在某些場合,需要利用開關器件的通斷控制,將直流電轉變為另一種固定電壓或可調電壓的直流電,這種電路我們稱為截波電路,也稱為直流一直流變換器(DC/DC變換器)。它具有效率高、體積小、重量輕、成本低等優點,廣泛套用於直流牽引的電力拖動系統以及開關電源中,如城市電車、捷運、電動車、動車等。它能使上述被控制對象獲得加速平穩、快速回響的性能,並同時收到節約電能的效果。
基本介紹
- 中文名：截波電路
- 外文名：DC chopper
- 套用領域：開關電源及直流電機驅動等
- 作用：固定或調節直流電壓
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截波電路的基本結構
截波電路系統的結構如圖1所示,它包括電源(或電源變換)、濾波電路、變換器及負載。如果電源不是蓄電池,變換器的輸入是電網電壓經不可控整流獲得的直流電源,所以直流截波不僅能起到調壓的作用,同還能起到有效地抑制電網側諧波電流的作用。
圖1 截波電路的基本結構
截波電路的控制方式
截波器在工作時,都是通過改變開關器件的通、斷時間來改變輸出直流平均電壓的大小。根據改變輸出直流平均電壓的調製方法,分為三種控制方式:
(1)脈衝寬度調製,簡稱脈寬調製(PWM),也稱為定頻調寬調製:保持開關器件通斷的周期T不變,改變每次導通時間t,改變輸出直流平均電壓的大小。
(2)脈衝頻率調製(PFM),也稱為定寬調頻調製:保持開關器件的導通時間t不變,而改變通斷周期T,從而改變輸出直流平均電壓的大小。
(3)混合調製,也稱為調寬調頻調製:同時改變t和T,改變輸出直流平均電壓的大小。
基本的截波電路
降壓式截波電路
最基本的截波電路，工作原理如圖2所示，它的特點是輸出電壓平均值低於輸入直流電源電壓
。這種電路主要用於直流可變電源和直流電動機變速控制中。圖2中電阻R為電路的負載,VT為電力電子開關器件,是截波電路中的關鍵部件,它可採用普通型晶閘管、可關斷晶閘管或者其他自關斷器件來實現。由於普通型晶閘管本身無自關斷能力,需要採用強迫換流的方法使其關斷,因而增加了換流迴路和損耗。全控型電力電子器件的出現為截波頻率的提高創造了條件。提高截波頻率可以有效抑制低頻諧波分量,降低對濾波元器件的要求,減小變換裝置體積和重量。採用自關斷器件,同時省去了換流迴路,有利於提高截波器的頻率,是套用的方向。
圖2 降壓式截波電路及其波形
升壓式截波電路
圖3 升壓式截波電路及其波形
升壓式斬波電路如圖3所示,它由功率開關管VT、儲能元件件電感L、升壓二極體VD、濾波電容C和負載Z等組成。電路的基本工作過程如下：當電路的開關管VT接通時,二極體VD反向偏置,它將輸入電源與輸出極隔離,此時電源向電感L中儲能,而負載由電容C供電。當開關管VT關斷時,電感L.釋放儲存的能量,與輸入電壓一起作用,迫使二極VD導通並向負載Z供電。這種電路的輸出電壓水遠高於輸入電壓。在穩態分析中,通常假定濾波電容足夠大並保持輸出電壓基本不變。
升降壓式截波電路
升降壓式截波電路是由降壓式和升壓式兩種基本截波電路混合串聯而成,它主要用於可調直流電源,電路如圖4所示,此電路的輸出與輸入有公共接地端,輸出電壓的幅值可以高於或低於輸入電壓,其極性為負。
圖4 升降壓式截波電路
