《开关电源技术》实验指导书

-1-开关电源技术实验指导书电子工程系龙岩学院-2-目录实验一MOS管的测量及驱动（2学时）........................................................................................................................3实验二UC3842输出引脚的测量（2学时）...................................................................................................................6实验三12V/3A开关电源裸板的测量及原理图绘制（3学时）....................................................................................9实验四高频变压器的制作及测试（3学时）................................................................................................................11实验五24W反激式开关电源的原理图设计（3学时）...............................................................................................14实验六24W反激式开关电源的调试（3学时）...........................................................................................................17-3-实验一MOS管的测量及驱动一、实验目的1．识别MOSFET的极性（源极、漏极、门极）。2．学习焊接技术。3.验证MOSFET导通和不完全导通的条件及特点。4.学会用万用表来测量MOSFET是否正常。5.理解MOS管的上升时间和下降时间。二、实验仪器及材料1.直流电源1台2.万用表1个（自备）3.电烙铁1把（自备）4.焊锡丝5.信号发生器6.示波器1台7．元器件MOS管IRF8401片47ohm、47K、20K电阻各1个快恢复二极管FR1071个万用板1片排针4个芯片底座1个导线若干三、预习要求1．复习MOSFET（场效应管）的结构。2．了解如何用万用表来测量MOSFET是否正常。四、实验内容1.识别MOSFET的极性（门极、漏极、源极）。根据图1.1在万能板上焊接电路。-4-图1.1MOS管的测量电路2.用万用表测量漏极和源极是否正常。（档位调到二极管档位）3.把直流电源分别调到112V和120V，用万用表测量直流电源的输出电压是否在设定范围之类。4.按电路图把直流电源分别接在门极、源极和漏极、源极之间。5.关断直流电源20V，接通直流电源12V，把万用表的档位调到二极管的档位，测量漏极和源极是否导通；关断直流电源12V，用万用表测量漏极和源极是否截止。6.接通或关断直流电源V1和V2，用万用表测量D点的电压UDS。完成表1-1。表1-1MOS管工作状态测量直流电压V1直流电压V2UDS12V20V0V20V12V0V7.把直流电源V1由零逐渐增加，测量D点电压UDS和DS之间的电阻（Ron，DS=UDS/IDS），完成表1-2。问，MOS管的阈值电压VTH=？。表1-2MOS管阈值与导通电阻测量V1(V)V2(V)VDS(V)IDS(mA)Ron,DS(Ω)020120220320420520-5-8.用信号发生器产生方波(Vpulse,p-p=12V，f=50Hz/500Hz/1kHz/5kHz/8kHz/10kHz/50kHz)，驱动MOS管，用示波器测量Vds及驱动波形，并测出MOS管的上升时间和下降时间，以图为证，并完成表1-3。表1-3MOS管不同频率的上升时间与下降时间测量VP-p=12方波的频率f（Hz）上升时间ton（μs）下降时间toff（μs）501k5k6k7k8k10k50k五、记录实验数据根据上面的测试内容，记录测量结果。六、思考题阅读的英文手册。掌握MOS管的最大直流工作电压，最大直流电流，工作电流与温度之间的关系，以及MOS管的其它参数，如：功率损耗、)(onRDS，结温，门极驱动电压等等。-6-实验二UC3842输出引脚的测量一、实验目的1．掌握PWM控制芯片UC3842的工作原理；2．理解PWM输出与引脚之间的关系；3.理解振荡频率与开关频率之间的关系。二、实验仪器及材料1．直流电源1台2.UC3842芯片1块3.数字示波器1台4.万用板1块5.150kΩ，10kΩ、20kΩ、1kΩ、27Ω的电阻各1个6.100p，0.0047uF，0.047uF，0.01uF瓷片电容各1个7.芯片底座1个8.导线若干9.电烙铁（自备）1个10.万用表（自备）1个三、实验要求1.测量UC3842在不同RTCT的PWM输出脉冲波形并制表。2.观察UC3842在不同PIN脚输入信号下的PWM脉冲输出。四、实验内容1.UC3842的VCC脚分别加18V和24V直流电压，根据图2.1制作电路板，测量表2-1中不同的RT、CT下的PWM输出脉冲的工作频率，并与理论计算值进行比较。表2-1不同RC下的频率测量VCC(V)RT(Ω)CT(F)f(HZ)测量值f(HZ)理论值1810k0.0047uF2410k0.0047uF181k0.047uF241k0.047uF-7-2.观察不同条件下的PWM输出脉冲波形。（1）VCC=18V，2脚开路，3脚接地。观察并记录6脚的输出波形。（1）VCC=18V，2脚开路，3脚接方波（f=1HZ、Vpulse=1.1V、D=0.5）。观察并记录6脚的输出波形。（2）VCC=18V，3脚接地，2脚的连接如图2.1所示，并在2脚接正弦波（f=50HZ，Vp-p=3V）。观察并记录6脚的输出波形。图2.1五、记录实验数据根据上面的测试内容，记录测量结果。六、思考题根据以上实验波形以及图2.2所示UC3842的内部结构图，分析UC38426脚的PWM脉冲与哪些信号有关系。-8-图2.2-9-实验三12V/3A开关电源裸板的测量及原理图绘制一、实验目的1.熟悉PCB与电路图之间的关系；2.加深巩固所学的拓扑结构；3.学会如何根据PCB画出原理图。二、实验仪器及材料1.36W开关电源裸板1块2.示波器1台3.100Ω大功率可调电阻1台4.带线电源插头1个5.电烙铁（自备）6.万用表（自备）7.导线、焊锡等三、实验内容1、将大功率可调电阻作为12V/3A开关电源裸板的负载，用万用表或者示波器测量开关电源在轻载（100mA）、中载(1.5A)和重载时(3A)的输出电压及其纹波。记录波形并完成表3-1。表3-1不同负载下的输出电压和纹波输入电压Vin（V）电源负载（A）电源负载（Ω）输出电压Vo（V）纹波电源（mV）AC220V100mAC220V1.5AC220V32、根据36W开关电源裸板的PCB电路板，画出对应的原理图。四、记录实验结果根据表3-1所示的实验结果，计算负载调整率。画出开关电源的电路原理图，描述电路工作原理，并给出电路图中的元器件参数值。-10--11-实验四高频变压器的制作及测试一、实验目的1．掌握变压器的工作原理；2．掌握变压器的绕法；3.理解变压器的电路符号与实物之间的对应关系；4．掌握变压器参数的测试，如原边电感、漏感和匝比等。二、实验仪器及材料1.LCR电桥1台2.EI40PC40材质磁芯及骨架1套3.数字示波器1台4.信号发生器1台5.绕线机1台6.游标卡尺1个7.Φ0.49mm漆包线（或其它线径漆包线）若干8.高温胶带若干三、预习要求复习高频变压器的工作原理及理论知识。四、实验内容1.根据已知的参数及变压器引脚平面分布图和结构示意图（如图4.1和图4.2所示）制作表4-1所示规格的高频变压器。127或98或1065···绕组1AWG#33绕组2AWG#20绕组3AWG#33图4.1变压器引脚平面分布图图4.2变压器引脚示意图表4-1电压器绕制规格匝数绕线规格励磁电感绕组1（原边）450.49mm绕组2（副边）90.49mm两股并绕-12-绕组3（辅助绕组）50.49mm2.用LCR电桥测量变压器的参数，如漏感、励磁电感。完成表4-2。求出实际的匝数之比N：21122()nLNnL。表4-2不同频率下励磁电感和漏感的测量绕组匝数测量频率（kHz）励磁电感（μH）漏感（μH）4511010091不测10不测100不测51不测10不测100不测3.测量不同气隙时变压器的励磁电感，来判断气隙与励磁电感之间的关系。完成表4-3。表4-3不同气隙励磁电感测量测量频率：10kHz气隙绕组一（45匝）/μH绕组二（9匝）/μH绕组三（5匝）/μH一层纸二层纸三层纸4.用测量法验证变压器的同名端。完成表4-4。判断的电路接法如图4.3所示。判断原理为：（1）同名端串联时：min12211()tonggLnnnL异名端串联时：min21211()yigLnnnL（2）同一磁芯中的绕组如果同名端相连，电感量会小于两个绕组中的最大电感；异名端相连，电感量会大于两个绕组中的最大电感。表4-4同名端判断测量频率：10kHz绕组一电感绕组二电感绕组三电感2、6连接时2、8连接时同名端判断结果-13-（45匝）/μH（9匝）/μH（5匝）/μH的电感/μH的电感/μH五、记录实验数据根据上面的测试内容，记录测量结果。六、思考题用LCR电桥或者数字示波器和信号发生器来测试变压器的同名端和异名端。图4.3变压器同名端的判断接法图4.4变压器实物图-14-实验五24W反激式开关电源的原理图设计一、实验目的1.进一步理解开关电源的组成结构；2.掌握反激式开关电源的工作原理；3.掌握元器件的选择；二、实验仪器及材料1．电脑（装有PCB绘制软件）1台2.热转印机1台3.单面玻纤覆铜板（15cm*20cm）1块4.腐蚀液若干三、实验内容1.根据所学知识，设计一开关电源，在输入电压220V±25%、50Hz，其技术指标如下：a.输出功率Po=24W（12V/2A）b．最大输出电流为2Ac．电压调整率≤1%（输入电压220VAC变化范围＋25%～－25%下，中载）d．负载调整率≤1%（输入电压220VAC下，满载）e．纹波电压（峰-峰值）≤5mV（输入电压220VAC，满载）f．效率≥90%（输出电压12V、输入电压AC220V，满载）g．具有过流及短路保护功能（备注：也可以24V直流输入，5V/1A输出的电源，达到上述类似的技术指标）2.根据所设计的原理图，选择实验器材，绘制PCB图并制板。特殊元器件如表5.1所示，仅供选择，实际以库房为准。表5.1可供选择的元器件表电阻3.15A/250VAC保险丝（型号S501-3.15A）电容0.1uF250V陶瓷电容6.8Ω/1W、100Ω/1W、220Ω/1W、1Ω/2W、1Ω/2W、20k/1W、100k/2W、4.7k、1k、10k、0.5k、0.1k、0.02k47uF400V、47uF50V、330uF35V、220uF35V、220uF400V、10uF400V、0.01uF100V、10uF100V、470pF100V、4700pF100V、100pF100V电解电容EVM3ESX50B13（1KΩ-15-可调）100W，0.1Ω-100Ω大功率可调电阻0.1uF50V、1nF250VACY1/1nF1000V/470pF1000V瓷片电容交流共模滤波电感EE25型，2×22mH（1.3A）磁芯骨架EI40磁芯骨架，铁氧体磁芯，卧式7+7电感3.3uH/4A高频铁氧体磁芯骨架EI28立式9+9针整流桥KBP310（1000V/3A）电子散热片T22