實驗一 pwm 震盪電路實驗

1

實驗一 PWM 震盪電路實驗

設定電壓

RC 網路

實際回授電壓

controlV

重複性波形

開關控制訊號

誤差放大器比較器

重複性波形

ontofft

sT

on

stV

stcontrol VV stcontrol VV

off

t

開關控制訊號

controlV

(a) 方塊圖

(b) 波形圖

2

三角波產生器原理

sR

2R

1R

R

C

ov'ov

1vRV

施密特觸發器積分器

)(tvo

'ov

oV

oV

0 t

maxV

minV

)(1

21

R

RRVR

2T T

1T 2T

t

斜率RC

Vo(a) 三角波產生器

(b) 施密特觸發器輸出及積分器輸出

3

實驗二降壓型轉換器實驗

V d

+ V L -

+

V o

-

iL iC I

+ V L -

+

V o

-

iL iC I

V d

+ V L -

+

V o

-

iL iC I

O F F

O N

S W

S W O N S W O F F

1 、工作原理

4

2 、連續導通模式Lv

Li

ont offt

t

t

sTmaxI

minI oL II

0

)( od VV

)( oV

0

DTs D' Ts

連續導通模式之電感電壓電流波形

穩態下，電感電壓一週期的平均值為 0

0)()( ' DVDVV ood

1' DD

DV

V

d

o

5

3 、不連續導通模式 v L (t)

V d -V o

D 1 T s D 2 T s D 3 T s

-V o

0T s t

t

iL (t)

V d -V o

L

-V o

L

ipk

<i L >=I

D 1 T s D 2 T s D 3 T s

0 DT sT s

不連續導通模式之電感電壓電流波形

穩態下，電感電壓平均值為 0 ，與輸出平均電流可推導出

21

411

2

D

KV

V

d

o

sRT

LK

2其中

6

4 、輸出電壓漣波(Vd-Vo)

(-Vo)

0

vL

t

iL

Vo

t

t

2ST

2

IL

Vo

IL=Io

Q

Vo

0

0

　)1(8

02

0 DLC

VTV S

LO IESRV 　

7

實驗三升壓型轉換器實驗

1 、工作原理

V d

+ V L -

+

V o

-

iL iC I

O F F

O N

iD

S W

V d

+ V L -

+

V o

-

iL iC I

V d

+ V L -

iL

S W S WO N O F F

8

2 、連續導通模式 Lv

Li

ont offt

t

t

sTmaxI

minI oL II

0

0

DTs D' Ts

Vd

Vd-Vo

電感電壓與電流波形


0)()( ' DVVDV odd

DV

V

d

o

1

1

9

3 、不連續導通模式v L (t)

V d

D 1 T s D 2 T s D 3 T s

0T s t

t

iL (t)

V d

L

V d -V o

L

ipk

D 1 T s D 2 T s D 3 T s

0 DT sT s

V d -V o

t

iD (t)

ipk

<i D >=I

D 1 T s D 2 T s D 3 T s

0 DT sT s

V d -V o

L

穩態下，電感電壓平均值為 0，與輸出平均電流可推導出

2

411

21

K

D

V

V

d

o

sRT

LK

2其中

10

4 、輸出電壓漣波

Vo

t

Vo

Vo

0

Q ID=Io

iD

tON tOff t0

DTs (1-D)Ts

iD

二極體電流與輸出電壓漣波波形

C

DTsIo

C

QVo

C

DTs

R

Vo

DO IESRV 　

11

實驗四升降壓轉換器實驗

1 、工作原理

V d

+ V L

-

-

V o

+

iDiC I

O F F

O N

iL

S W

+ V L

-

-

V o

+

iDiC I

iLV d

+ V L

-iL

S W S WO N O F F

12

2 、連續導通模式 Lv

Li

ont offt

t

t

sTmaxI

minI oL II

0

0

DTs D' Ts

Vd

-Vo

電感電壓與電流波形


0)()( ' DVDV od

D

D

V

V

d

o

1

13

3 、不連續導通模式v L (t)

V d

D 1 T s D 2 T s D 3 T s

0T s t

t

iL (t)

V d

L

-V o

L

ipk

D 1 T s D 2 T s D 3 T s

0 DT sT s

-V o

t

iD (t)

ipk

<i D >=I

D 1 T s D 2 T s D 3 T s

0 DT sT s

-V o

L

穩態下，電感電壓平均值為 0，與輸出平均電流可推導出

K

D

V

V

d

o 1

sRT

LK

2其中

14

實驗五返馳式轉換器實驗

N1 N2

V1(t) V2(t)

Vd

C R+

Vo-

D1

SW

T1

V1(t)

Vd

0)(

2

1oV

N

N

ton toff

T S

t

i1

i2

Imax

Imin

0

i1

t

t

i2

0

0

V2(t)

dVN

N

1

2

oVt

D

D

nV

V

d

o

1

1

2

1

2

1

L

L

N

Nn

15

三實驗設計與結果展示1 、實驗設計

V d

+ V L -

+

V o

-

iL iC I

O F F

O N

S W

L 1

C 1 C 2

L 2

U C 1 5 2 4P W M IC

+

V 'o

-

Vd:10~20V

I : 0~1A

Vo=5V

降壓型轉換器

%1

O

O

V

V

16

(1) 連續導通模式輸入電壓 Vin:10~20V 負載 R=5Ω

Vin 10V 12V 14V 16V 18V 20V

Vo 5V 5V 5V 5V 5V 5V

D( 量測值 ) 0.58 0.5 0.41 0.35 0.32 0.29

D( 理論值 ) 0.5 0.42 0.36 0.31 0.28 0.25

輸入電壓與工作周期變化關係

DV

V

d

o

17

Vin 10V 12V 14V 16V 18V 20V


ΔVo( 量測值 ) 0.18V 0.18V 0.2V 0.22V 0.24V 0.25V

ΔVo1( 理論值 ) 3.16 3.97 4.79 5.33 5.87 6.41(mv)

ΔVo2( 理論值 ) 0.16V 0.20V 0.23V 0.24V 0.26V 0.27V

ΔVo’( 量測值 ) 24 28 32 36 36 40(mv)

輸入電壓與輸出電壓漣波變化關係

　)1(8

02

01 DLC

VTV S

LO IESRV 　2

ΔVo’為第二級 LC濾波後之輸出電壓漣波

18

(2) 不連續導通模式 Vin 10V 12V 14V 16V 18V 20V


D( 量測值 ) 0.35 0.29 0.24 0.21 0.18 0.18

D( 理論值 ) 0.32 0.24 0.2 0.17 0.14 0.13

輸入電壓與工作周期變化關係

21

411

2

D

KV

V

d

o

sRT

LK

2

19

2 、模擬與實驗結果

1

2

2.00M 4.00M 6.00M 8.00M 10.0M

WFM.2 VAOUT vs. TIME in Secs

60.0

40.0

20.0

0

-20.0

VA

OU

T in

Vo

lts

20.0

0

-20.0

-40.0

-60.0

VF

OU

T in

Vo

lts

< 實驗 5 > PWM 震盪電路實驗

三角波與方波實驗波形三角波與方波模擬波形

20

< 實驗一 > PWM 震盪電路實驗

1

2

2.00M 4.00M 6.00M 8.00M 10.0M

WFM.2 VOUT vs. TIME in Secs

35.0

25.0

15.0

5.00

-5.00

VO

UT

in V

olts

20.0

0

-20.0

-40.0

-60.0

VF

OU

T in

Vo

lts

三角波與輸出實驗波形三角波與輸出模擬波形

21

< 實驗二 > 降壓型轉換器實驗

10.00M4.99<

x>

1

1.00M 3.00M 5.00M 7.00M 9.00M


6.00

4.00

2.00

0

-2.00

VO

UT

in V

olts

輸出電壓實驗波形 (CCM) 輸出電壓模擬波形 (CCM)

22


43.9M5.09<

x>

1

10.0M 30.0M 50.0M 70.0M 90.0M


6.00

4.00

2.00

0

-2.00

VO

UT

in V

olts

輸出電壓實驗波形 (DCM) 輸出電壓模擬波形 (DCM)

23


1

2

9.00M 9.01M 9.02M 9.03M 9.04M

WFM.2 IL vs. TIME in Secs

6.00

4.00

2.00

0

-2.00

IL in

Am

ps

30.0

10.00

-10.00

-30.0

-50.0

VL

in V

olts

電感電壓與電流實驗波形(CCM)

電感電壓與電流模擬波形 (CCM)

24


2

1

27.5M 27.6M 27.6M 27.7M 27.7M

WFM.1 VL vs. TIME in Secs

10.00

0

-10.00

-20.0

-30.0

VL

in V

olts

6.00

4.00

2.00

0

-2.00

IL in

Am

ps

電感電壓與電流實驗波形 (DCM) 電感電壓與電流模擬波形(DCM)

25

< 實驗三 > 升壓型轉換器實驗

60.0M17.9<

x>

1

10.0M 30.0M 50.0M 70.0M 90.0M


30.0

20.0

10.00

0

-10.00

VO

UT

in V

olts


26


150M17.9<

x>

1

20.0M 60.0M 100M 140M 180M


30.0

20.0

10.00

0

-10.00

VO

UT

in V

olts

輸出電壓實驗波形 (DCM) 輸出電壓模擬波形 (DCM)

27


3

2

55.2M 55.2M 55.3M 55.3M 55.3M


15.0

5.00

-5.00

-15.0

-25.0

VL

in V

olts

2.25

1.75

1.25

750M

250M

IL in

Am

ps

電感電壓與電流實驗波形 (CCM) 電感電壓與電流模擬波形 (CCM)

28


3

2

110M 110M 110M 110M 110M


20.0

10.00

0

-10.00

-20.0

VL

in V

olts

800M

600M

400M

200M

0

IL in

Am

ps

電感電壓與電流實驗波形 (DCM) 電感電壓與電流模擬波形 (DCM)

29


V in 10 V

11V 12V 13V 14V 15V

V o 18V 18V 18V 18V 18V 18VD( 量測值 ) 0.64 0.52 0.44 0.41 0.32 0.29D( 理論值 ) 0.444 0.388 0.333 0.275 0.218 0.166

△ Vo( 量測值 ) 0.12 0.12 0.11 0.11 0.08 0.08V△ Vo1( 理論值 ) 7.5m 6.1m 5.1m 4.77m 3.75m 3.4mV△ Vo2( 理論值 ) 0.152 0.141 0.13 0.13 0.13 0.108V

輸入電壓 Vin:10~15V 負載 R=62Ω (CCM)

RC

DTsVoVO

1

DO IESRV 　2

DV

V

d

o

1

1

30


V in 10 V

11V 12V 13V 14V 15V

V o 18V 18V 18V 18V 18V 18V

D( 量測值 ) 0.375 0.3125 0.281 0.25 0.1875 0.1875

D( 理論值 ) 0.71 0.607 0.51 0.434 0.36 0.29

△ Vo( 量測值 )

0.06 0.04 0.03 0.03 0.02 0.04

△ Vo( 理論值 )

0.09 0.08 0.07 0.07 0.06 0.06

輸入電壓 Vin:10~15V 負載 R=1KΩ (DCM)

DO IESRV 　22

411

21

K

D

V

V

d

o

sRT

LK

2;

31

< 實驗四 > 升降壓型轉換器實驗

40.0M-12.0<

x>

1

5.00M 15.0M 25.0M 35.0M 45.0M


15.0

5.00

-5.00

-15.0

-25.0

VO

UT

in V

olts


32


1

2

120M 120M 120M 120M 120M


10.00

0

-10.00

-20.0

-30.0

VL

in V

olts

1.41

1.01

607M

207M

-193M

IL in

Am

ps


33


1

2

110M 110M 110M 110M 110M


10.00

0

-10.00

-20.0

-30.0

VL

in V

olts

1.80

1.40

1.00

600M

200M

IL in

Am

ps

電感電壓與電流實驗波形 (CCM) 電感電壓與電流模擬波形 (CCM)

34


1

2

120M 120M 120M 120M 120M


10.00

0

-10.00

-20.0

-30.0

VL

in V

olts

1.41

1.01

607M

207M

-193M

IL in

Am

ps


35


Vin 10V 12V 14V 16V 18V 20V

Vo -12 -12 -12 -12 -12 -12

D ( 量測值 ) 0.64 0.58 0.5 0.47 0.44 0.41

D ( 理論值 ) 0.54 0.5 0.46 0.42 0.4 0.37

△ Vo( 量測值 ) 0.22 0.21 0.2 0.2 0.19 0.18V

△ Vo1( 理論值 ) 9.6m 8.3m 7.4m 7m 6.5m 6.1mV

△ Vo2( 理論值 ) 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.16V

輸入電壓 Vin:10~20V 負載 R=62Ω (CCM)

D

D

V

V

d

o

1RC

DTsVoVO

1

DO IESRV 　2

36


輸入電壓 Vin:10~20V 負載 R=1KΩ (DCM)

Vin 10V 12V 14V 16V 18V 20V

Vo -12 -12 -12 -12 -12 -12

D( 量測值 ) 0.29 0.29 0.23 0.20 0.17 0.14

D( 理論值 ) 0.50 0.42 0.36 0.31 0.28 0.25

△ Vo( 量測值 )

0.07 0.07 0.08 0.08 0.08 0.08V

△ Vo1( 理論值 )

0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.16V

K

D

V

V

d

o 1sRT

LK

2;

DO IESRV 　

37

< 實驗五 > 返馳式轉換器實驗


95.0M12.1<

x>

1

95.0M 95.0M 95.0M 95.0M 95.0M


20.0

10.00

0

-10.00

-20.0

VO

UT

in V

olts

38

< 實驗五 > 返馳式轉換器實驗

開關控制訊號與 i1實驗波形

開關控制訊號與 i1模擬波形

1

2

95.0M 95.0M 95.0M 95.0M 95.0M

WFM.2 IR6 vs. TIME in Secs

4.00

3.00

2.00

1.00

0

IR6

in A

mp

s

30.0

10.00

-10.00

-30.0

-50.0

VG

S in

Vo

lts

39

< 實驗四 > 返馳式轉換器實驗

開關控制訊號與 V2實驗波形開關控制訊號與 V2模擬波形

2

1

95.0M 95.0M 95.0M 95.0M 95.0M

WFM.1 VGS vs. TIME in Secs

35.0

15.0

-5.00

-25.0

-45.0

VG

S in

Vo

lts

120

80.0

40.0

0

-40.0

VS

EC

in V

olts

40

參考資料

1. Robert W. Erickson, Fundamentals of Power Electronics, Kluwer Academic Publishers, Massachusetts, 1999

2. Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins, Power Electronics : Converter, Application, and Design, John Wiley & Sons , Inc., New York, 1995

3. 鄭培璿，電子電子分析與模擬，全華圖書，台北， 2002

4. 江炫樟編譯，電子電子學，全華圖書，台北， 2003

實驗一 pwm 震盪電路實驗

Documents