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CUk斩波电源的设计

低速复

2013-8-26 16:06:45 5288 电源开关

K直流斩波电路（Cuk变换器）研究

一、实验目的

1．掌握Cuk升降压开关电路的基本原理与电路构造特点。

2．熟悉电路各部份的工作波形，掌握它们的基本调试方法。

3．掌握电流控制型脉宽调制器IC UC3842的应用方法。

二、实验线路及原理

实验线路如图3-29所示

图3-29 Cuk实验线路图

Cuk电路是一种可升降压的直流变换器电路，它基本可看成是升压电路和降压电路相结合产生的一种开关电路，其电原理图如图3-30所示

图3-30 Cuk主电路图

简述原理如下：

当0≤t≤t1时

其等效电路如图3-31所示。

图3-31 VT导通等效图图3-32 VT关断等效图

晶体管VT导通，二极管D截止，假设这期间Ud不变，电路是稳态，C1足够大，则电感L1中的电感电流IL11线性上升到IL12

而电感L2的电流也从IL21线性上升到IL22

当t1≤t≤t2时

晶体管VT截止，二极管D导通，等效电路如图3-32所示。此时电感L1中的电流IL12线性下降到IL11

此时电感L1中的电流IL12线性下降到IL11

而电感L2中的电流IL22也线性下降到IL21 则有：

根据上述的分析，我们可推导出，

具体推导略，同学们可参考教材，它的控制采用UC3842电流型脉宽调制器，具体功能和概述请参看Booct电路实验相关部分。

三、实验内容

1．电流控制型脉宽调制器IC UC3842的功能研究

（1）输出PWM控制信号测试

（2）电压反馈环功能测试

（3）电流反馈环功能测试

（4）工作频率的测试

2．开环控制Cuk电路研究

（1）主电路电感电流处于连续导通状态，各相关工作点波形的测量研究；

（2）主电路电感电流处于断续导通状态，各相关工作点波形的测量研究；

（3）改变工作频率的高低对电路工作的影响研究；

（4）改变负载电阻大小对电路工作的影响研究；

（5）改变主电路电感L的大小对电路工作的影响研究；

（6）缓冲电路的作用研究；

（7）占空比K和输出电压U0的函数关系研究。

3．闭环控制Cuk电路研究

（1）电压反馈环的作用研究；

（2）电流反馈环的作用研究；

（3）负载调整率测试。

四、实验设备和仪器

1． DDSX 01电源控制屏；

2． DDS 32“Boost Cuk电路”实验挂箱；

3． DT 10“直流电压、电流表”实验挂箱；

4．示波器等。

五、实验方法

1．电流控制型脉宽调制器IC UC3842的功能研究（注意：接线都在本驱动单元内，不要错接在其它单元内）

（1）输出PWM控制信号测试

首先，将实验挂箱电源开关打在“关”的位置。连接“UC3842 PWM IC电路”单元中的“20”和“21”，再连接“23”和“25”，用示波器观察“24”端对地波形。开启实验挂箱电源。此时，应有一系列脉宽可调的方波产生，此波形即PWM驱动波形。

（2）工作频率的测试

保持原接线，转动RP5电位器， “24”端输出波形应同步发生频率变化。

调节频率从最低到最高，记录它的调节范围。

（3）电压反馈环功能测试

拆除“23”和“25”的连接（即拆除模拟电流反馈环），转动RP4电位器，“24”端PWM输出波形应同步发生占空比变化。用电压表测试“20”和“22”端模拟反馈电压值，记录它的模拟反馈电压变化范围和占空比变化范围。

（4）电流反馈环功能测试

恢复“23”和“25”的连接（即接入模拟电流反馈环），拆除“20”和“21”的连接（即拆除模拟电压反馈环），转动RP6电位器，“24”端PWM输出波形应同步发生占空比变化。用电压表测试“25”和“22”端电压（此端口电压是由反馈电流输入产生的，该端口电压也可被用于设定保护电压值），当RP6电位器调节到某一点时，“24”端PWM输出波形突然消失了，此点电压即为过电流保护电压。记录它的电压变化范围和占空比变化范围。

2．开环控制Cuk电路研究

（1）主电路电感电流处于连续导通状态，各相关工作点波形的测量研究

将“Cuk”单元电源开关S3断开。按表14接线：

表14

接线完毕，核对正确后，将示波器探头接在“29”和“32”两端，开启S3电源开关，将负载电阻RP9调到中间标准位置，调节RP4电位器，观察此时电感电流iL1的变化，使电感电流iL1处于连续导通状态，测量此时的uDS（32、33）、uGS（30、33）、uD（38、34）、ie（33、34）、iL1（29、32）、iL3（37、39）、iD（37、38），按时序记录波形，同时记录输出电压uO的纹波电压△uO的大小。

（2）主电路电感电流处于断续导通状态，各相关工作点波形的测量研究

保持原接线，调节RP4电位器，使电感电流iL1处于断续导通状态，测量此时的uDS、uGS、uD、ie、iL1、iL3、iD按时序记录波形。同时记录输出电压uO的纹波电压△uO的大小。

（3）改变工作频率的高低对电路工作的影响研究

保持原接线，调节RP4电位器，使电感电流iL1处于临界连续导通状态，调节频率电位器RP5，改变频率从低到高，观察记录电感电流iL1(29、32)、iL3（37、39）的变化。推测uDS、uGS、uD、ie、iD和负载电压的变化。

（4）改变负载电阻大小对电路工作的影响研究

保持原接线，调节RP4电位器和频率电位器RP5，使电感电流iL1处于临界连续导通状态，调节负载电阻RP9从大到小，观察记录电感电流iL1、iL3的变化。同时，用电压表测量负载电压的变化并记录。推测uDS、uGS、uD、ie、iD的变化。

（5）改变主电路电感L的大小对电路工作的影响研究

保持原接线，将负载电阻RP9调到中间标准位置，使电感电流iL1处于临界连续导通状态，然后连接“28”和“27”、“29”和“30”、“39”和“40”即将电感线圈L1和L2并连，L3和L4并连，观察记录电感电流iL1、iL3的变化；然后再拆除“26”和“27”、“27”和“28”、“29”和“30”、“39”和“40”、“41”和“42”的连接；将“26”和“28”、“30”和“27”连接，“41”和“40”连接，即将电感线圈L2和L3串连，L3和L4串连，观察记录电感电流iL1、iL3的变化。推测uDS、uGS、uD、ie、iD和负载电压的变化。

（6）缓冲电路的作用研究

拆除“26”和“28”、“27”和“30”的连接，拆除“40” 和“41”的连接，恢复“26”和“27”的连接，“41”和“42”的连接。将示波器探头接在“32”和“33”两端，观察并记录uDS波形；然后连接“32” 和“35”，再观察并记录uDS波形，研究缓冲电路的工作原理和作用。

（7）占空比K和输出电压U0的函数关系研究

先用电压表测量输入电压Ud（26、34端），再用电压表接在“44”和“45”两端，示波器探头接在“31”和“34”两端，调节RP4电位器，观察占空比K的变化，同时观察输出电压UO的变化，从小到大，记录5—6组数据填入表15：

表15