專利名稱：電力電子技術(shù)實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于學(xué)校實驗裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種驗證整流電路和直流變 換電路的波形特性的電力電子技術(shù)實驗裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)教課書中的大部分主電路均采用晶閘管作為主開關(guān)來 驗證整流電路和直流變換電路的波形特性，但是由于晶閘管屬于電流驅(qū)動器件， 其驅(qū)動電路復(fù)雜，而且晶閘管電路還必須設(shè)置關(guān)斷電路來實現(xiàn)關(guān)斷，因此相應(yīng) 的實驗裝置電路復(fù)雜，成本較高，研制周期也較長。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型主要解決采用晶閘管作為主開關(guān)來驗證整流電路和直流變換電
路的波形特性的實驗裝置電路復(fù)雜，成本較高，研制周期也較長的技術(shù)問題； 提供一種主開關(guān)不采用晶閘管，從而簡化實驗裝置電路，降低成本，縮短研制 周期，同時又能確保實驗結(jié)果和采用晶閘管的實驗結(jié)果相符合的電力電子技術(shù) 實驗裝置。
本實用新型同時解決傳統(tǒng)的實驗裝置功能單一， 一般只能驗證一種電路的 技術(shù)問題；提供一種能驗證多種電路，功能多樣，使用方便的電力電子技術(shù)實 驗裝置。
本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的本實用 新型包括單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電路、BUCK降壓電路和 BOOST升壓電路；所述的單相橋式半控整流電路包括依次相連的主開關(guān)控制信號
產(chǎn)生單元、驅(qū)動單元、單相橋式半控主單元以及為整個單相橋式半控整流電路 供電的電源變換單元，所述的單相橋式半控主單元由四個二極管、兩個場效應(yīng)
管及一個負載電阻構(gòu)成；所述的單相橋式全控整流電路包括依次相連的主開關(guān) 控制信號產(chǎn)生單元、驅(qū)動單元、單相橋式全控主單元以及為整個單相橋式全控 整流電路供電的電源變換單元，所述的單相橋式全控主單元由四個二極管、四 個場效應(yīng)管及一個負載電阻構(gòu)成。本實驗裝置集單相橋式半控整流電路、單相 橋式全控整流電路、BUCK降壓電路和BOOST升壓電路于一體，可同時驗證四種 電路，功能不單一，使用方便。由場效應(yīng)管代替電力電子技術(shù)教課書中的晶閘 管，同時配以連接主開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元、驅(qū)動單元，使得從負載電阻上可 得到與教課書中采用晶閘管時相同的波形，場效應(yīng)管的驅(qū)動電路簡單，需要的 驅(qū)動功率較小，且開關(guān)速度快、工作頻率高，從而簡化實驗裝置電路，降低成 本，也縮短了實驗裝置的研制周期。
作為優(yōu)選，所述的單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電路中的主 開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元均包括比較器、與門及RC可調(diào)電路，比較器的輸出既接 RC可調(diào)電路的電阻引腳，又接與門的一個輸入端，可調(diào)電阻和電容的連接點和 與門的另一個輸入端相連，與門的輸出端接所述的驅(qū)動單元的輸入端。輸入信 號經(jīng)過比較器和與門，再經(jīng)過驅(qū)動單元的隔離放大就可以作為場效應(yīng)管的驅(qū)動 信號控制場效應(yīng)管的開通或者關(guān)斷。調(diào)節(jié)RC可調(diào)電路的可調(diào)電阻，即調(diào)節(jié)RC 常數(shù)，相當(dāng)于調(diào)節(jié)晶閘管電路中的觸發(fā)角。進一步確保得到與教課書中采用晶 閘管時相同的實驗結(jié)果。
作為優(yōu)選，所述的單相橋式半控整流電路的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元包括 兩路由比較器、RC可調(diào)電路、與門連接構(gòu)成的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生電路，所述 的單相橋式半控整流電路的驅(qū)動單元包括兩個驅(qū)動芯片，兩路主開關(guān)控制信號
產(chǎn)生電路的輸出分別接兩個驅(qū)動芯片的輸入腳，兩個驅(qū)動芯片的輸出腳分別與 所述的單相橋式半控主單元中的兩個場效應(yīng)管的柵極相連。
作為優(yōu)選，所述的單相橋式全控整流電路的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元包括
兩路由比較器、RC可調(diào)電路、與門連接構(gòu)成的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生電路，所述 的單相橋式全控整流電路的驅(qū)動單元包括四個驅(qū)動芯片，兩路主開關(guān)控制信號 產(chǎn)生電路的輸出分別接四個驅(qū)動芯片的輸入腳，四個驅(qū)動芯片的輸出腳分別與 所述的單相橋式全控主單元中的四個場效應(yīng)管的柵極相連。
作為優(yōu)選，所述的BUCK降壓電路包括BUCK降壓電路包括交流變壓單元、 整流濾波單元、BUCK主單元、驅(qū)動單元、P麗波形發(fā)生單元，所述的BUCK主單 元由場效應(yīng)管、二極管、電感、電容及負載電阻構(gòu)成，整流濾波單元的輸入接 交流變壓單元的輸出，整流濾波單元的輸出接場效應(yīng)管的漏極，場效應(yīng)管的源 極與二極管的負極、電感的一端相連，電感的另一端與地之間連接電容及負載 電阻，二極管的正極接地，所述的P麗波形發(fā)生單元的輸出接驅(qū)動單元的輸入， 驅(qū)動單元的輸出與場效應(yīng)管的柵極相連。為了在實驗過程中研究輸入電壓和輸 出電壓的關(guān)系，電路中沒有引入傳統(tǒng)的反饋電路，輸入電壓是經(jīng)過交流變壓、 整流濾波得到的一個固定電壓。調(diào)節(jié)P麗波形發(fā)生單元，能夠改變輸出波形的 占空比，從而可以得到相應(yīng)的輸出電壓。
作為優(yōu)選，所述的BOOST升壓電路包括交流變壓單元、整流濾波單元、BOOST 主單元、驅(qū)動單元、PWM波形發(fā)生單元，所述的BOOST主單元由場效應(yīng)管、二極 管、電感、電容及負載電阻構(gòu)成，整流濾波單元的輸入接交流變壓單元的輸出， 整流濾波單元的輸出接電感的一端，電感的另一端與二極管的正極、場效應(yīng)管 的漏極相連，二極管的負極與地之間連接電容及負載電阻，場效應(yīng)管的源極接 地；所述的P麗波形發(fā)生單元的輸出接驅(qū)動單元的輸入，驅(qū)動單元的輸出與場
效應(yīng)管的柵極相連。為了在實驗過程中研究輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系，電路 中沒有引入傳統(tǒng)的反饋電路，輸入電壓是經(jīng)過交流變壓、整流濾波得到的一個 固定電壓。調(diào)節(jié)P麗波形發(fā)生單元，能夠改變輸出波形的占空比，從而可以得 到相應(yīng)的輸出電壓。
本實用新型的有益效果是集單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流
電路、BUCK降壓電路和BOOST升壓電路于一體，可同時驗證四種電路，功能多 樣，實驗方便。在單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電路中由場效應(yīng) 管代替電力電子技術(shù)教課書中的晶閘管，同時交流信號通過由比較器、與門及 RC可調(diào)電路連接構(gòu)成的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元，再經(jīng)驅(qū)動單元去驅(qū)動場效應(yīng) 管，使得從負載電阻上可得到與教課書中采用晶閘管時相同的波形，從而簡化 實驗裝置電路，降低成本，也縮短了實驗裝置的研制周期。


圖1是本實用新型的一種電路連接框圖。
圖2是本實用新型中單相橋式半控整流電路的一種電路原理圖。
圖3是本實用新型中單相橋式全控整流電路的一種電路原理圖。
圖4是本實用新型中BUCK降壓電路的一種電路連接示意圖。
圖5是本實用新型中BOOST升壓電路的一種電路連接示意圖。
圖中l(wèi).單相橋式半控整流電路，ll.主開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元，12.驅(qū)動單元， 13.單相橋式半控主單元，14.電源變換單元，2.單相橋式全控整流電路，21.主開 關(guān)控制信號產(chǎn)生單元，22.驅(qū)動單元，23.單相橋式全控主單元，24.電源變換單 元，3.BUCK降壓電路，31.交流變壓單元，32.整流濾波單元，33.BUCK主單元， 34.驅(qū)動單元，35.P麗波形發(fā)生單元，4. BOOST升壓電路，41.交流變壓單元，
42.整流濾波單元，43. BOOST主單元，44.驅(qū)動單元，45. PWM波形發(fā)生單元。
具體實施方式

下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體的 說明。
實施例l:本實施例的電力電子技術(shù)實驗裝置，如圖1所示，包括單相橋式 半控整流電路1、單相橋式全控整流電路2、 BUCK降壓電路3和BOOST升壓電路 4四種實驗電路。
單相橋式半控整流電路1包括依次相連的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元11、驅(qū) 動單元12、單相橋式半控主單元13以及為整個單相橋式半控整流電路供電的電 源變換單元14。如圖2所示，主開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元11包括兩路由比較器、 RC可調(diào)電路、與門連接構(gòu)成的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生電路，驅(qū)動單元12由兩個驅(qū) 動芯片U8、 U9構(gòu)成，單相橋式半控主單元13由四個二極管D35、 D36、 D37、 D38、 兩個場效應(yīng)管Q4、 Q5及一個負載電阻RL1構(gòu)成。 一路主開關(guān)控制信號產(chǎn)生電路 中比較器U6A的輸出既接RC可調(diào)電路的可調(diào)電阻R18的引腳，又接與門U7A的 一個輸入端，可調(diào)電阻R18和電容C24的連接點和與門U7A的另一個輸入端相 連，與門U7A的輸出端接驅(qū)動芯片U8的輸入腳，U8的輸出腳與場效應(yīng)管Q4的 柵極相連。另一路主開關(guān)控制信號產(chǎn)生電路連接類似，不再多述，與門U7B的 輸出端接驅(qū)動芯片U9的輸入腳，U9的輸出腳與場效應(yīng)管Q5的柵極相連。實驗 時，將變壓后的交流信號輸送給兩個比較器，調(diào)節(jié)RC可調(diào)電路的可調(diào)電阻R18、 R19，相當(dāng)于調(diào)節(jié)晶閘管電路里面的觸發(fā)角，就能在負載電阻RL1上得到半控整 流波形，此波形與電力電子技術(shù)教課書中采用晶閘管半控整流時所得到的波形 相同。
單相橋式全控整流電路2包括依次相連的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元21、驅(qū)
動單元22、單相橋式全控主單元23以及為整個單相橋式全控整流電路供電的電 源變換單元24。如圖3所示，主開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元21包括兩路由比較器、 RC可調(diào)電路、與門連接構(gòu)成的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生電路，驅(qū)動單元22由四個驅(qū) 動芯片U13、 U14、 U15、 U16構(gòu)成，單相橋式全控主單元23由四個二極管D55、 D56、 D57、 D58、四個場效應(yīng)管Q6、 Q7、 Q8、 Q9及一個負載電阻RL2構(gòu)成。主 開關(guān)控制信號產(chǎn)生電路的連接與單相橋式半控整流電路中的主開關(guān)控制信號產(chǎn) 生電路相同， 一路開關(guān)控制信號產(chǎn)生電路中的與門U12A的輸出與驅(qū)動芯片U13、 U16的輸入相連，U13、 U16的輸出分別與場效應(yīng)管Q6、 Q9的柵極相連，另一路 開關(guān)控制信號產(chǎn)生電路中的與門U12B的輸出與驅(qū)動芯片U14、 U15的輸入相連， U14、 U15的輸出分別與場效應(yīng)管Q7、 Q8的柵極相連。實驗時，將變壓后的交流 信號輸送給兩個比較器，調(diào)節(jié)RC可調(diào)電路的可調(diào)電阻R26、 R27，相當(dāng)于調(diào)節(jié)晶 閘管電路里面的觸發(fā)角，就能在負載電阻RL2上得到全控整流波形，此波形與 電力電子技術(shù)教課書中采用晶閘管全控整流時所得到的波形相同。
BUCK降壓電路3包括交流變壓單元31、整流濾波單元32、 BUCK主單元33、 驅(qū)動單元34、 P麗波形發(fā)生單元35。如圖4所示，BUCK主單元33由場效應(yīng)管 Ql、 二極管D1、電感L1、電容C1及負載電阻RL3構(gòu)成。整流濾波單元32的輸 入接交流變壓單元31的輸出，整流濾波單元32的輸出接場效應(yīng)管Ql的漏極， Ql的源極與二極管D1的負極、電感L1的一端相連，電感L1的另一端與地之間 連接電容Cl及負載電阻RL3， 二極管Dl的正極接地。P麗波形發(fā)生單元35的 輸出接驅(qū)動單元34的輸入，驅(qū)動單元34的輸出與場效應(yīng)管Ql的柵極相連。實 驗時，將交流信號輸送給交流變壓單元，在P麗波形發(fā)生單元的控制下，在負 載電阻RL3上就能得到降低的電壓。
B00ST升壓電路4包括交流變壓單元41、整流濾波單元42、 BOOST主單元
43、驅(qū)動單元44、 P麗波形發(fā)生單元45。如圖5所示，BOOST主單元43由場效 應(yīng)管Q2、 二極管D2、電感L2、電容C2及負載電阻RL4構(gòu)成。整流濾波單元42 的輸入接交流變壓單元41的輸出，整流濾波單元42的輸出接電感L2的一端， 電感L2的另一端與二極管D2的正極、場效應(yīng)管Q2的漏極相連，二極管D2的 負極與地之間連接電容C2及負載電阻RL4，場效應(yīng)管Q2的源極接地。PWM波形 發(fā)生單元45的輸出接驅(qū)動單元44的輸入，驅(qū)動單元44的輸出與場效應(yīng)管Q2 的柵極相連。實驗時，將交流信號輸送給交流變壓單元，在P麗波形發(fā)生單元 的控制下，在負載電阻RL4上就能得到升高的電壓。
本實用新型集單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電路、BUCK降壓 電路和BOOST升壓電路于一體，可同時驗證四種電路，功能多樣，實驗方便。 在單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電路中由場效應(yīng)管代替電力電子 技術(shù)教課書中的晶閘管，既能得到相同的實驗結(jié)果，又簡化實驗裝置電路，降 低成本。輸入交流電壓經(jīng)過變壓單元降壓到安全電壓范圍(最高電壓不高于 DC30V)，使整個實驗裝置中各點的電壓都在安全電壓范圍之內(nèi)，確保了實驗的 安全性。
權(quán)利要求1. 一種電力電子技術(shù)實驗裝置，其特征在于包括單相橋式半控整流電路(1)、單相橋式全控整流電路(2)、BUCK降壓電路(3)和BOOST升壓電路(4)；所述的單相橋式半控整流電路(1)包括依次相連的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元(11)、驅(qū)動單元(12)、單相橋式半控主單元(13)以及為整個單相橋式半控整流電路供電的電源變換單元(14)，所述的單相橋式半控主單元(13)由四個二極管、兩個場效應(yīng)管及一個負載電阻構(gòu)成；所述的單相橋式全控整流電路(2)包括依次相連的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元(21)、驅(qū)動單元(22)、單相橋式全控主單元(23)以及為整個單相橋式全控整流電路供電的電源變換單元(24)，所述的單相橋式全控主單元(23)由四個二極管、四個場效應(yīng)管及一個負載電阻構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子技術(shù)實驗裝置，其特征在于所述的單相 橋式半控整流電路(1)、單相橋式全控整流電路(2)中的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生 單元(11、 21)均包括比較器、與門及RC可調(diào)電路，比較器的輸出既接RC可 調(diào)電路的可調(diào)電阻引腳，又接與門的一個輸入端，可調(diào)電阻和電容的連接點和 與門的另一個輸入端相連，與門的輸出端接所述的驅(qū)動單元(12、 22)的輸入端o
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力電子技術(shù)實驗裝置，其特征在于所述的單相 橋式半控整流電路(1)的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元(11)包括兩路由比較器、 RC可調(diào)電路、與門連接構(gòu)成的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生電路，所述的單相橋式半控 整流電路(1)的驅(qū)動單元(12)包括兩個驅(qū)動芯片U8、 U9，兩路主開關(guān)控制信 號產(chǎn)生電路的輸出分別接兩個驅(qū)動芯片的輸入腳，兩個驅(qū)動芯片的輸出腳分別 與所述的單相橋式半控主單元(13)中的兩個場效應(yīng)管Q4、 Q5的柵極相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力電子技術(shù)實驗裝置，其特征在于所述的單相 橋式全控整流電路(2)的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元(21)包括兩路由比較器、 RC可調(diào)電路、與門連接構(gòu)成的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生電路，所述的單相橋式全控 整流電路(2)的驅(qū)動單元(22)包括四個驅(qū)動芯片U13、 U14、 U15、 U16，兩路 主開關(guān)控制信號產(chǎn)生電路的輸出分別接四個驅(qū)動芯片的輸入腳，四個驅(qū)動芯片 的輸出腳分別與所述的單相橋式全控主單元(23)中的四個場效應(yīng)管Q6、 Q7、 Q8、 Q9的柵極相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子技術(shù)實驗裝置，其特征在于所述的BUCK 降壓電路(3)包括交流變壓單元(31)、整流濾波單元(32)、 BUCK主單元(33)、 驅(qū)動單元(34)、 P麗波形發(fā)生單元(35)，所述的BUCK主單元(33)由場效應(yīng) 管、二極管、電感、電容及負載電阻構(gòu)成，整流濾波單元(32)的輸入接交流 變壓單元(31)的輸出，整流濾波單元(32)的輸出接場效應(yīng)管的漏極，場效 應(yīng)管的源極與二極管的負極、電感的一端相連，電感的另一端與地之間連接電 容及負載電阻，二極管的正極接地，所述的P麗波形發(fā)生單元(35)的輸出接 驅(qū)動單元(34)的輸入，驅(qū)動單元(34)的輸出與場效應(yīng)管的柵極相連。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子技術(shù)實驗裝置，其特征在于所述的BOOST 升壓電路(4)包括交流變壓單元(41)、整流濾波單元(42)、 BOOST主單元(43)、 驅(qū)動單元(44)、 PWM波形發(fā)生單元(45)，所述的BOOST主單元(43)由場效應(yīng) 管、二極管、電感、電容及負載電阻構(gòu)成，整流濾波單元(42)的輸入接交流 變壓單元(41)的輸出，整流濾波單元(42)的輸出接電感的一端，電感的另 一端與二極管的正極、場效應(yīng)管的漏極相連，二極管的負極與地之間連接電容 及負載電阻，場效應(yīng)管的源極接地；所述的P畫波形發(fā)生單元(45)的輸出接 驅(qū)動單元(44)的輸入，驅(qū)動單元(44)的輸出與場效應(yīng)管的柵極相連。
專利摘要本實用新型涉及一種電力電子技術(shù)實驗裝置，包括單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電路、BUCK降壓電路和BOOST升壓電路。單相橋式半控整流電路包括依次相連的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元、驅(qū)動單元、單相橋式半控主單元，單相橋式半控主單元由四個二極管、兩個場效應(yīng)管及一個負載電阻構(gòu)成。單相橋式全控整流電路包括依次相連的主開關(guān)控制信號產(chǎn)生單元、驅(qū)動單元、單相橋式全控主單元，單相橋式全控主單元由四個二極管、四個場效應(yīng)管及一個負載電阻構(gòu)成。本實用新型用場效應(yīng)管代替電力電子技術(shù)教課書中的晶閘管，既能得到相同的實驗結(jié)果，又簡化實驗裝置電路，降低成本。同時可驗證四種電路，功能多樣，實驗方便。
文檔編號G09B23/00GK201203974SQ20082008857
公開日2009年3月4日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者偉 張, 樊慧麗, 鄭子含, 陳丹江 申請人:浙江萬里學(xué)院