技能实训 8

555 触发源的半桥逆变实验

一、实验目的 二、实验设备 三、实验原理 四、实验步骤 五、实验要求及注意事项 六、问题思考

一、实验目的

1 、了解半桥逆变电路工作原理。

2 、了解 NE555 驱动信号的半桥逆变。

二、实验设备

光伏逆变原理与检修实验箱一台、双通道示波器一台

三、实验原理

1 、半桥逆变原理

脉宽调制型半桥逆变电路 , 作为电子仪器电源的主电路形式之一得到广泛应用。其结构形式如图 1 所示。在图 1 (a) 中 E 为一直流恒电源 , 通常由电网电压经全桥整流滤波获得 ; S1 、S2 为大功率的场效应管或 IGBT 器件； C1 、 C2 为换流电容。若把 S1 、 S2 视为理想开关并引入理想变压器模型。

图 1 　半桥电路原理图( a) 　常用电路　　 ( b) 　等效电路

2 、半桥电路概念的引入及其工作原理

半桥电路的基本拓扑：

电容器 C1 和 C2 与开关管 Q1 、 Q2 组成桥，桥的对角线接变压器 T1 的原边绕组，故称半桥变换器。如果此时 C1=C2 ，那么当某一开关管导通时，绕组上的电压只有电源电压的一半。

电路的工作过程大致如下： A 、 Q1 开通， Q2 关断，此时变压器两端所加的电压

为母线电压的一半，同时能量由原边向副边传递。 B 、 Q1 关断， Q2 关断，此时变压器副边两个绕组由

于整流二极管两个管子同时续流而处于短路状态，原边绕组也相当于短路状态。

C 、 Q1 关断， Q2 开通。此时变压器两端所加的电压也基本上是母线电压的一半，同时能量由原边向副边传递。副边两个二极管完成换流。

用作桥臂的两个电容选用问题：

从半桥电路结构上看，选用桥臂上的两个电容 C1 、C2 时需要考虑电容的均压问题，尽量选用 C1=C2 的电容，那么当某一开关管导通时，绕组上的电压只有电源电压的一半，达到均压效果，一般情况下，还要在两个电容两端各并联一个电阻（原理图中的 R1 和 R2 ）并且 R1=R2 进一步满足要求，此时在选择阻值和功率时需要注意降额。此时，电容 C1 、 C2 的作用就是用来自动平衡每个开关管的伏秒值，（与 C3 的区别： C3 是滤去影响伏秒平衡的直流分量）。

半桥电路的驱动问题： 1 、原边线圈过负载限制：要给原边的功率管提供

独立的电流限制； 2 、软启动：启动时，要限制脉宽，使得脉宽在启

动的最初若干个周期中慢慢上升；

3 、磁的控制：控制晶体管驱动脉冲宽度相等，要使正反磁通相等，不产生偏磁；

4 、防止直通：要控制占空比上限缩小； 5 ：电压的控制和隔离：电路要闭环控制，隔离可以

是光电隔离器、变压器或磁放大器等； 6 、过压保护：通常是封闭变换器的开关脉冲以进行

过压保护； 7 、电流限制：电流限制安装在输入或输出回路上，

在发生短路时候起作用； 8 、输入电压过低保护：规定只有在发挥良好性能的

足够高的电压下才能启动； 9 、此外，还要有合适的辅助功能：如浪涌电流限制

和输出滤波环节等。

四、实验步骤

1 、将 555PWM方波发生器的输出 102 、 103 端口分别接入信号放大器输入端 108 、 109 端口。

2 、信号放大器的输出 110 、 111 端口分别接到半桥逆变电路信号触发118 、 119 端口。

3 、蓄电池正极 128 端口接到半桥逆变电路直流输入 120 端口，蓄电池负极 129 端口接到半桥逆变电路的 123 端口。

4 、打开实验箱电源开关和蓄电池开关，用示波器两个通道同时观察555PWM方波发生器的输出 102 、 103 端口、示波器负极接在 123 端口上，观察输出波形是 5v 并反相的，并可通过脉宽及频率旋钮改变其输出的频率及脉宽，观察结束后记录并保存。

5 、观察信号放大器输出波形，也用示波器的两个通道同时观察其输出110 、 111 端口波形。可用 555PWM方波发生器的脉宽及频率旋钮改变其输出的频率及脉宽，认真观察是否为 10v 并反相，观察后记录并保存。

6 、在理解半桥逆变原理后，用示波器观察半桥逆变输出的 121 、 122

端口，示波器负接 122 端口，正接 121 端口，则可观察其输出波形，回忆全桥逆变输出波形的电压，半桥逆变输出电压为全桥输出的一半。可通过 555PWM方波发生器的脉宽及频率旋钮改变半桥逆变输出的频率及脉宽。认真观察实验结果，记录并保存。

7 、负载实验

五、实验要求及注意事项

1 、分析半桥逆变输出波形，并理解 MOSFET的管压降。

2 、分析半桥逆变输出电压为何为全桥的一半。

3 、注意蓄电池不能反接，否则引起短路。

六、问题思考

半桥逆变电路的两个电容起什么作用？