1、第六章直流斩波变换电路 主编第一节降压式斩波变换电路一、基本斩波器的工作原理降压式斩波电路的输出电压平均值低于输入直流电压Ud。这种电路主要用于直流可调电源和直流电动机驱动中。1)脉宽调制工作方式：维持T不变，改变ton。2)频率调制工作方式：维持ton不变，改变T。现在普遍采用的是脉宽调制工作方式，因为采用频率调制工作方式容易产生谐波干扰而且滤波器设计也比较困难。图6-2基本的斩波电路及波形图6-3带感性负载的斩波电路第一节降压式斩波变换电路二、电流连续导通工作模式图6 4所示为电感电流工作于导通模式下的电路与电压、电流波形。由图可知，流过电感电流是连续的，即iL。在ton期间，图6 3中开
2、关管V接通，二极管反向偏置，得到如图6 4a所示的等效电路。图6-4降压式斩波器的电路工作状态第一节降压式斩波变换电路图6-5临界连续时的电压、电流波形第一节降压式斩波变换电路图6-6不变时非连续的电压、电流波形例6-1有一降压斩波电路如图6-3所示。已知：Ud=120V，电阻负载R06，开关周期通断，通30s，断20s，忽略开关导通压降，电感L足够大。试求：(1)负载电流IO及负载上的功率PO。(2)若要求负载电流在4A时仍能维持，则电感L最小应取多大?三、电流不连续的导通工作模式电流不连续导通的工作模式分为输入电压Ud不变和输出电压UO不变两种情况，这里主要介绍Ud不变的非连续导通模式。第
3、一节降压式斩波变换电路例6-1有一降压斩波电路如图6-3所示。已知：Ud=120V，电阻负载R06，开关周期通断，通30s，断20s，忽略开关导通压降，电感L足够大。试求：(1)负载电流IO及负载上的功率PO。(2)若要求负载电流在4A时仍能维持，则电感L最小应取多大?解依据题意，开关通断周期T=ton+toff=(30+20)s=50s(1)负载电压的平均值负载电流的平均值IO=UO/R0=(72/6)A=12A(2)设占空比k不变，当负载电流为4A时，处于临界连续状态，则电感量L为/k(1-k)5/6（-6）第二节升压式斩波变换电路一、电流连续导通的工作模式在连续导通模式情况下，在斩波开关
4、管V接通与断开时，对应的ton和toff期间的等效电路分别示于图6 7b、c中。电感中电压和电流的稳态波形如图6 7d所示，电感电流是连续的iL(t)。图6-7升压式斩波电路及波形第二节升压式斩波变换电路图6-8升压式斩波电路临界连续导通时的电压和电流波形第二节升压式斩波变换电路二、电流不连续导通的工作模式在Ud和k保持不变的条件下，用逐步减小输出负载功率的方法，观察升压式变换电路从电流连续导通模式向不连续导通模式的变化过程，波形如图6 9所示。图6 9a所示为连续导通时电感中的电压与电流波形；图6 9b所示为电流不连续导通时电感中的电压与电流波形。这两种情况的电流峰值iLm是一样的，但是非连
5、续导通模式的输出功率将减小。图6-9升压式斩波电路的电压与电流波形图6-10升压式斩波电路kI关系曲线第三节升降压式斩波变换电路图6-11升降压式斩波电路图一、电流连续导通的工作模式图6-12电流连续时的等效电路及波形图第三节升降压式斩波变换电路图6-13电流临界连续时的波形及电流与k关系曲线第三节升降压式斩波变换电路二、电流不连续导通工作模式升降压式斩波电路在非连续导通模式时，电感上的电压和流过的电流波形如图6 14所示。根据与前述同样的道理可以推出下述关系图6-14升降压式电路非连续模式时波形图6-15升降压式斩波电路kI曲线第三节升降压式斩波变换电路图6-16库克电路及其波形a)库克电路
6、b)V断开时等效电路c)V导通时等效电路d)电流连续模式波形三、库克直流斩波电路库克直流斩波电路如图6 16所示。它也是升降混合式变换电路，其原理与上述升降直流斩波电路相似。它提供与输入电压极性相反的可调输出电压，这里电容器C起贮能和由输入向输出传送能量的双重作用。第四节直流斩波电路应用一、具有复合制动功能的GTO斩波调速电路如图6 17所示，为具有复合制动功能的GTO斩波调速系统的主电路。能实现牵引、再生电阻复合制动功能，可用于城市无轨电车。主控器件为一只GTO，M为串励直流电动机，VT1是能耗制动用快速晶闸管，VD1是续流二极管，VD2是制动回路二极管，RZ是能耗制动电阻，HL是霍尔电流检
7、测器，KM2是牵引、制动转换接触器，KM4、KM5是向前、向后及牵引制动转换接触器。其工作情况可分为牵引工况、牵引制动转换和电制动三种情况。图6-17GTO斩波调速系统主电路第四节直流斩波电路应用二、感应加热电源如图6 18所示为高频感应加热电源的主电路。由功率二极管VD16组成的三相不可控整流输出电压，经斩波器V0调压后为V1V4组成的逆变器提供大小可调的直流电图6-18高频感应加热电源的主电路第四节直流斩波电路应用图6-19全桥直流斩波电路第四节直流斩波电路应用三、直流伺服电动机驱动电路用全桥开关式直流斩波电路驱动直流伺服电动机，其电路原理如图所示。在图中所示的全桥变换电路中，其输入是幅度
8、不变的直流电压Ud，输出是幅度和极性均可控制的直流电压uO。(1)双极性电压开关PWM法开关元件V1、V4和V3、V2作为两组开关来处理。(2)单极性电压开关PWM法V1、V4和V3、V2也组成两组开关，每一桥臂开关的控制与另一桥臂无关，电路的输出电压极性不变。图6-20双极性电压开关PWM波形第四节直流斩波电路应用1.双极性电压开关PWM法在双极性电压开关PWM法中，开关元件桥臂分为V1、V4和V3、V2两组，这两组开关中总有一组是导通的。由控制电压uc与三角波电压utri比较产生开关信号。当ucutri时，V1和V4导通，而V3和V2关断；当utriuc时，V1和V4关断，而V3和V2的基
9、极即使加有正向驱动电压，却不一定能立即导通，如图6 21e所示，当电动机负载较重，负载电流平均值较大时，将有VD2、VD3续流，维持原有的电流方向，V3和V2的集射极之间分别与VD3、VD2并联而关断。当电动机轻载时，平均电流较小，在续流阶段，电流很快率减到零。在这一阶段(如图6 20a所示的t1区间，即utriuc的区间)，V3、V2集射极之间反压消失，V3和V2才能导通。第四节直流斩波电路应用2.单极性电压开关PWM法双极式PWM变换器的缺点是：在工作过程中，4个大功率器件都处于开关状态，开关损耗大，且容易发生上、下两管直通的事故，为了防止上、下两管同时导通，在一管关断和另一管导通的驱动脉冲之间，设置逻辑延时。图6-21单极性电压开关PWM波形图6-22逆导晶闸管直流斩波电路第四节直流斩波电路应用四、逆导型(KN)晶闸管直流斩波电路在用普通晶闸管组成的逆变器或斩波器中，常见到在晶闸管两端反向并连一个二极管，以提供反向电流通路。逆导晶闸管就是按此要求合二为一的器件，它取代了普通晶闸管和反向并连的二极管，并具有正向压降小、关断时间短、高温性能好及分布电感小等优点。
