斬波器

直流斬波器通過利用功率組件對(duì)電壓固定的電源做適當(dāng)切割，改變負(fù)載端電壓。若其輸出電壓較輸入之電源電壓低，則稱為降壓式(Buck )直流斬波器，若其輸出電壓較輸入之電源電壓高，則稱為升壓式(Boost)直流斬波器；如圖1中(a)所示為直流斬波器基本電路圖，圖1中(b)所示為負(fù)載電壓波形，可看出當(dāng)直流斬波器導(dǎo)通(Ton)時(shí)，負(fù)載端之電壓Vo等于電源電壓Vs，當(dāng)直流斬波器截止(Toff)時(shí)，負(fù)載端之電壓Vo為0，如此適當(dāng)?shù)目刂浦绷鲾夭ㄆ骺墒怪绷麟娫磾嗬m(xù)的出現(xiàn)在負(fù)載側(cè)，只要控制直流斬波器的導(dǎo)通時(shí)間，即

可改變負(fù)載的平均電壓。 由圖1中(b)可看出輸出電壓之峰值等于電源電壓Vs，而輸出電壓之平均值Vo隨Ton之時(shí)間而變。而最常見之改變方式為 1.周期T固定，導(dǎo)通時(shí)間Ton改變，稱脈波寬度調(diào)變(Pulse-width Modulation PWM)。2.導(dǎo)通時(shí)間Ton固定，周期T改變，稱頻率調(diào)變(Frequency Modulation FM)。 3.周期T及導(dǎo)通時(shí)間Ton 同時(shí)改變，即波寬調(diào)變及頻率調(diào)變混合使用。在實(shí)際應(yīng)用中，因直流斬波器常需在負(fù)載端接上濾波電感及濾波電容，若頻率改變過大對(duì)電感及電容影響大，因此多數(shù)采用脈波寬度調(diào)變。 直流斬波器依負(fù)載電壓及負(fù)載電流極性來區(qū)分可分為下列三種︰1. 單象限直流斬波器。2. 兩象限直流斬波器。3. 四象限直流斬波器。如圖2中(a)所示為單象限直流斬波器示意圖，其負(fù)載電壓及負(fù)載電流皆為正；如圖2中(b)所示負(fù)載電壓為正，負(fù)載電流有正有負(fù)稱兩象限直流斬波器；若負(fù)載電壓有正有負(fù)，負(fù)載電流亦有正有負(fù)，稱四象限直流斬波器如圖2中(c)所示。本系統(tǒng)可依接線方式改變，達(dá)成上述三種直流斬波器。

斬波器在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備里有廣泛使用，靈敏電子管電壓表或生物電子儀器里也有使用。

斬波器的另一種又叫振動(dòng)子變流器、工作原理和電鈴類似，是體積、功率比較大，用八腳電子管插座。經(jīng)常用于直流/交流變換。

過去因?yàn)榫请娮庸茉O(shè)備，由于甲、乙電的供應(yīng)在移動(dòng)設(shè)備中非常困難的，所以以前的汽車收音機(jī)和部分車載電臺(tái)就用振動(dòng)子將車上的蓄電池提供的電流變?yōu)榻蛔冸娏?，?jīng)過變壓器升壓和振動(dòng)子同步變流為高壓直流供收音機(jī)或電臺(tái)使用（功率比較大的電臺(tái)也有用汽車蓄電池推動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)的）。

由于半導(dǎo)體變流器的成熟，振動(dòng)子變流器早已數(shù)十年沒見使用了。早期的攝影用萬次閃光燈也用振動(dòng)子變流器。

直流斬波是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為DC/DC變換。

斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式，Ts（周期）不變，改變Ton（通用，Ton為開關(guān)每次接通的時(shí)間），二是頻率調(diào)制方式，Ton不變，改變Ts（易產(chǎn)生干擾）。

其具體的電路由以下幾類：

1、Buck電路：降壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，輸出電壓與輸入電壓極性相同。

2、Boost電路：升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，輸出電壓與輸入電壓極性相同

3、Buck-Boost電路：降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，輸出電壓與輸入電壓極性相同，電感傳輸。

4、Cuk電路：降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，輸出電壓與輸入電壓極性相反，電容傳輸。

用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源)， 同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國VICOR公司設(shè)計(jì)制造的多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應(yīng)的功率密度為(6、2、10、17)W/cm^3，效率為(80-90)%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊RM系列，其開關(guān)頻率為(200-300)kHz，功率密度已達(dá)到27W/cm^3，采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二極管)，使整個(gè)電路效率提高到90%。

A. 直流電源供應(yīng)器及設(shè)定單元。

B.直流PWM產(chǎn)生器EM5202-2C主要功能在產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，所需之工作電源為±15V。

1. 命令電壓由I/P端輸入，為0~10V(單象限)，或-10V~ 10V(四象限控制)。

2. 三角波產(chǎn)生器：由頻率選擇開關(guān)可以選擇1KHZ、10KHZ、15KHZ，而波型選擇開關(guān)可選擇三角波之大小，單象限控制時(shí)命令電壓為0~10V，故選擇大小為0- 10V之三角波，在四象限控制時(shí)命令電壓為-10V~ 10V，故選擇大小為-10V~ 10V之三角波。

3. 反向器：將輸入命令電壓反向，在單象限控制時(shí)沒有作用。

4. 比較器：將命令電壓與三角波信號(hào)相比較，便可得到輸出脈波寬度隨命令電壓改變之PWM信號(hào)，單象限控制時(shí)PWM信號(hào)輸出只接S1，四象限控制時(shí)PWM信號(hào)有兩個(gè)S1及S3。

5. 在四象限控制時(shí)當(dāng)命令電壓為正時(shí)，S1信號(hào)責(zé)任周期大于50%，S3 信號(hào)責(zé)任周期小于50%，兩組信號(hào)互補(bǔ)但兩者間有相位差，反之當(dāng)命令電壓為負(fù)時(shí)，S1信號(hào)責(zé)任周期小于50%，S3信號(hào)責(zé)任周期大于50%。

C.四組IGBT驅(qū)動(dòng)器EM5202-2D

主要功能在將輸入控制信號(hào)放大以驅(qū)動(dòng)IGBT。

1. 所需之控制電源為110VAC。

2. 控制信號(hào)為TTL位準(zhǔn)由S1及S3輸入，經(jīng)反相及延遲控制S1產(chǎn)生T1及T2控制信號(hào)，S3產(chǎn)生T3及T4控制信號(hào)，上下臂間之DEAD-TIME約為3us，在單象限控制時(shí)只有T1 IGBT觸發(fā)導(dǎo)通，此時(shí)應(yīng)將信號(hào)選擇開關(guān)應(yīng)切到T1 ONLY。

3. 四組控制信號(hào)送入電流限制器，當(dāng)直流側(cè)(DC BUS)電流過大，IDC輸出變大，電流限制器動(dòng)作LED亮，此時(shí)控制信號(hào)無法通過，IGBT暫時(shí)關(guān)閉，待輸出電流下降后，IGBT又正常動(dòng)作。

4. 為使控制信號(hào)及高壓之電源電路完全隔離，將控制信號(hào)先經(jīng)光耦合電路隔離再送入驅(qū)動(dòng)器，便可以達(dá)成。

5. 隔離后之控制信號(hào)，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)IGBT。

6. 本系統(tǒng)提供一個(gè)霍爾電流傳感器以方便使用者量測(cè)，輸出為0.4V/A，表示當(dāng)電流為1A時(shí)傳感器輸出電壓為0.4V。

7. 負(fù)載輸出有三個(gè)端子，單象限控制只有T1動(dòng)作，故輸出端為L 及O/P1，四象限控制時(shí)輸出端為O/P1及O/P2。