斬波器

圖1示：斬波器基本原理圖

　　斬波器是利用功率組件對固定電壓做適當(dāng)切割以改變輸出電壓，一般指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，不包括直流—交流—直流。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。

　　如上圖(a)所示為斬波器基本電路圖，圖(b)所示為負(fù)載電壓波形，可看出當(dāng)斬波器導(dǎo)通(Ton)時，負(fù)載端之電壓Vo等于電源電壓Vs，當(dāng)斬波器截止(Toff)時，負(fù)載端之電壓Vo為0，如此適當(dāng)?shù)目刂茢夭ㄆ骺墒怪绷麟娫磾嗬m(xù)的出現(xiàn)在負(fù)載側(cè)，只要控制斬波器的導(dǎo)通時間，即可改變負(fù)載的平均電壓。

　　由圖(b)可看出輸出電壓的峰值等于電源電壓Vs，而輸出電壓的平均值Vo隨Ton的時間而變。而最常見的改變方式有：

　　1. 周期T固定，導(dǎo)通時間Ton改變，稱脈波寬度調(diào)變(Pulse-width Modulation PWM)。

　　2. 導(dǎo)通時間Ton固定，周期T改變，稱頻率調(diào)變(Frequency Modulation FM)。

　　3. 周期T及導(dǎo)通時間Ton同時改變，即波寬調(diào)變及頻率調(diào)變混合使用。

　　在實際應(yīng)用中，因斬波器常需在負(fù)載端接上濾波電感及濾波電容，若頻率改變過大對電感及電容影響大，因此多數(shù)采用脈波寬度調(diào)變。

01按照輸入、輸出電壓的大小區(qū)分

　　按照輸入、輸出電壓的大小區(qū)分，斬波器可以分為以下三種形式：

　　降壓型斬波器――輸出電壓低于輸入電壓，即U0；

　　升壓型斬波器――輸出電壓高于輸入電壓，即U0>Ui，也稱為Boost型斬波器；

　　升-降壓型斬波器――輸出電壓即可低于輸入電壓，也可高于輸入電壓，通常由前兩種類型的斬波器串聯(lián)組成，也稱為Buck-Boost型、Cuk型斬波器。

02按照負(fù)載電壓及負(fù)載電流極性來區(qū)分

　　按照負(fù)載電壓及負(fù)載電流極性來區(qū)分，可分為下列三種︰

　　1. 單象限斬波器；

　　2. 兩象限斬波器；

　　3. 四象限斬波器。

　　如圖2(a)所示為單象限斬波器示意圖，其負(fù)載電壓及負(fù)載電流皆為正;如圖2(b)所示負(fù)載電壓為正，負(fù)載電流有正有負(fù)稱兩象限斬波器；若負(fù)載電壓有正有負(fù)，負(fù)載電流亦有正有負(fù)，稱四象限斬波器如圖2(c)所示。可通過改變接線方式，達(dá)成上述三種斬波器。

圖示：三種斬波器原理圖

　　斬波器是一種把一定形式的直流電壓變換成負(fù)載所需的直流電壓的變流裝置。它通過周期性地快速開通、關(guān)斷，把輸入電壓斬成一系列的脈沖電壓，改變脈沖列的脈沖寬度或頻率可以調(diào)節(jié)輸出電壓的平均值，因此，斬波器的基本作用是進(jìn)行直流電壓的變換，即調(diào)壓作用。

　　斬波器除了可以調(diào)節(jié)直流電壓外，還可以進(jìn)行調(diào)阻和調(diào)磁。由斬波器和一個固定電阻相并聯(lián)，通過斬波器的斬波作用，可以調(diào)節(jié)并聯(lián)等效電阻的阻值，這一過程稱為調(diào)阻。若將斬波器串聯(lián)在電機(jī)的勵磁回路中，通過斬波作用調(diào)節(jié)勵磁電流，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的磁場大小，這一過程稱為調(diào)磁。

　　因此，斬波器具有調(diào)壓、調(diào)阻和調(diào)磁的作用。

　　由于斬波器具有調(diào)壓、調(diào)磁等作用，因此它的應(yīng)用領(lǐng)域之一是直流電機(jī)的調(diào)速。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于電樞電壓及磁場的大小，通過斬波器的調(diào)壓作用，可以調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞電壓，達(dá)到調(diào)速的目的。另外，通過斬波器的調(diào)磁作用，可以調(diào)節(jié)電機(jī)的磁場及勵磁電流，也可以達(dá)到調(diào)速的目的。直流電機(jī)調(diào)速在地鐵、城市無軌電車、電動汽車等運輸車輛上得到了廣泛的應(yīng)用。

　　斬波器的另一應(yīng)用領(lǐng)域是直流供電電源。在各種應(yīng)用場合中，不同用電設(shè)備所需要的直流供電電壓的等級不同，采用斬波器可以將單一的、不穩(wěn)定的直流輸入電壓變換成負(fù)載所需要的穩(wěn)定的、不同電壓等級的直流供電電壓，因為斬波器工作在開關(guān)狀態(tài)，因此這種類型的直流供電電源也稱為開關(guān)電源。開關(guān)電源在計算機(jī)、通信等各個領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。

　　另外，由于斬波器的工作方式是把輸入直流電壓斬波成為高頻脈沖電壓，將此脈沖電壓通過高頻變壓器隔離后再進(jìn)行濾波，可以得到與輸入電壓相互隔離的直流輸出電壓，從而使斬波器應(yīng)用在輸入、輸出之間需要隔離的場合中。

　　總之，斬波器廣泛應(yīng)用于直流電機(jī)調(diào)速、開關(guān)電源、直流電壓隔離等各個領(lǐng)域中。