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，是一種直流對直流的轉(zhuǎn)換器(DC to DCConverter)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(Switchi ng-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(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1(b)所示為負(fù)載電

2、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?源斷續(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ioVSDCchopperfVO2)(b)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(Fre

3、quency 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

4、接線方式改變，達(dá)成上述三種直流斬波器。10T1/ioT2T4- LR+ vo -11 /巧nsssj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

5、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&號，單象限控制時PWM&號輸出只接si，四象限控制時 PWM&號有兩個S1及S3o5. 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(bǔ)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%kHzXI XW XI 5亍擇Z® 型 濟(jì)A JL:Mov-15VDC

6、PWM GENERATOR EM5202-2C圖3直流PW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IGBTo1. 所需之控制電源為110VAC2. 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勺為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 ONLY3. 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

7、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(dá)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測，輸出為0.4V/A ，表示當(dāng) 電流為 1A 時傳感器輸出電壓為 0.4V。7. 負(fù)載輸出有三個端子，單象限控制只有 T1動作，故輸出端為L+及0/P1,四象限控制時輸出端為 0/P1及0/P2。®5AIGBTT2更派匚奄霽端A3D0V DCmax.DC+序爾雹流感汽鉛2/5Amax1i|f i 松除曲2跡T1紜涼珀襯陽輪入DC-材蚯邈芬:開關(guān)TS1TtCNl¥T1-f*S3曠 tiINIHHI QC；K&DEADMECONTROLMill" mmDRIVE CONTROLLER11IIII mmkA嚴(yán)jrF_、*兒和J ：_!>2=i11OCURRENT LIMITERoO