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直流斩波电路

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  • 发布时间:2017/6/21 17:13:36
  • 作者:hb_yinhe
定义
《电力电子技术》第4章定义:直流斩波电路是一种将电压恒定的直流电变换为电压可调的直流电的电力电子变流装置,亦称直流斩波器或DC/DC变换器。
注:这里DC/DC变换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。
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直流斩波电路原理

  PWM的一种典型应用就是直流斩波电路,所以PWM的原理同样适合于直流斩波电路,这里通过PWM的实现过程来论证直流斩波电路的原理。

最简单的PWM波形实现过程

最简单的PWM波形实现过程

最简单直流斩波电路图及输出电压波形

最简单直流斩波电路图及输出电压波形

  S是可控开关,R为纯电阻负载。当S闭合时,输出电压U=Uo;当S关断时,输出电压U=0,输出波形如上图所示。假设开关S通断的周期T不变,导通时间为ton,关断时间为toff,则输出电压的平均值U可表示为

c

  其中a就是占空比:d

  通过改变a的值就可以改变输出电压平均值的大小,实现电压变换的功能。

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直流斩波电路的控制方式

  从直流斩波电路的原理我们可以知道,调节占空比a的值就可以调节输出电压平均值的大小,所以直流斩波电路的控制方式有三种。

  1、脉宽调制控制方式:也就是我们普遍应用的PWM方式,即维持T不变,改变ton。在这种控制方式中,输出电压波形的周期或频率是不变的,因此输出谐波的频率也是不变的,这使得滤波器的设计变得较为容易,并得到普遍应用。

  2、脉冲频率调制控制方式:即维持ton不变,改变T。在这种控制方式中,由于输出电压波形的周期或频率是变化的,因此输出谐波的频率也是变化的,这使得滤波器的设计比较困难,输出波形谐波干扰严重,一般很少采用。

  3、调频调宽混合控制方式:这种控制方式不但要改变ton和也要改变T,其特点是:可以使大大提高输出的范围,但由于频率是变化的,也存在着设计滤波器较难的问题。

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直流斩波电路的分类

  根据输入输出电压大小、极性,斩波电路可分为降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路、Zeta斩波电路等,关于这几种直流斩波电路的详细介绍请参考:几种斩波电路的工作原理

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直流斩波电路的应用

01直流斩波电路的调压功能

  直流斩波电路通过周期性地快速开通、关断,把输入电压斩成一系列的方便调节的脉冲电压,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,因此直流斩波器的基本作用是进行直流电压的变换,即调压作用。

  利用直流斩波电路的调压功能,直流斩波电路广泛应用于直流供电电源。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,采用直流斩波电路可以将单一的、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。因为直流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。

02直流斩波电路的调阻功能

  将直流斩波电路和一个固定电阻相并联,通过直流斩波电路的斩波作用,可以调节并联等效电阻的阻值,这一过程称为调阻。

03直流斩波电路的调磁功能

  将直流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。

  直流电机的转速取决于电枢电压及磁场的大小,通过直流斩波器的调压作用,可以调节电机的电枢电压,达到调速的目的。同样通过直流斩波器的调磁作用,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。

04直流斩波电路的直流电压隔离功能

  直流斩波电路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,从而使直流斩波器应用在输入、输出之间需要隔离的直流电压场合中。


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