第五章直流斬波電路直流斬波電路（DCChopper）將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。也稱為直流--直流變換器（DC/DCConverter）。一般指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，不包括直流—交流—直流?/p>

電路種類6種基本斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。復(fù)合斬波電路——不同結(jié)構(gòu)基本斬波電路組合。多相多重?cái)夭娐贰嗤Y(jié)構(gòu)基本斬波電路組合。

電路結(jié)構(gòu)

全控型器件若為晶閘管，須有輔助關(guān)斷電路。續(xù)流二極管負(fù)載出現(xiàn)的反電動勢典型用途之一是拖動直流電動機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載。

降壓斬波電路（BuckChopper)工作原理c)

電流斷續(xù)時的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)電流連續(xù)時的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa)

電路圖圖3-1

降壓斬波電路得原理圖及波形t=0時刻驅(qū)動V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。t=t1時控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小。數(shù)量關(guān)系電流連續(xù)負(fù)載電壓平均值：（3-1）（3-2）ton——V通的時間toff——V斷的時間a--導(dǎo)通占空比

電流斷續(xù)，Uo被抬高，一般不希望出現(xiàn)。負(fù)載電流平均值：斬波電路三種控制方式T不變，變ton—脈沖寬度調(diào)制（PWM）。ton不變，變T—頻率調(diào)制。ton和T都可調(diào)，改變占空比—混合型。此種方式應(yīng)用最多第2章2.1節(jié)介紹過：電力電子電路的實(shí)質(zhì)上是分時段線性電路的思想。基于“分段線性”的思想，對降壓斬波電路進(jìn)行解析。分V處于通態(tài)和處于斷態(tài)初始條件分電流連續(xù)和斷續(xù)同樣可以從能量傳遞關(guān)系出發(fā)進(jìn)行的推導(dǎo)

由于L為無窮大，故負(fù)載電流維持為Io不變

電源只在V處于通態(tài)時提供能量，為

在整個周期T中，負(fù)載消耗的能量為輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器。一周期中，忽略損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等。

升壓斬波電路（BoostChopper）保持輸出電壓儲存電能

電路結(jié)構(gòu)1)升壓斬波電路的基本原理工作原理假設(shè)L和C值很大。V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓Uo恒定。V處于斷態(tài)時，電源E和電感L同時向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。0iGE0ioI1圖3-2升壓斬波電路及工組波形a)

電路圖b)

波形數(shù)量關(guān)系設(shè)V通態(tài)的時間為ton，此階段L上積蓄的能量為設(shè)V斷態(tài)的時間為toff，則此期間電感L釋放能量為穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：（3-21）（3-20）化簡得：T/toff>1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路。

——升壓比；升壓比的倒數(shù)記作b，即 。b和a的關(guān)系：因此，式（3-21）可表示為（3-23）（3-22）電壓升高得原因：電感L儲能使電壓泵升的作用

電容C可將輸出電壓保持住如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量僅由負(fù)載R消耗，即

與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路可看作直流變壓器。輸出電流的平均值Io為：(3-25)電源電流的平均值Io為：(3-26)2)升壓斬波電路典型應(yīng)用一是用于直流電動機(jī)傳動二是用作單相功率因數(shù)校正（PFC）電路三是用于其他交直流電源中ttTEiOOb)a)i1i2I10I20I10tontofftOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20uo圖3-3用于直流電動機(jī)回饋能量的升壓斬波電路及其波形

a）電路圖b）電流連續(xù)時c）電流斷續(xù)時用于直流電動機(jī)傳動再生制動時把電能回饋給直流電源。電動機(jī)電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)。直流電源的電壓基本是恒定的，不必并聯(lián)電容器。復(fù)合斬波電路——降壓斬波電路和升壓斬波電路組合構(gòu)成

多相多重?cái)夭娐贰嗤Y(jié)構(gòu)的基本斬波電路組合構(gòu)成

斬波電路用于拖動直流電動機(jī)時，常要使電動機(jī)既可電動運(yùn)行，又可再生制動。降壓斬波電路能使電動機(jī)工作于第1象限。升壓斬波電路能使電動機(jī)工作于第2象限。電流可逆斬波電路：降壓斬波電路與升壓斬波電路組合。此電路電動機(jī)的電樞電流可正可負(fù)，但電壓只能是一種極性，故其可工作于第1象限和第2象限。電流可逆斬波電路電路結(jié)構(gòu)a)電路圖V1和VD1構(gòu)成降壓斬波電路，電動機(jī)為電動運(yùn)行，工作于第1象限。V2和VD2構(gòu)成升壓斬波電路，電動機(jī)作再生制動運(yùn)行，工作于第2象限。必須防止V1和V2同時導(dǎo)通而導(dǎo)致的電源短路。工作過程（三種工作方式)第3種工作方式：一個周期內(nèi)交替地作為降壓斬波電路和升壓斬波電路工作。當(dāng)一種斬波電路電流斷續(xù)而為零時，使另一個斬波電路工作，讓電流反方向流過，這樣電動機(jī)電樞回路總有電流流過。電路響應(yīng)很快。圖3-7電流可逆斬波電路及波形B型雙象限斬波器

B型雙象限斬波器是指輸出電壓極性可變，但輸出電流平均值始終為正，電路工作在第一和第四象限。

1．工作在第一象限

2．工作在第四象限電路工作有三種方式：

1）兩斬波器件CHl和CH2同時導(dǎo)通，且，電機(jī)吸收能量。

2）其中一個斬波器件和一個二極管同時導(dǎo)通，ud=0，id經(jīng)這二個導(dǎo)通管續(xù)流。

3）兩二極管VDl和VD2同時導(dǎo)通，兩斬波器件CHl和CH2同時關(guān)斷，且U<E，電機(jī)放出能量。兩個電流可逆斬波電路組合起來，分別向電動機(jī)提供正向和反向電壓。圖3-8橋式可逆斬波電路

四象限斬波器(橋式可逆斬波器）使V4保持通時，等效為圖3-7a所示的電流可逆斬波電路，提供正電壓，可使電動機(jī)工作于第1、2象限。使V2保持通時，V3、VD3和V4、VD4等效為又一組電流可逆斬波電路，向電動機(jī)提供負(fù)電壓，可使電動機(jī)工作于第3、4象限。一、斬波器換流電路1．電壓換流電路其換流原理是對電容C進(jìn)行預(yù)充電，極性為左負(fù)右正。當(dāng)開關(guān)Q閉合，晶閘管二端承受反壓關(guān)斷。注意加在晶閘管VT二端的反壓時間要大于晶閘管的關(guān)斷時間，才能使晶閘管VT可靠關(guān)斷。第三節(jié)普通晶閘管組成的直流斬波電路

2．電流換流電路其換流原理同樣是對電容Ｃ進(jìn)行預(yù)充電，極性為左負(fù)右正。當(dāng)開關(guān)Q閉合，換流電感L和電容Ｃ組成振蕩電路，產(chǎn)生電流ic，其方向同iＴ方向相反。當(dāng)id＝ic時，iＴ＝０，晶閘管VT關(guān)斷，使二極管VD1導(dǎo)通，并使晶閘管VT承受反壓。同樣要注意加在晶閘管二端的反壓時間要大于晶閘管的關(guān)斷時間。二、TGC－I型無軌電車晶閘管斬波調(diào)速裝置電氣主電路原理圖，它主要適用于ZQ—60、DQ—14／86、ZQ—90直流牽引電動機(jī)，斬波器的工作頻率為125Hz，直流電源輸入電壓為600V。1．直流斬波器工作原理

VT1為斬波器主晶閘管，VT2為斬波器輔晶閘管，Ｃ和L1組成振蕩電路，與ＶＤ1

、ＶＤ2、L2組成VT1管的換流關(guān)斷電路。脈沖寬度控制直流斬波電路工作過程2．主電路中各元件的作用ＶＤ0：防止直流斬波器被加上反向電壓。ＴＰ：由霍爾元件組成的電流變換器。電阻ＲＴ和晶閘管ＶＴ3組成削磁回路，目的在于進(jìn)一步提高車速。３．換流電容Ｃ和換流電感Ｌ1的確定斬波器正常工作的關(guān)鍵是靠充電的換流電容給晶閘管VT1以反壓，保證管子能關(guān)斷并恢復(fù)正向阻斷特性。三、逆導(dǎo)晶閘管與逆導(dǎo)型斬波器在前面討論的斬波器中，經(jīng)常將晶閘管與整流二極管反并聯(lián)使用，逆導(dǎo)晶閘管就是根據(jù)這一使用要求研制的新型器件，它將晶閘管和整流二極管制作在同一管芯上，其符號與等效電路。與普通晶閘管相比，逆導(dǎo)晶閘管具有正向壓降小、關(guān)斷時間短以及高溫特性好等優(yōu)點(diǎn)。基本概念多相多重?cái)夭娐吩陔娫春拓?fù)載之間接入多個結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路而構(gòu)成相數(shù)一個控制周期中電源側(cè)的電流脈波數(shù)重?cái)?shù)負(fù)載電流脈波數(shù)第五節(jié)多相多重?cái)夭娐?/p>

1）導(dǎo)通比，二個斬波器件ＣＨ1和ＣＨ2的輸出電壓在相位上相隔T／2工作，二個斬波器件的導(dǎo)通時間不會重合，這樣就會出現(xiàn)兩種運(yùn)行方式。

1，其中一個斬波器件CHl或CH2和兩個二極管導(dǎo)通。在方式０和方式１時，電路以2倍于單個斬波電路的頻率工作，輔出電流id為各項(xiàng)電流id1和id2之和，其平均值為一相的2倍，其頻率是id1和id2頻率的2倍。根據(jù)以上分析，我們知道多相多重?cái)夭娐肪哂幸韵绿攸c(diǎn)：

2)導(dǎo)通比，出現(xiàn)兩個斬波器件CHl或CH2同時導(dǎo)通的方式2，而且在任一時刻，至少有一個斬波器件導(dǎo)通，不會出現(xiàn)方式０，輸入電流iCH為零的時刻也不會出現(xiàn)，各電量波形。

1）輸出電流脈動率減小，有利于電機(jī)的運(yùn)行。

2）平波電抗器的重量和體積可明顯降低。

3）濾波器的效果會增加。

4）線路較單個斬波電路復(fù)雜，尤其是控制電路。

5）由單個斬波器并聯(lián)構(gòu)成，總的可靠性可提高。用電力電子器件將一種直流電壓先變?yōu)榻涣麟妷?，再變?yōu)闃O性、電壓值不同的另一種直流電壓的變流電路，被稱作間接直流變流電路。第六節(jié)間接直流變流電路一、單管傳輸型變流電路

其基本線路和部分波形。這是一種當(dāng)開關(guān)器件Ｖ接通時向二次線圈供能的方式，在向變壓器TR的一次線圈Nl外加輸入電壓的同時，由二次線圈N2感應(yīng)的電壓通過二極管VDl加以整流，并在Ｖ?jǐn)嚅_時，利用電感L的儲能通過續(xù)流二極管VD2再由輸出濾波器LC加以平波供給負(fù)載。Ｖ在t1時刻導(dǎo)通，VD截止，E加在一次線圈N1上，在二次線圈N2上感應(yīng)出（N2／N1）×Ｅ電壓，這時輸出電壓Ｕ0為單管傳輸型變流電路比較簡單，適用于中小容量輸出，而且容易適應(yīng)高頻化，缺點(diǎn)是變壓器TR只能外加單向電壓，變壓器利用率較低，輸出濾波器容量也較大。二、推挽式變流電路這是一種適合中容量至大容量的方式，其基本電路和波形。三、半橋式和全橋式變流電路半橋式電路全橋式電路四、MOSFET整流電路由于MOSFET具有開關(guān)頻率高、驅(qū)動功率小、無二次擊穿等優(yōu)點(diǎn)，故在低壓便攜式電源中較多