直流斬波器工作原理.doc

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，是一種直流對直流的轉(zhuǎn)換器(DC to DC Converter)已被被廣泛使用，如直流電機之速度控制、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固定電壓之電源做適當(dāng)之切割以達成負(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，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，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，只要控制直流斬波器的導(dǎo)通時間，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之時間而變。而最常見之改變方式為 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，若頻率改變過大對電感及電容影響大，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.模塊說明A. 直流電源供應(yīng)器及設(shè)定單元請參考本公司電力電子實習(xí)手冊。B.直流PWM產(chǎn)生器EM5202-2C主要功能在產(chǎn)生PWM控制信號，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：由頻率選擇開關(guān)可以選擇1KHZ、10KHZ、15KHZ，而波型選擇開關(guān)可選擇三角波之大小，單象限控制時命令電壓為010V，故選擇大小為0-10V之三角波，在四象限控制時命令電壓為-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，在單象限控制時沒有作用。4. 比較器：將命令電壓與三角波信號相比較，便可得到輸出脈波寬度隨命令電壓改變之PWM信號，單象限控制時PWM信號輸出只接S1，四象限控制時PWM信號有兩個S1及S3。5. 在四象限控制時當(dāng)命令電壓為正時，S1信號責(zé)任周期大于50%，S3 信號責(zé)任周期小于50%，兩組信號互補但兩者間有相位差，反之當(dāng)命令電壓為負(fù)時，S1信號責(zé)任周期小于50%，S3信號責(zé)任周期大于50%。 圖3直流PWM產(chǎn)生器說明圖C.四組IGBT驅(qū)動器EM5202-2D主要功能在將輸入控制信號放大以驅(qū)動IGBT。1. 所需之控制電源為110VAC。2. 控制信號為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，S3產(chǎn)生T3及T4控制信號，上下臂間之DEAD-TIME約為3us，在單象限控制時只有T1 IGBT觸發(fā)導(dǎo)通，此時應(yīng)將信號選擇開關(guān)應(yīng)切到T1 ONLY。3. 四組控制信號送入電流限制器，當(dāng)直流側(cè)(DC BUS)電流過大，IDC輸出變大，電流限制器動作LED亮，此時控制信號無法通過，IGBT暫時關(guān)閉，待輸出電流下降后，IGBT又正常動作。4. 為使控制信號及高壓之電源電路完全隔離，將控制信號先經(jīng)光耦合電路隔離再送入驅(qū)動器，便可以達成。5. 隔離后之控制信號，經(jīng)放大后驅(qū)動IGBT。6. 本系統(tǒng)提供一個霍爾電流傳感器以方便使用者量