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斩波器

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  • 发布时间:2015/11/27 16:35:36
  • 作者:银河电气
定义
斩波器又称为截波器,它是将电压值固定的直流电,转换为另一固定电压或可调电压的装置,是一种直流对直流的转换器。
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斩波器原理

斩波器基本原理图

图1示:斩波器基本原理图

  斩波器是利用功率组件对固定电压做适当切割以改变输出电压,一般指直接将直流电变为另一直流电,不包括直流—交流—直流。若其输出电压较输入之电源电压低,则称为降压式(Buck)直流斩波器;若其输出电压较输入之电源电压高,则称为升压式(Boost)直流斩波器。

  如上图(a)所示为斩波器基本电路图,图(b)所示为负载电压波形,可看出当斩波器导通(Ton)时,负载端之电压Vo等于电源电压Vs,当斩波器截止(Toff)时,负载端之电压Vo为0,如此适当的控制斩波器可使直流电源断续的出现在负载侧,只要控制斩波器的导通时间,即可改变负载的平均电压。

  由图(b)可看出输出电压的峰值等于电源电压Vs,而输出电压的平均值Vo随Ton的时间而变。而最常见的改变方式有:

  1. 周期T固定,导通时间Ton改变,称脉波宽度调变(Pulse-width Modulation PWM)。

  2. 导通时间Ton固定,周期T改变,称频率调变(Frequency Modulation FM)。

  3. 周期T及导通时间Ton同时改变,即波宽调变及频率调变混合使用。

  在实际应用中,因斩波器常需在负载端接上滤波电感及滤波电容,若频率改变过大对电感及电容影响大,因此多数采用脉波宽度调变。

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斩波器分类

01按照输入、输出电压的大小区分

  按照输入、输出电压的大小区分,斩波器可以分为以下三种形式:

  降压型斩波器――输出电压低于输入电压,即U0;

  升压型斩波器――输出电压高于输入电压,即U0>Ui,也称为Boost型斩波器;

  升-降压型斩波器――输出电压即可低于输入电压,也可高于输入电压,通常由前两种类型的斩波器串联组成,也称为Buck-Boost型、Cuk型斩波器。

02按照负载电压及负载电流极性来区分

  按照负载电压及负载电流极性来区分,可分为下列三种︰

  1. 单象限斩波器;

  2. 两象限斩波器;

  3. 四象限斩波器。

  如图2(a)所示为单象限斩波器示意图,其负载电压及负载电流皆为正;如图2(b)所示负载电压为正,负载电流有正有负称两象限斩波器;若负载电压有正有负,负载电流亦有正有负,称四象限斩波器如图2(c)所示。可通过改变接线方式,达成上述三种斩波器。

三种斩波器原理图

图示:三种斩波器原理图

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斩波器作用

  斩波器是一种把一定形式的直流电压变换成负载所需的直流电压的变流装置。它通过周期性地快速开通、关断,把输入电压斩成一系列的脉冲电压,改变脉冲列的脉冲宽度或频率可以调节输出电压的平均值,因此,斩波器的基本作用是进行直流电压的变换,即调压作用。

  斩波器除了可以调节直流电压外,还可以进行调阻和调磁。由斩波器和一个固定电阻相并联,通过斩波器的斩波作用,可以调节并联等效电阻的阻值,这一过程称为调阻。若将斩波器串联在电机的励磁回路中,通过斩波作用调节励磁电流,从而调节电机的磁场大小,这一过程称为调磁。

  因此,斩波器具有调压、调阻和调磁的作用。

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斩波器应用

  由于斩波器具有调压、调磁等作用,因此它的应用领域之一是直流电机的调速。直流电机的转速取决于电枢电压及磁场的大小,通过斩波器的调压作用,可以调节电机的电枢电压,达到调速的目的。另外,通过斩波器的调磁作用,可以调节电机的磁场及励磁电流,也可以达到调速的目的。直流电机调速在地铁、城市无轨电车、电动汽车等运输车辆上得到了广泛的应用。

  斩波器的另一应用领域是直流供电电源。在各种应用场合中,不同用电设备所需要的直流供电电压的等级不同,采用斩波器可以将单一的、不稳定的直流输入电压变换成负载所需要的稳定的、不同电压等级的直流供电电压,因为斩波器工作在开关状态,因此这种类型的直流供电电源也称为开关电源。开关电源在计算机、通信等各个领域也得到了广泛的应用。

  另外,由于斩波器的工作方式是把输入直流电压斩波成为高频脉冲电压,将此脉冲电压通过高频变压器隔离后再进行滤波,可以得到与输入电压相互隔离的直流输出电压,从而使斩波器应用在输入、输出之间需要隔离的场合中。

  总之,斩波器广泛应用于直流电机调速、开关电源、直流电压隔离等各个领域中。


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