时占空比D、交流和直流分量。低输入电压时的占空比为：

线圈取整后，占空比要相应发生变化，电流推迟到后面计算。
（3）部分参数计算：，，且有，
，两式相除的，由此解得。
根据公式得初级短路峰值电流：
另有： ，。
由：，得
初级电流：I1L=I0/n
图7 不同频率下比损耗与峰值磁感应强度的关系（100℃）

（4）用产品手册选择磁芯材料：磁芯材料为铁氧体，Philips 3C90。100℃时，饱和磁感应为0.32T。
（5）决定磁芯工作的最大磁通密度和最大磁通密度摆幅。如右图，采用磁芯比损耗为100W/cm3时，工作频率f =100kHz对应的B值约为120mT。电感安匝连续模式，饱和限制了最大磁通密度Bmax＝0.12T(3000高斯)。因此，在峰值短路时，B将达到Bmax。假定加了气隙的磁芯的B－H特性线性度好，ΔBmax与电流纹波（在55V）将是：

将峰峰值磁通密度摆幅除以2是0.03T（300高斯）。
在3C90材料磁芯损耗曲线上查300高斯，纹波频率100kHz时比损耗近似为100mW/cm3。比经验值100mW/cm3小得多，磁芯损耗可忽略不计。因此，在ISP＝6.474A时达到Bmax，而ΔI=0.045A时ΔBmax仅为0.0028T。
（6）选取Bmax=0.3T，反激变压器K1=0.0085

磁芯类型选择：查表得磁芯EI22的磁芯AP=， 如果选择EI22容易引起磁饱和。因此选择EE25磁芯，其AP为0.3515cm4，裕量充分，查表得EE25磁芯的磁芯参数为：
有效截面积 Ae：0.429cm2
体积 Ve：4.17cm3
磁路长度 le：4.95cm
中柱直径 C：0.655cm，D：0.655cm
窗口面积 Aw：0.8194cm2
（7）根据需要的电感量计算次级匝数(L－μH;尺寸－cm)：

根据匝比求得初级匝数：

（8）根据要求的电感量计算所需的气隙长度(L－μH;尺寸－cm)：

（9）计算100kHz时的穿透深度

（10）计算导线尺寸
次级线圈：Uo=41V，1－Dmax=0.56。
输出电流：Io=0.2A
平均峰值电流：

电流有效值：

选择电流密度为4A/mm2，导线截面为0.267/=0.066mm2，次级线圈可以选用AWG30号导线绕制，每股导线截面0.06785mm2。
初级线圈：Ui=41V，0.44。
因为初级和次级的平均安匝总是相等的，一起驱动电感磁芯。因此
平均峰值电流：I1a=I2a/n
有效值电流：
峰值短路电流：
另有： ，
由：，得
初级电流：
选择电流密度为4A/mm2，导线截面为0.13/4=0.0325mm2，初级线圈可以选用AWG33号导线绕制，每股导线截面0.03662mm2。
T2-4和T2-2端匝数按类似方法计算。设计变压器时采用不同匝比可得到不同输出电压值，由于稳压块7815和7915的启动电压在17V-30V之间，因此绕制变压器时T2-4和T2-2的匝数与T2-1（+15V）的不同。单排插针J22的1脚和9脚用来测变压器T2-4、T2-2端输出电压值，本实验中取此值约为25V，最后输出端稳定输出±15V电压。

2.变压器绕制方法：
设变压器原边匝数为n1，副边+15V（反馈端）匝数为n2，±15V匝数为n3。
1） 拿到变压器骨架后首先确定1，2，3，4，5，6，7脚
2） 1（原边），4，6，7脚为同名端
3） 第一层先绕副边，从4脚进线，为了不容易绕错，顺时针绕线，绕n2匝，绕完后从3脚出线，然后用绝缘胶布包裹，漆包线与脚相连部位用砂纸打磨除漆
4） 从1脚进线顺时针绕n１匝，从2脚出线，包裹，除漆，完成原边绕制
5） 从6端进线，顺时针绕n3匝，从5脚出线
6） 从7端进线，顺时针绕n3匝，从6脚出线
注：每一层绕完后用绝缘胶布包裹，漆包线与脚相连部位用砂纸打磨除漆，用万用表测一下是否通路。

3.调试步骤（注：在上电过程中，不要用手随意触摸器件，防止短路，离得较近散热器防止搭在一起）
（1）确保变压器接入电路板（注意别插错）
（2）输入波形观测：输入端X1由220V交流电经隔离变压器降压至35V交流电输入，保证输入端X1电源正确接入前提下，示波器接J16的7脚（GND）和1脚（AC），观察输入交流电压波形和电压值；如图中黑夹为示波器接地端。

再接7脚（GND）和4脚（DC），观察经整流和滤波之后的直流电压波形和电压值；观察三个输出指示灯是否正常发光。如果有灯不亮，请对照原理图检查对应电路。
如果想直接利用稳压电源代替调压器和变压器进行调试，将稳压电源输出接入端子X1。该稳压电源为两路30V/2A，为使直流电压达到48V，应采用串联连接（通过面板按钮设置，如下图所示），把电压档打到零再打开开关，缓慢增加电压，加到48V左右，然后根据上述步骤进行调试。

（3）芯片UC3842的调试：输入端X1电源正确接入以启动UC3842芯片工作。
1）万用表接J16的GND和Back，此电压对应芯片7脚电源电压；（看是否达到启动电压）
2）万用表接J16的GND和Vref，测量Vref脚电压是否为5V，此电压对应芯片8脚基准电压端；
3）用示波器探头接J16的GND和CT，观察J16的CT脚锯齿波输出，如下图所示，此波形对应芯片4脚输出，如图8所示。此锯齿波的频率是可调的，调节“频率调节”处的电位器RP1，在示波器上观察锯齿波频率的变化。随着锯齿波频率的改变，J16的OUT脚输出的驱动方波频率也会随之改变，在后面的测试里可以观察。

图8 芯片4脚锯齿波输出示例

4）根据图5的原理图，选择输出负载，如下图所示。

5）用示波器探头接J16的GND和OUT，观察J16的OUT脚波形输出，如图9所示。此波形对应芯片UC3842的6脚输出波形，用来驱动MOS管工作。

图9 芯片6脚驱动方波输出示例

（4）反馈输出端电压调节：用万用表测X2的1和3端口（或J21两脚），测量反馈绕组输出1端X2的电压值。在“反馈电压调节”处调节电位器RP7，观察所测电压值的变化，本实验中要求此电压值为15V。
（5）在电路各部分均正常工作条件下，进行以下测试：
1）用示波器分别记录J1接短路块和J1不接短路块的VDS波形，对波形进行比较和分析；
2）J1不接短路块的情况下，按J4、J3、J2顺序逐次将短路块插针，分别记录VDS波形，观察其波形和峰值；
（6）观察负载对输出电压的影响：负载选择处J5、J6接短路块，断开J7、J8的短路块， X3的+15V和-15V分别接一个滑动变阻器（量程在1A以内），并各自串联一个电流表。滑动变阻器从最大阻值处开始缓慢减小阻值，直到电流表的读数为0.4A左右。在移动滑动变阻器的同时，用万用表测量X3的+15V和-15V两路输出的电压值，观察其值是否有变化，并思考原因。

七．可借鉴的实验波形和结果
以下给出了单端隔离型高频开关电源在开关频率为100kHz， 220V交流电经变压器降为35V交流输入X1，输出电压为15V，输出端满载时电路部分器件工作波形。
（1）驱动电阻的大小对MOS管VDS波形的影响

图10 驱动电阻较大时（J1断开）的VDS波形示例，峰-峰值218V

图11 驱动电阻较小时（J1短接）的VDS波形示例，峰-峰值262V

（2）RCD缓冲电路对VDS波形的影响
1）J4接短路块，表示RCD缓冲电路接入电路，但缓冲电路内部只有R8和C17起作用。此条件下测得的VDS波形如下图所示。

图12 J4接短路块的VDS波形

2）J4、J3、J2全部接短路块，表示RCD缓冲电路接入电路，且缓冲电路内部R8、R9、C17和C18起作用，缓冲电路的电阻变小，电容变大。

图13 J4、J3、J2全部接短路块时的VDS波形
实验二 隔离型桥式DCDC变换器实验
一．实验目的
1.了解隔离型桥式DC-DC变换器的拓扑结构及其工作原理；
2.掌握隔离型桥式DC-DC变换器的变压器与电感器的设计，练习带中间抽头的变压器绕制方法。
3.学会开关电源调试的基本方法。

二．实验原理
以DC24V作为输入，采用2个功率MOSFET组成半桥，采用SG3525作为PWM控制芯片，SG3525两路输出通过IR2110驱动功率MOSFET，控制高频变压器的原边通电，副边采用全波整流，额定输出为+48V。输出电压经霍尔传感器隔离采样作为SG3525的反馈，实现电压稳压输出。

图1 隔离型桥式DC/DC实验电路框图

图2 隔离型桥式DC/DC实验电路主回路拓扑

技术指标：
输入：直流24V±6V
输出： +48V/1A（实验者可调整）
MOSFET开关频率：40kHz（实验者可调整）
实验者可观测的数据和波形：
MOSFET的漏源极电压波形、输出电压波形、SG3525的锯齿波振荡器波形、SG3525的输出驱动波形、功率MOSFET的驱动波形。
实验者可调整的参数：
可改变SG3525的锯齿波振荡器电阻数值，观测SG3525的输出驱动波形频率的变化情况。可改变输出电压反馈电路中的电阻值，调节SG3525给定电压，观察输出电压的变化情况。

三．实验设备
隔离型桥式DC-DC变换器实验板1块（已含在实验箱内）
±15V输出开关电源1块（已含在实验箱内）
DF1731直流稳压电源1台
示波器1台
数字万用表1块
小一字螺丝刀1把

四．实验电路原理分析

图3 SG3525的外围电路

图3为SG3525的外围电路结构。SG3525采用15V供电，SG3525的8脚外接电容C22为软起电路，上电时SG3525内置电流源给C22充电，直到UC22升高到某一值后，SG3525才允许PWM控制。SG3525的5、6、7脚所接CT、RT、RD用来产生锯齿波，锯齿波频率由决定，同时7脚外接的RD用来调节死区时间。SG3525的2脚为其内置误差比较器的同相输入端，通过调节电位器RP2可以改变2脚的电压，改变给定电压，进而改变变换器输出电压数值。SG3525的1脚为误差比较器反相输入端，其电压数值反映变换器输出电压的 数值，1脚与2脚的电压比较，从而进行PWM控制。SG3525的11、14脚为PWM输出口，用于控制半桥MOSFET的驱动信号。

五． 调试引脚说明：
X4：主电源输入端子X4接入24V电源，注意正负。
J25：电源观测端口，+5V和+15V是由24V经稳压器件变换而来，可用万用表测量。注意端子旁的漏字说明。

J26：电源观测端口，±15V是由开关电源供电，通过端子X6输入，可用万用表测量。注意端子旁的漏字说明。

J27： 控制波形观测端，SG3525的输出驱动波形（OA、OB）和锯齿波振荡器波形。观察波形时，探头的地接J27的GND2。RP4的变动会使锯齿波的下降时间即死区时间发生变化。调节RP3，会使CT波形的上升段时间发生变化，从而达到开关频率调节，并观测CT波形是否在80kHz上下可调。

J13：SG3525的输出驱动信号（OA、OB）经过驱动电路处理后进行电源隔离的两路驱动信号（HIN、LIN）观测口，需用到示波器两个探头，探头的地接到J13的GND3上；

J28：驱动信号HIN、LIN，经过2110芯片和驱动电路的处理产生一对不共地的驱动信号G1，G2。因为这两个信号不共地，两个波形必须分两次用示波器来观测。对G1来说，示波器探头应该接G1和E1，对G2来说，示波器探头应该接G2和E2；观测半桥电路上桥臂开关管V6源极和漏极波形，此时示波器探头接J28的24V和E1。观测半桥电路下桥臂开关管V7源极和漏极波形，此时示波器探头接J28的E1和E2波形。

J23：用于输出电压观测，可通过调节RP2使输出电压稳定在48V。

六．实验步骤
1.变压器与输出滤波电感的设计
（1）半桥式开关电源高频变压器的设计
① 确定变压器设计的电源参数：
范围：直流24V±6V；
输出：+48V/1A，输出功率为48W；
开关频率：40kHz；
最大温升：40；
冷却方式：自然通风
② 确定占空比绝对限制Dlim，假定Uimin时Dmax（保证动态响应）和额定UiD：
Dlim：0.472；
额定Dmax：0.422；
额定UiD：UiminDmax/2，Uimax Dlim/2；
③ 计算输出电压加上满载时二极管正向压降和次级二极管压降：
=48.0+1=49V
④ 计算希望的匝比：

可能选择的匝比：（自己确定）
⑤ 计算AP值
根据要求选择EI型铁氧体磁芯。

查表得，EI25的AP为3662.47mm4，满足要求，但容易引起磁饱和，原副边匝数多，铜耗损较大。选EI28的话磁芯较大，裕量充分，查表得EI28的Ae为77.04 mm4。
⑥ 根据电磁感应定律计算次级匝数：

为保证为整数匝，可适当选取
⑦ 确定初级匝数
由步骤4决定的值，试算得到最好的选择
重新计算额定UiD和最坏情况下的Uimax Dlim条件：

=0.1614.1/7.84=0.288T< BS
⑧ 计算40kHz时的穿透深度

⑨ 计算线圈的电流有效值：

⑩ 确定次级线圈

查表1确定导线规格。
确定初级线圈

查表1，确定导线规格
表1 AWG导线规格表
AWG线编号
裸线
电阻
有关参数
AXP
（mm2）
Cir－Mil
/mm
(20oC)
截面积
直径
mm2
Cir－Mil
mm
Inch
10
5.261
10384
3.27
5.59
11046
2.67
0.1051
11
4.168
8226
4.137
4.45
8798
2.38
0.938
12
3.308
6529
5.2
3.564
7022
2.13
0.0838
13
2.626
5184
6.564
2.836
5610
1.9
0.0749
14
2.082
4109
8.28
2.295
4556
1.71
0.0675
15
1.651
3260
10.43
1.837
3624
1.53
0.0602
16
1.307
2581
13.18
1.473
2905
1.37
0.0539
17
1.039
2052
16.58
1.168
2323
1.22
0.0482
18
0.8228
1624
20.95
0.9326
1857
1.09
0.0431
19
0.6531
1289
26.39
0.7539
1490
0.98
0.0386
20
0.5188
1024
33.23
0.6065
1197
0.879
0.0346
21
0.4116
812.3
41.89
0.4837
954.8
0.785
0.0309
22
0.3243
640.1
53.14
0.3857
761.7
0.701
0.0275
23
0.2588
510.8
66.6
0.3135
620.0
0.632
0.0249
24
0.2047
404.0
84.21
0.2514
497.3
0.566
0.0223
25
0.1623
320.4
106.2
0.2002
396.0
0.505
0.0199
26
0.128
252.8
134.5
0.1603
316.8
0.452
0.0178
27
0.1021
201.6
168.76
0.1313
259.2
0.409
0.0161

（2）输出滤波电感设计
工作在电流连续模式，电感量为

式中：——电感输出端电压（V）；
——占空比；
——开关频率（Hz）；
——输出电流（A）；
——输入电压的高电平（导通）时间和低电平（截止）时间，。
允许的纹波电流越小，即k越小，电感L越大，电流纹波越小，可以选择较小的滤波电容；反之，电感L较小，但电容较大。一般选取k=0.05-0.1。

2.调试步骤；
（1）调试前，需确保变压器T2没有接入电路板，若不是，应该将变压器从电路板上拆下，以方便后面电源及驱动波形的测试，直流稳压电源应并联连接。首先从实验箱打开控制电，然后直流稳压电源应并联连接接入电路从零调至24V。

（2）主电源输入端子X4接入24V电源，辅助电源输入端子X6接入±15V。其中±15V电源由开关电源提供，而24V电源由稳压稳流电源提供。上电后，检查辅助电源指示灯±15V（VD19为+15V输出指示，VD18为-15V输出指示），24V（VD26），+5V（VD25），+15V（VD24）是否点亮。需要注意的是：本实验电路主电路与控制电路是隔离的，即主电路输入的24V与控制电路的±15V不共地，VD25和VD24指示的+5V和+15V是由24V经稳压器件变换而来。若所有的电源指示灯指示点亮，则可以继续下面的步骤，否则需检查电源以确保电源部分正常工作。可使用示波器通过观测端子J25和J26观察各电源波形，注意端子旁的漏字说明。
（3）观察控制波形观测J27端子上OA，OB波形，此时需用到示波器两个探头，其中一个探头的地接到J27端子的GND2上，另一探头地悬空。因变压器T2没有接入，主电路没有输出电压，故SG3525的输出OA、OB的占空比达到最大，两个波形高电平之间的时间即为死区时间（见图4）。可通过调节RP4来调节死区时间的大小；

图4 SG3525的OA、OB口输出波形

（4）调节RP4，观察J27的CT脚波形变化，需用到示波器一个探头，探头的地接J27的GND2。如图5，CT波形为锯齿波，RP4的变动会使锯齿波的下降时间即死区时间发生变化。另外，调节RP3，会使CT波形的上升段时间发生变化，从而达到开关频率调节，并观测CT波形是否在80kHz上下可调；

图5 锯齿波与输出波形（SG3525的5脚和4脚的波形）

（5）观察驱动波形观测J13端子的HIN、LIN波形，需用到示波器两个探头，探头的地接到J13的GND3上，且其波形与图4波形相同，只是逻辑关系上相反；

（6）观察主电路观测端子J28的G1、G2波形，因为这两个信号不共地，两个波形必须分两次用示波器来观测。对G1来说，示波器探头应该接G1和E1，对G2来说，示波器探头应该接G2和E2；

（7）断电后，将绕制的变压器与滤波电感安装上，将负载选择J9短路块断开；
（8）接入电源，观察输出电压指示灯VD14是否点亮，若点亮，则测量输出电压观测J23端子或者直接测量电源输出端子X5；
（9）观察输出观测J23端子或者直接测量电源输出X5端子观测实验电路输出电压变化，通过调节RP2使输出电压稳定在48V；
（10）观测半桥电路上桥臂开关管V6源极和漏极波形，此时示波器探头接J28的24V和E1。观测半桥电路下桥臂开关管V7源极和漏极波形，此时示波器探头接J28的E1和E2波形；
（11）将负载选择J9短路块装上，分别观察控制波形观测J27端子OA、OB波形，驱动波形观测J13端子HIN、LIN波形，主电路观测J28端子G1E1、G2E2波形，此时示波器探头的接法同上；
（12）观测半桥电路上桥臂开关管V6源极和漏极波形，此时示波器探头接J28的24V和E1。观测半桥电路下桥臂开关管V7源极和漏极波形，此时示波器探头接J28的E1和E2波形；
（13）在实验结束时掉电顺序，先主电路断电，然后控制电路断电。

七．可借鉴的实验波形与结果
以下给出了隔离型DC-DC变换器在开关频率为4kHz，输出电压为48V时，并分别在空载、0.5A、满载时，电源各器件工作波形。
（1）空载情况下：
①SG3525输出驱动波形：

图 6 SG3525D的OA、OB输出
②开关管VDS波形：

图7 上桥臂 VDS波形图 图8 下桥臂VDS波形
③ 采样电阻波形：

图 9 采样电阻电压波形

④主电路输出二极管VD15、VD16电压波形：

图10 VD15电压波形 图11 VD16电压波形

（2）0.5A负载情况下：
①SG3525输出驱动波形：

图12 SG3525D的OA、OB输出
②开关管VDS波形：

图13 上桥臂VDS波形 图14 下桥臂VDS波形

③ 采样电阻波形：

图15 采样电阻电压波形

④主电路输出二极管VD15、VD16电压波形：

图16 VD15电压波形 图17 VD16电压波形

（3）满载额定电流1A情况下：
①SG3525输出驱动波形：

图18 SG3525D的OA、OB输出
②开关管VDS波形：

图19 上桥臂VDS波形
实验三 变频调速实验
一．实验目的
1.掌握电动机变频调速变换器的拓扑结构及其工作原理；
2.掌握相关控制芯片的工作原理。
3.学会功率变换器调试的基本方法。

二．实验原理
以DC32V作为输入，采用6个功率MOSFET组成三相逆变桥。采用HEF4752作为主控制芯片，HEF4752产生3个相位互差120°的脉冲，经3片IR2110将驱动信号放大后控制逆变桥开关器件的开断，改变输出电压的幅值和频率，实现异步电动机的变频调速。

图1 变频调速实验电路框图

技术指标：
输入：直流32V
输出： 三相交流，变频变压
MOSFET开关频率：8.3kHz
实验者可观测的数据和波形：
MOSFET的漏源极电压波形、输出电压波形、功率MOSFET的驱动波形、HEF4752的参考时钟、频率控制时钟和电压控制时钟波形。
实验者可调整的参数：
实验者可调整HEF4752的频率控制时钟和电压控制时钟电路，观测三相逆变桥输出电压波形变化情况。

三．实验设备
变频调速变换器实验板1块（已含在实验箱内）
12V输出开关电源1块（已含在实验箱内）
DF1731直流稳压电源1台
示波器1台
12V/220V单相10W隔离变压器3台（已含在实验箱内）
实验专用三相感应电动机1台
数字万用表1块
小一字螺丝刀1把

四．主要电路原理介绍
1． 变频控制芯片HEF4752及外围电路
HEF4752是专门用来产生三相SPWM信号的大规模集成电路。主要特点如下：
（1）能产生三对相位差120°的互补SPWM主控脉冲，适用于三相桥结构的逆变器；
（2）采用多载波比自动切换方式，随着逆变器的输出频率降低，自动增加载波比，从而抑制低频输出时因高次谐波产生的转矩脉冲和噪声等造成的恶劣影响。调制频率可调范围为0～100Hz；
（3）为防止逆变器上下桥臂功率管直通，在每相主控脉冲间插入死区间隔，间隔时间连续可调。
本实验板电路应用CD4046压控振荡电路为大规模集成电路HEF4752提供频率控制时钟信号和电压控制时钟信号，由HEF4752产生三相基波频率、幅值和死区时间可调的三相SPWM信号经隔离、放大，驱动由MOSFET构成的三相逆变器，使之输出SPWM的波形，实现异步电动机变频调速。
调节电位器RP8可改变CD4046的输出频率，输入HEF4752的fFCT改变，从而改变HEF4752输出的SPWM波的等效频率；通过改变输入管脚K的电平可改变上下桥臂功率管的驱动死区，通过J17将K置为低电平，则联锁延迟周期td=8/fOCT，也可以把K置为高电平，则联锁延迟周期td=16/fOCT，本实验电路中HEF4752的fOCT（用于控制功率管的开关频率的时钟信号）通过4.096M的有源晶振获得。
相序输入引脚CW用来控制电机转向，当引脚CW为低电平时，相序为R，B，Y；当引脚CW为高电平时，相序为R，Y，B。输入引脚L用来控制模块的起动/停止。控制输入引脚A，B，C供制造过程试验用，工作时必须接到引脚VSS(低电平)。但引脚A还有另外一个用处，即刚通电时，引脚A置高电平初始化整个IC片，被用做复位信号。

2． 电源电路
主电路电源由稳压电源输入32V电压，作为三相逆变桥工作的直流电压。同时三极管TIP142配合稳压管IN4745稳压输出15V，供给驱动芯片IR2110使用，也作为7805的输入电压，7805稳压输出5V作为驱动电路中隔离光耦6N137和74HC14的工作电源。因为15V和5V的使用功率较大，所以V17（TIP142）和V18（7805）较热，属于正常。

图2 电源变换电路

3． 驱动电路
驱动电路由6N137光耦隔离、74HC14反相器、驱动芯片IR2110和外围电路组成，控制信号和驱动信号经过光耦隔离实现强弱电的分离，如图3所示。可通过J31观察驱动上下桥臂V11和V14的驱动信号。通过J32观察驱动上下桥臂V13和V16的驱动信号，通过J33观察驱动上下桥臂V15和V12的驱动信号。

图3 MOS管驱动电路

4． 主电路
通过端子X9输入为直流稳压电源32V电压，通过J24可观察主电路输入电压大小，电路里两个0.22的采样电阻并联，用于主电路的过流保护。当给定驱动信号后，可以用示波器通过J12端子观察逆变输出波形，如果电路正常，将会观察到阶梯波，通过J14观察经过电感滤波后的逆变输出波形，如果电感取值合适将会观察到正弦波形。电感的取值经过实验得出0.7mh到1.5mh最为合适，正弦波足够平滑。通过端子J10可以实现本电路的带载运行，用3个短路块放在J10上，将三个功率电阻接入主电路的输出，即可实现带载运行；也可不用短路块，在端子X7上接入一个小电机，通过调节RP8调节电机的转速。

图4 主电路

5． 电流保护电路
电路工作正常时，运放LM258的输入引脚3的电压小于给定的引脚2的输入电压，比较输出为低电平，过流指示灯不亮；主电路里的R57，R58两个功率电阻作为电流采样电阻，当主电路回路流过的电流过大，超过5.1A时引脚3的电压将大于给定引脚2的电压（0.5516V），比较输出为高电平，过流指示灯变亮。同时驱动芯片IR2110的SD引脚变为高电平，输出被封锁，这样MOS管将关断，主电路回路没有电流，LM258引脚3的电位低于引脚2的电位，SD的电平再次变为低电平将有驱动信号送给MOS管，以此循环。所以如果过流指示灯闪烁时，要立即断开主电路的电源，观察驱动信号是否正确，用万用表测量每个MOS管的特性是否正常。

图5 过流保护电路

五．观测引脚说明：
J17：通过短路块选择死区时间，本电路选择和高电平短接，这样更好的保证了开关管的正常工作，