一种模块化直流变换电路实验装置的制作方法

1.本实用新型涉及直流变换电路实验领域，特别涉及一种模块化直流变换电路实验装置。


背景技术：

2.直流变换电路实验装置是一种进行直流变换电路实验控制的支撑设备，直流变换电路功能是将直流电变成另一固定电压或可调电压的直流电，buck电路是一种典型的直流变换电路，buck电路属于直接直流变流电路中的降压斩波电路。典型buck电路是由全控功率器件、电感、电容、续流二极管构成，根据功率器件控制方式不同，buck电路可以分为模拟控制和数字控制；根据电流是否同步，可以将buck电路可以分为同步buck电路和非同步buck电路；根据电流是否可以反馈到主控模块，buck电路可分为开环控制和闭环控制，随着科技的不断发展，人们对于直流变换电路实验装置的制造工艺要求也越来越高。
3.现有的直流变换电路实验装置在使用时存在一定的弊端，目前很多高校实验室使用的buck电路实验装置功能较为简单，只包含上述一种或两种buck电路，并且元器件不可更换，只能验证某一种buck电路的性能，无法满足更换参数的需求；目前使用的buck电路实验装置涵盖范围比较少，不能满足学习者对于不同类型buck电路的同时学习、比较的需求，为此，我们提出一种模块化直流变换电路实验装置。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种模块化直流变换电路实验装置，结构简单、功能丰富，核心元器件模块化，便于更换，巧妙解决了以往电路功能单一、无法更换元器件问题，实现了电路设计的简单经济化，适用性强，可以有效解决背景技术中的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种模块化直流变换电路实验装置，包括底板、输入电容模块、主控模块、输出电容模块、电感模块、第二功率管模块与第一功率管模块，所述输入电容模块连接所述主控模块，所述电感模块连接所述第二功率管模块，所述第二功率管模块连接所述第一功率管模块，所述底板与输入电容模块、主控模块、输出电容模块、电感模块、第二功率管模块和第一功率管模块进行连接。
8.优选的，所述底板上设置有输入接口、第二驱动输入、第一驱动输入、电流测量桥、输出接口、驱动信号测量接口、驱动信号隔离电路、隔离供电接口、第二驱动输出、第一驱动输出、输出电流检测电路与辅助供电接口。
9.优选的，所述底板连接有直流电源输入、电子负载、万用表与示波器，所述万用表与电子负载之间进行连接。
10.优选的，所述底板与输入接口、第二驱动输入、第一驱动输入、电流测量桥、输出接口、驱动信号测量接口、驱动信号隔离电路、隔离供电接口、第二驱动输出、第一驱动输出、
输出电流检测电路和辅助供电接口之间电性连接。
11.优选的，所述底板与直流电源输入、电子负载、万用表和示波器之间电性连接，所述万用表与电子负载之间电性连接。
12.优选的，所述底板同时包含多种控制结构，包括模拟控制结构、数字控制结构与信号源控制结构。
13.(三)有益效果
14.与现有技术相比，本实用新型提供了一种模块化直流变换电路实验装置，具备以下有益效果：该一种模块化直流变换电路实验装置，结构简单、功能丰富，核心元器件模块化，便于更换，巧妙解决了以往电路功能单一、无法更换元器件问题，实现了电路设计的简单经济化，适用性强，主要元器件设计成单独并可更换定的模块(电感模块、功率管模块、主控模块)，电路参数不再是统一固定的，学习者根据自己需求随意更换，大大增加了学习者的学习能动性；同一实验装置可以搭建多种类型buck电路，可以验证基本buck电路特性、模拟控制同步与非同步buck电路特性与区别、数字控制闭环与开环buck电路特性与区别，还可以根据学习者自己需求搭建更多buck电路；增加功率器件更换外接口，可以根据需求更换不同的功率器件；控制电路包含数字控制和模拟控制，便于学生学习思考两者控制方式的区别；使用透明亚克力封盖，便于观察内部电路结构，整个直流变换电路实验装置结构简单，操作方便，使用的效果相对于传统方式更好。
附图说明
15.图1为本实用新型一种模块化直流变换电路实验装置的整体结构示意图。
16.图2为本实用新型一种模块化直流变换电路实验装置中电路原理的结构示意图。
17.图3为本实用新型一种模块化直流变换电路实验装置中流程图的示意图。
18.图中：1、底板；2、输入电容模块；3、主控模块；4、输出电容模块；5、电感模块；6、第二功率管模块；7、第一功率管模块；8、输出电流检测电路；9、第一驱动输出；10、第二驱动输出；11、隔离供电接口；12、驱动信号隔离电路；13、示波器；14、驱动信号测量接口；15、万用表；16、电子负载；17、输出接口；18、电流测量桥；19、第一驱动输入；20、第二驱动输入；21、输入接口；22、直流电源输入；23、辅助供电接口。
具体实施方式
19.下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
20.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定
的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.如图1-3所示，一种模块化直流变换电路实验装置，包括底板1、输入电容模块2、主控模块3、输出电容模块4、电感模块5、第二功率管模块6与第一功率管模块7，输入电容模块2连接主控模块3，电感模块5连接第二功率管模块6，第二功率管模块6连接第一功率管模块7，底板1与输入电容模块2、主控模块3、输出电容模块4、电感模块5、第二功率管模块6和第一功率管模块7进行连接，结构简单、功能丰富，核心元器件模块化，便于更换，巧妙解决了以往电路功能单一、无法更换元器件问题，实现了电路设计的简单经济化，适用性强。
23.进一步的，底板1上设置有输入接口21、第二驱动输入20、第一驱动输入19、电流测量桥18、输出接口17、驱动信号测量接口14、驱动信号隔离电路12、隔离供电接口11、第二驱动输出10、第一驱动输出9、输出电流检测电路8与辅助供电接口23。
24.进一步的，底板1连接有直流电源输入22、电子负载16、万用表15与示波器13，万用表15与电子负载16之间进行连接。
25.进一步的，底板1与输入接口21、第二驱动输入20、第一驱动输入19、电流测量桥18、输出接口17、驱动信号测量接口14、驱动信号隔离电路12、隔离供电接口11、第二驱动输出10、第一驱动输出9、输出电流检测电路8和辅助供电接口23之间电性连接。
26.进一步的，底板1与直流电源输入22、电子负载16、万用表15和示波器13之间电性连接，万用表15与电子负载16之间电性连接。
27.进一步的，底板1同时包含多种控制结构，包括模拟控制结构、数字控制结构与信号源控制结构。
28.工作原理：本实用新型包括底板1、输入电容模块2、主控模块3、输出电容模块4、电感模块5、第二功率管模块6、第一功率管模块7、输出电流检测电路8、第一驱动输出9、第二驱动输出10、隔离供电接口11、驱动信号隔离电路12、示波器13、驱动信号测量接口14、万用表15、电子负载16、输出接口17、电流测量桥18、第一驱动输入19、第二驱动输入20、输入接口21、直流电源输入22与辅助供电接口23，结构简单、功能丰富，核心元器件模块化，便于更换，巧妙解决了以往电路功能单一、无法更换元器件问题，实现了电路设计的简单经济化，适用性强。
29.底板提供各单独模块连接的插座，是组成整个实验装置的基底。
30.输入电容模块用于滤除输入到buck电路的杂波。模块中已经安装了4颗100uf电解电容，并且安装了直插式安装测试座，用于电容扩展，在使用时如需增大电容，可直接安装合适的电容。
31.主控模块：该实验装置中共有两种控制方式，模拟控制和数字控制。模拟控制采用的主控芯片是eg1163s电源管理芯片。eg1163是一款高压大电流降压型dc-dc电源管理芯片，内部集成基准电源、振荡器、误差放大器、限流保护、短路保护、半桥驱动等功能。数字控
制采用的主控芯片是dsp芯片tms320f28035。主控模块中包含了采样电路、mos管驱动电路、rs485通信电路及其他辅助电路。
32.输出电容模块用于滤除buck电路输出的杂波，能够减小输出纹波。模块中已经安装了4颗100uf电解电容，并且安装了直插式安装测试座，用于电容扩展，在使用时如需增大电容，可直接安装合适的电容。
33.电感模块：用于安装buck电路中的电感元件。模块采用了锁紧座的安装方式，可以任意更换不同封装形式、不同感值的电感，进而对比电路在采用不同电感时的差异。
34.第二功率管模块：用于安装buck基本电路中的续流二极管(或续流mos管及其他全控型器件)。
35.第一功率管模块：用于安装buck基本电路中的mos管(或其他全控型器件)。模块上装有直插式安装测试座，可以更换各种直插式的电力电子器件。模块上装有散热片，可以帮助器件很好的散热。在更换元件时，需先将压片取下，然后根据模块上的丝印标注和元件的引脚定义，正确安装。
36.输入接口是buck电路直流电源输入接口。直流电源输入从此接口输入所需要的直流电压；
37.辅助供电接口是buck电路实验模块辅助供电接口。由上至下依次为+12v、gnd和-12v。辅助供电主要为系统中控制电路和检测电路提供电源，提高电路的可靠性。
38.第二驱动输入：与第二功率管模块的信号引脚连接，功率管2的驱动信号由此处引入。驱动信号可以从电路板中引入，也可以由外部引入。功率管模块在使用二极管时，该信号在电路中不被使用。
39.第一驱动输出：主控模块中的驱动信号的输出端口，与主控模块中的驱动电路连接。使用时经测试导线输送到“第一驱动输入”。此路信号为buck电路中的全控器件提供驱动信号。
40.电流测量桥：在此处可以使用电流探头测量buck电路主回路的电流。
41.输出接口是buck电路电压输出接口，也是万用表、电子负载接入接口。
42.输出电流检测电路：电流检测电路采用的型号为hlsr-20-p电流传感器，配合供电电路和电压基准电路，能准确地测量主电路的输出电流，然后供数控模块采集读取，用于做闭环控制时的电流检测。
43.第二驱动输出是主控模块中的第二驱动信号的输出端口，与主控模块中的驱动电路连接。使用时经测试导线输送到“第二驱动输入”。此路信号在主控方式选择模拟控制(或数字控制)、使用mos管(或其它全控器件)做为buck电路中的续流二极管时，为mos管提供驱动信号。在其他情况下，该信号不使用。
44.第一驱动输入：与第一功率管模块的信号引脚连接，第一功率管的驱动信号由此处引入。驱动信号可以从电路板中引入，也可以由外部引入。
45.驱动信号隔离电路：功率管模块的驱动信号，经过隔离电路后输送到驱动信号测量接口，从而保证在测量过程中主电路不受干扰。隔离电路采用了高速隔离光耦，并使用独立电源供电，保证了电路的可靠性，防止测量时对电路产生干扰，影响电路正常工作。
46.隔离供电接口为驱动隔离信号电路提供供电电源。
47.驱动信号测量接口是主控模块控制信号经驱动隔离信号电路后外引测量接口。
48.图3为根据本实用新型实施例的一种模块化直流变换电路实验装置实验步骤流程图，具体步骤如下：
49.实验步骤s1，准备是指，
50.(1)准备实验需要的各模块：底板、输入电容模块、主控模块、输出电容模块、电感模块、第二功率管模块、第一功率管模块；
51.(2)准备实验所需要的各仪器：万用表、直流电源、电子负载、12v开关电源；
52.(3)准备实验所需要的连接导线：bnc连接线；
53.实验步骤s2，安装实验模块是指将输入电容模块、主控模块、输出电容模块、电感模块、第二功率管模块、第一功率管模块安装到1底板上；
54.实验步骤s3，本实验装置可以选择同步buck还是非同步buck；
55.实验步骤s4,连接实验导线是指：
56.(1)用bnc连接线将第一驱动输出与第一驱动输入连接；
57.(2)直流电源与输入接口连接；
58.(3)万用表、电子负载与输出接口连接；
59.(4)12v电源与隔离供电接口、辅助供电接口连接；
60.(5)示波器与驱动信号测量接口连接；
61.实验步骤s5,设置仪器参数是指设置对应万用表、直流电源、电子负载各参数；
62.实验步骤s6,验证buck电路基础特性是指上述步骤s1、s2、s3、s4步骤完成后开各仪器电源进行非同步buck电路模拟主控闭环稳压验证；
63.实验步骤s7，连接实验导线是指：
64.(1)用bnc连接线将第一驱动输出与第一驱动输入连接；
65.(2)用bnc连接线将第二驱动输出与第二驱动输入连接；
66.(3)直流电源与输入接口连接；
67.(4)万用表、电子负载与输出接口连接；
68.(512v电源与隔离供电接口、辅助供电接口连接；
69.(6)示波器与驱动信号测量接口连接；
70.实验步骤s8：设置仪器参数是指设置对应万用表、直流电源、电子负载各参数；
71.实验步骤s9：验证非同步buck电路模拟主控闭环稳压特性是指上述步骤s1、s2、s6、s7、s8步骤完成后开各仪器电源进行非同步buck电路模拟主控闭环稳压验证。
72.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二(一号、二号)等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
73.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还
会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

技术特征：
1.一种模块化直流变换电路实验装置，包括底板(1)、输入电容模块(2)、主控模块(3)、输出电容模块(4)、电感模块(5)、第二功率管模块(6)与第一功率管模块(7)，其特征在于：所述输入电容模块(2)连接所述主控模块(3)，所述电感模块(5)连接所述第二功率管模块(6)，所述第二功率管模块(6)连接所述第一功率管模块(7)，所述底板(1)与输入电容模块(2)、主控模块(3)、输出电容模块(4)、电感模块(5)、第二功率管模块(6)和第一功率管模块(7)进行连接。2.根据权利要求1所述的一种模块化直流变换电路实验装置，其特征在于：所述底板(1)上设置有输入接口(21)、第二驱动输入(20)、第一驱动输入(19)、电流测量桥(18)、输出接口(17)、驱动信号测量接口(14)、驱动信号隔离电路(12)、隔离供电接口(11)、第二驱动输出(10)、第一驱动输出(9)、输出电流检测电路(8)与辅助供电接口(23)。3.根据权利要求1所述的一种模块化直流变换电路实验装置，其特征在于：所述底板(1)连接有直流电源输入(22)、电子负载(16)、万用表(15)与示波器(13)，所述万用表(15)与电子负载(16)之间进行连接。4.根据权利要求2所述的一种模块化直流变换电路实验装置，其特征在于：所述底板(1)与输入接口(21)、第二驱动输入(20)、第一驱动输入(19)、电流测量桥(18)、输出接口(17)、驱动信号测量接口(14)、驱动信号隔离电路(12)、隔离供电接口(11)、第二驱动输出(10)、第一驱动输出(9)、输出电流检测电路(8)和辅助供电接口(23)之间电性连接。5.根据权利要求3所述的一种模块化直流变换电路实验装置，其特征在于：所述底板(1)与直流电源输入(22)、电子负载(16)、万用表(15)和示波器(13)之间电性连接，所述万用表(15)与电子负载(16)之间电性连接。6.根据权利要求1所述的一种模块化直流变换电路实验装置，其特征在于：所述底板(1)同时包含多种控制结构，包括模拟控制结构、数字控制结构与信号源控制结构。

技术总结
本实用新型公开了一种模块化直流变换电路实验装置，包括底板、输入电容模块、主控模块、输出电容模块、电感模块、第二功率管模块与第一功率管模块，所述输入电容模块连接所述主控模块，所述电感模块连接所述第二功率管模块，所述第二功率管模块连接所述第一功率管模块，所述底板与输入电容模块、主控模块、输出电容模块、电感模块、第二功率管模块和第一功率管模块进行连接，所述底板上设置有输入接口。本实用新型所述的一种模块化直流变换电路实验装置，结构简单、功能丰富，核心元器件模块化，便于更换，巧妙解决了以往电路功能单一、无法更换元器件问题，实现了电路设计的简单经济化，适用性强。适用性强。适用性强。


技术研发人员：梁光胜 于跃 徐婷婷
受保护的技术使用者：北京海瑞克科技发展有限公司
技术研发日：2023.02.08
技术公布日：2023/10/20