截波电路

在某些场合,需要利用开关器件的通断控制,将直流电转变为另一种固定电压或可调电压的直流电,这种电路我们称为截波电路,也称为直流一直流变换器(DC/DC变换器)。它具有效率高、体积小、重量轻、成本低等优点,目前广泛应用于直流牵引的电力拖动系统以及开关电源中,如城市电车、地铁、电动车、动车等。它能使上述被控制对象获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。1

截波电路的基本结构截波电路系统的结构如右图所示,它包括电源(或电源变换)、滤波电路、变换器及负载。如果电源不是蓄电池,变换器的输入是电网电压经不可控整流获得的直流电源,所以直流截波不仅能起到调压的作用,同还能起到有效地抑制电网侧谐波电流的作用。2

截波电路的控制方式截波器在工作时,都是通过改变开关器件的通、断时间来改变输出直流平均电压的大小。根据改变输出直流平均电压的调制方法,分为三种控制方式:1

(1)脉冲宽度调制,简称脉宽调制(PWM),也称为定频调宽调制:保持开关器件通断的周期T不变,改变每次导通时间t,改变输出直流平均电压的大小。

(2)脉冲频率调制(PFM),也称为定宽调频调制:保持开关器件的导通时间t不变,而改变通断周期T,从而改变输出直流平均电压的大小。

(3)混合调制,也称为调宽调频调制:同时改变t和T,改变输出直流平均电压的大小。

基本的截波电路降压式截波电路最基本的截波电路，工作原理如右图所示，它的特点是输出电压平均值低于输入直流电源电压。这种电路主要用于直流可变电源和直流电动机变速控制中。右图中电阻R为电路的负载,VT为电力电子开关器件,是截波电路中的关键部件,它可采用普通型晶闸管、可关断晶闸管或者其他自关断器件来实现。由于普通型晶闸管本身无自关断能力,需要采用强迫换流的方法使其关断,因而增加了换流回路和损耗。全控型电力电子器件的出现为截波频率的提高创造了条件。提高截波频率可以有效抑制低频谐波分量,降低对滤波元器件的要求,减小变换装置体积和重量。采用自关断器件,同时省去了换流回路,有利于提高截波器的频率,是应用的方向。2

升压式截波电路

升压式斩波电路如右图所示,它由功率开关管VT、储能元件件电感L、升压二极管VD、滤波电容C和负载Z等组成。电路的基本工作过程如下：当电路的开关管VT接通时,二极管VD反向偏置,它将输入电源与输出极隔离,此时电源向电感L中储能,而负载由电容C供电。当开关管VT关断时,电感L.释放储存的能量,与输入电压一起作用,迫使二极VD导通并向负载Z供电。这种电路的输出电压水远高于输入电压。在稳态分析中,通常假定滤波电容足够大并保持输出电压基本不变。2

升降压式截波电路升降压式截波电路是由降压式和升压式两种基本截波电路混合串联而成,它主要用于可调直流电源,电路如右图所示,此电路的输出与输入有公共接地端,输出电压的幅值可以高于或低于输入电压,其极性为负。2

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学