斩波器

直流对直流的转换器

直流斩波器又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源装置，是一种直流对直流的转换器

简述

直流斩波是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为DC/DC变换。

斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式，Ts（周期）不变，改变Ton（通用，Ton为开关每次接通的时间），二是频率调制方式，Ton不变，改变Ts（易产生干扰）。

其具体的电路由以下几类：

1、Buck电路：降压斩波器，其输出平均电压Uo小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同。

2、Boost电路：升压斩波器，其输出平均电压Uo大于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同

3、Buck-Boost电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同，电感传输。

4、Cuk电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，电容传输。

用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源)，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6、2、10、17)W/cm^3，效率为(80-90)%。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为(200-300)kHz，功率密度已达到27W/cm^3，采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二极管)，使整个电路效率提高到90%。

基本原理

直流斩波器通过利用功率组件对电压固定的电源做适当切割，改变负载端电压。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；如图1中(a)所示为直流斩波器基本电路图，图1中(b)所示为负载电压波形，可看出当直流斩波器导通(Ton)时，负载端之电压Vo等于电源电压Vs，当直流斩波器截止(Toff)时，负载端之电压Vo为0，如此适当的控制直流斩波器可使直流电源断续的出现在负载侧，只要控制直流斩波器的导通时间，即

可改变负载的平均电压。由图1中(b)可看出输出电压之峰值等于电源电压Vs，而输出电压之平均值Vo随Ton之时间而变。而最常见之改变方式为 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，因直流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。直流斩波器依负载电压及负载电流极性来区分可分为下列三种︰1. 单象限直流斩波器。2. 两象限直流斩波器。3. 四象限直流斩波器。如图2中(a)所示为单象限直流斩波器示意图，其负载电压及负载电流皆为正；如图2中(b)所示负载电压为正，负载电流有正有负称两象限直流斩波器；若负载电压有正有负，负载电流亦有正有负，称四象限直流斩波器如图2中(c)所示。本系统可依接线方式改变，达成上述三种直流斩波器。

模块说明

A. 直流电源供应器及设定单元。

B.直流PWM产生器EM5202-2C主要功能在产生PWM控制信号，所需之工作电源为±15V。

1. 命令电压由I/P端输入，为0~10V(单象限)，或-10V~+10V(四象限控制)。

2. 三角波产生器：由频率选择开关可以选择1KHZ、10KHZ、15KHZ，而波型选择开关可选择三角波之大小，单象限控制时命令电压为0~10V，故选择大小为0- 10V之三角波，在四象限控制时命令电压为-10V~+10V，故选择大小为-10V~+10V之三角波。

3. 反向器：将输入命令电压反向，在单象限控制时没有作用。

4. 比较器：将命令电压与三角波信号相比较，便可得到输出脉波宽度随命令电压改变之PWM信号，单象限控制时PWM信号输出只接S1，四象限控制时PWM信号有两个S1及S3。

5. 在四象限控制时当命令电压为正时，S1信号责任周期大于50%，S3 信号责任周期小于50%，两组信号互补但两者间有相位差，反之当命令电压为负时，S1信号责任周期小于50%，S3信号责任周期大于50%。

C.四组IGBT驱动器EM5202-2D

主要功能在将输入控制信号放大以驱动IGBT。

1. 所需之控制电源为110VAC。

2. 控制信号为TTL位准由S1及S3输入，经反相及延迟控制S1产生T1及T2控制信号，S3产生T3及T4控制信号，上下臂间之DEAD-TIME约为3us，在单象限控制时只有T1 IGBT触发导通，此时应将信号选择开关应切到T1 ONLY。