直流斬波器工作原理

　　直流斬波器介紹

　　直流斬波是指將現(xiàn)在的直流電轉(zhuǎn)換成另一種電壓的直流電，即DC-DC轉(zhuǎn)換器。而PWM是指脈寬調(diào)制，就是控制脈沖信號的一個周期內(nèi)，高電平時間占整個周期的比值（占空比）。

　　控制電流通斷時間比例就行了，不用別的。斬波是削去電壓波型超過規(guī)定電壓的部分，不能保證獲得方波，也不能調(diào)整通斷時間比例，即沒有PWM功能。

　　所謂直流斬波是將直流信號或電源切成與信號同幅值的單極性或雙極性的脈沖波，一般用開關(guān)晶體管、場效應(yīng)管或IGBT來實現(xiàn)。直流斬波往往用于：

　　1）高共模扼制比的直流信號放大、隔離；

　　2）電源的變換（如逆變等）；

　　3）直流過電壓的吸收。

　　直流斬波器又稱為截波器，它是將電壓值固定的直流電，轉(zhuǎn)換為電壓值可變的直流電源裝置，是一種直流對直流的轉(zhuǎn)換器已被廣泛使用，如直流電機(jī)的速度控制、交換式電源供應(yīng)器（Switching-Power-Supply）等。

　　三種基本直流斬波器

　　可改變負(fù)載的平均電壓。

　　由圖1.1（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之時間而變。而最常見之改變方式為

　　1、周期T固定，導(dǎo)通時間Ton改變，稱脈波寬度調(diào)變（Pulse-width Modulation PWM）。

　　2、導(dǎo)通時間Ton固定，周期T改變，稱頻率調(diào)變（Frequency Modulation FM）。

　　3、周期T及導(dǎo)通時間Ton 同時改變，即波寬調(diào)變及頻率調(diào)變混合使用。

　　在實際應(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1.2（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1.2（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1.2（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。

　　圖1.2三種基本直流斬波器

　　直流斬波器工作原理

　　直流斬波器乃利用功率組件對固定電壓之電源做適當(dāng)之切割以達(dá)成負(fù)載端電壓改變之目的。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（a）所示為直流斬波器基本電路圖，圖1（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，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，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)載測，只要控制直流斬波器的導(dǎo)通時間，即

　　圖1.1直流斬波器基本原理

　　模塊說明

　　A、直流電源供應(yīng)器及設(shè)定單元請參考本公司電力電子實習(xí)手冊。

　　B、直流PWM產(chǎn)生器EM5202-2C

　　主要功能在產(chǎn)生PWM控制信號，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，在單象限控制時沒有作用。

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

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

　　C、四組IGBT驅(qū)動器EM5202-2D

　　主要功能在將輸入控制信號放大以驅(qū)動IGBT。

　　1、所需之控制電源為110VAC。

　　2、控制信號為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，S3產(chǎn)生T3及T4控制信號，上下臂間之DEAD-TIME約為3us，在單象限控制時只有T1 IGBT觸發(fā)導(dǎo)通，此時應(yīng)將信號選擇開關(guān)應(yīng)切到T1 ONLY。

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

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

　　5、隔離后之控制信號，經(jīng)放大后驅(qū)動IGBT。

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

　　7、負(fù)載輸出有三個端子，單象限控制只有T1動作，故輸出端為L+及O/P1，四象限控制時輸出端為O/P1及O/P2。