复合斩波电路与多相多重斩波电路介绍

基本斩波电路结构简单，但总体性能不高。为此，本节介绍性能较高的复合斩波电路和多相多重斩波电路。复合斩波电路是由降压斩波电路和升压斩波电路组合构成的。而多相多重斩波电路则是由若干个相同结构的基本斩波电路组合构成。

5.2.1 电流可逆斩波电路

斩波电路用于拖动直流电动机时，应能满足电动机的电动运行和再生制动两种状态的要求。降压斩波电路仅能使电动机工作于第1象限，升压斩波电路仅能使电动机工作于第2象限，因此这两种电路都不能单独完全满足电动机的运行要求。而本节所介绍的电流可逆斩波电路是由降压斩波电路与升压斩波电路组合而成，能确保电动机的电枢电流正负变换，同时电压始终同一种极性。简言之，电流可逆斩波电路可使电动机工作于第1象限和第2象限。

电流可逆斩波电路的结构如图5-9（a）所示，V1和VD1构成降压斩波电路，为电动机供电，驱动其电动运行，工作于第1象限。V2和VD2构成升压斩波电路，回收电动机再生制动运行时反馈的电能，工作于第2象限。特别强调，V1和V2不能同时导通以防电源短路。

图5-9 电流可逆斩波电路及其工作波形

电流可逆斩波电路可有3种工作模式，即只做降压斩波器运行、只做升压斩波器运行，以及作为降压斩波器和升压斩波器交替工作。前2种工作模式在本章第一节已经详细讨论，在此不再讨论。第3种工作模式下，当一种斩波电路电流断续为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向流过，从而确保电动机电枢回路始终有电流流过。例如：当V1关断，降压斩波器停止工作，电感L积蓄的电能经一段时间之后释放殆尽。当正向电枢电流衰减为零时，令V2导通，在电机反电动势Em作用下，电枢将出现反向电流，同时电感反向积蓄电能。待关断V2后，L积蓄的反向电能和电机制动产生的电能将通过VD2回馈至直流电源E。当此反向电流恰衰减为零时，重新开通V1，使得电枢重新出现正向电流，如此循环，两个斩波器交替工作。

5.2.2 桥式可逆斩波电路

电流可逆斩波电路可为电机电枢提供双向电流，实现电机在1、2象限的运行。但只能为电机提供单极性电压，因此无法满足一些场合的需求，如当要求电机能正、反转，且正、反转情况下既可电动又可制动运行时。不过，如果将两个电流可逆斩波电路组合使用，一个电路为电机提供正电压，另一个电路提供反电压，构成一个桥式可逆斩波电路就可解决此问题。

桥式可逆斩波电路如图5-10所示。

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图5-10 桥式可逆斩波电路

若保持V3关断、V4导通，该电路完全等效于图5-6（a）所示的电流可逆斩波电路，为电机提供正向电压，能使电机运行于1、2象限，可实现电机的正转及正转再生制动。若保持V1关断、V2导通，则右边开关器件V3、V4和两个二极管一起共同构成另一电流可逆斩波器，为电机提供负电压，电机可工作于3、4象限，可实现电机的反转及反转再生制动。

5.2.3 多相多重斩波电路

前述两种复合斩波电路利用两种不同的基本斩波电路（升、降压斩波电路）组合而成，多相多重斩波电路是由若干结构完全相同的基本斩波电路所构成。一个控制周期内，电源电流的脉波数称为斩波电路的相数；负载电流的脉波数则为斩波电路的重数，其电路框图如图5-11所示。

图5-11 多相多重电路框图（1：基本变换电路，2：负载）

图5-12为一个具体的三相三重Buck斩波电路及其工作波形。此电路由3个降压斩波器并联而成，3个降压斩波器依次各工作1/3个周期，总输出电流为3个斩波器的输出电流之和，平均值为单个斩波器输出电流的3倍，脉动频率是单元斩波器电流脉动频率的3倍。3个单元斩波器电流叠加之后，使得总输出电流的脉动幅值大为减小。实际上，多相多重斩波电路的总输出电路的最大脉动率（脉动幅值与平均值之比）与相数的平方成反比，因此多相多重斩波电路的输出电流的质量较高，方便滤波，由其引起的干扰也较小。

图5-12 三相三重斩波电路及其工作波形图

如果前述电路的3个基本单元公用一个电源，而负载为3个独立负载时，则电路演化为三相单重斩波电路；若3个基本单元的电源为3个独立电源，并向同一负载供电，则电路演化为单相三重斩波电路。

多相多重斩波电路还具有一定容错能力，各斩波电路单元可互为备用，一旦某一斩波单元发生故障，其余各单元可以继续运行，提高了电路的可靠性。