直流斬波器工作原理

1、.直流斬波器工作原理直流斬波器 (D.C. Chopper) 又稱為截波器，它是將電壓值固定的直流電，轉(zhuǎn)換為電壓值可變的直流電源裝置，是一種直流對(duì)直流的轉(zhuǎn)換器 (DC to DC Converter) 已被被廣泛使用，如直流電機(jī)之速度控制、交換式電源供應(yīng)器(Switching-Power-Supply)等。二 .基本原理直流斬波器乃利用功率組件對(duì)固定電壓之電源做適當(dāng)之切割以達(dá)成負(fù)載端電壓改變之目的。若其輸出電壓較輸入之電源電壓低，則稱為降壓式 (Buck ) 直流斬波器，若其輸出電壓較輸入之電源電壓高，則稱為 升壓式 (Boost) 直流斬波器 ；如圖 1(a) 所示為直流斬波器基本電路圖，圖

2、 1(b) 所示為負(fù)載電壓波形，可看出當(dāng)直流斬波器導(dǎo)通 (Ton) 時(shí)，負(fù)載端之電壓 Vo 等于電源電壓 Vs ，當(dāng)直流斬波器截止 (Toff) 時(shí)，負(fù)載端之電壓 Vo 為 0 ，如此適當(dāng)?shù)目刂浦绷鲾夭ㄆ骺墒怪绷麟娫磾嗬m(xù)的出現(xiàn)在負(fù)載測(cè)，只要控制直流斬波器的導(dǎo)通時(shí)間，即圖 1.1 直流斬波器基本原理可改變負(fù)載的平均電壓。由圖 1.1(b) 可看出輸出電壓之峰值等于電源電壓 Vs，而輸出電壓之平均值 Vo 隨 Ton 之時(shí)間而變。而最常見(jiàn)之改變方式為1. 周期 T 固定，導(dǎo)通時(shí)間 Ton 改變，稱脈波寬度調(diào)變 (Pulse-width Modulation PWM) 。2. 導(dǎo)通時(shí)間 Ton 固定

3、，周期 T 改變，稱頻率調(diào)變 (Frequency Modulation FM)。'.3. 周期 T 及導(dǎo)通時(shí)間 Ton 同時(shí)改變，即波寬調(diào)變及頻率調(diào)變混合使用。在實(shí)際應(yīng)用中， 因直流斬波器常需在負(fù)載端接上濾波電感及濾波電容， 若頻率改變過(guò)大對(duì)電感及電容影響大，因此多數(shù)采用脈波寬度調(diào)變。直流斬波器依負(fù)載電壓及負(fù)載電流極性來(lái)區(qū)分可分為下列三種1. 單象限直流斬波器。2. 兩象限直流斬波器。3. 四象限直流斬波器。如圖 1.2(a) 所示為單象限直流斬波器示意圖，其負(fù)載電壓及負(fù)載電流皆為正；如圖 1.2(b) 所示負(fù)載電壓為正，負(fù)載電流有正有負(fù)稱兩象限直流斬波器；若負(fù)載電壓有正有負(fù)，負(fù)載電

4、流亦有正有負(fù)，稱四象限直流斬波器如圖1.2(c) 所示。本系統(tǒng)可依接線方式改變，達(dá)成上述三種直流斬波器。'.圖 1.2 三種基本直流斬波器三 .模塊說(shuō)明A. 直流電源供應(yīng)器及設(shè)定單元請(qǐng)參考本公司電力電子實(shí)習(xí)手冊(cè)。B. 直流 PWM 產(chǎn)生器 EM5202-2C主要功能在產(chǎn)生 PWM 控制信號(hào)，所需之工作電源為 ±15V 。1.命令電壓由 I/P 端輸入，為 010V( 單象限 ) ，或 -10V+10V(四象限控制)。2.三角波產(chǎn)生器：由頻率選擇開(kāi)關(guān)可以選擇1KHZ 、 10KHZ 、 15KHZ ，而波型選擇開(kāi)關(guān)可選擇三角波之大小，單象限控制時(shí)命令電壓為010V，故選擇大小為

5、 0-10V之三角波，在四象限控制時(shí)命令電壓為-10V+10V，故選擇大小為 -10V+10V之三角波。3.反向器：將輸入命令電壓反向，在單象限控制時(shí)沒(méi)有作用。4.比較器：將命令電壓與三角波信號(hào)相比較，便可得到輸出脈波寬度隨命令電壓改變之 PWM 信號(hào)，單象限控制時(shí) PWM 信號(hào)輸出只接 S1 ，四象限控制時(shí) PWM 信號(hào)有兩個(gè) S1 及 S3 。5. 在四象限控制時(shí)當(dāng)命令電壓為正時(shí)， S1 信號(hào)責(zé)任周期大于 50% ，S3信號(hào)責(zé)任周期小于 50% ，兩組信號(hào)互補(bǔ)但兩者間有相位差，反之當(dāng)命令電壓為負(fù)時(shí)， S1 信號(hào)責(zé)任周期小于 50% ， S3 信號(hào)責(zé)任周期大于 50% 。'.圖 3

6、直流 PWM 產(chǎn)生器說(shuō)明圖C. 四組 IGBT 驅(qū)動(dòng)器 EM5202-2D主要功能在將輸入控制信號(hào)放大以驅(qū)動(dòng) IGBT 。1. 所需之控制電源為 110VAC 。2. 控制信號(hào)為 TTL 位準(zhǔn)由 S1 及 S3 輸入，經(jīng)反相及延遲控制 S1 產(chǎn)生 T1 及 T2 控制信號(hào)， S3 產(chǎn)生 T3 及 T4 控制信號(hào)，上下臂間之 DEAD-TIME 約為 3us ，在單象限控制時(shí)只有 T1 IGBT 觸發(fā)導(dǎo)通，此時(shí)應(yīng)將信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)應(yīng)切到T1 ONLY 。3.四組控制信號(hào)送入電流限制器，當(dāng)直流側(cè)(DC BUS) 電流過(guò)大， IDC 輸出變大，電流限制器動(dòng)作 LED 亮，此時(shí)控制信號(hào)無(wú)法通過(guò)， IGBT 暫時(shí)關(guān)閉，待輸出電流下降后， IGBT 又正常動(dòng)作。4.為使控制信號(hào)及高壓之電源電路完全隔離，將控制信號(hào)先經(jīng)光耦合電路隔'.離再送入驅(qū)動(dòng)器，便可以達(dá)成。5. 隔離后之控制信號(hào)，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng) IGBT 。6. 本系統(tǒng)提供一個(gè)霍爾電流傳感器以方便使用者量測(cè)，輸出為 0.4V/A ，表示當(dāng)電流