直流斩波系统的工作原理解析

直流斩波电路的功能是将一个恒定的直流电压变换成另一个固定的或可调的直流电压，也称DC/DC 变换电路。它通过周期性地快速接通、关断负载电路，从而将直流电“斩” 成一系列的脉冲电压，改变这个脉冲电压接通、关断的时间比，就可以方便地调整输出电压的平均值。直流斩波电路广泛应用于采用直流电机调速的电力牵引上，如采用直流供电的城市地铁车辆、工矿电力机车、城市无轨电车和采用蓄电池的各种电动车。

基本斩波电路原理如图3－29所示。Rd 为负载，CH 为斩波器，可由半控型的晶闸管构成，也可由GTO，GTR，IGBT 等全控型器件构成，由于半控型器件需另加一套关断电路，导致电路复杂，并且可靠性差，斩波器的工作频率也比较低，现在一般很少采用。当斩波器CH 接通时，电源电压U 加到负载上，并持续时间ton。当CH 断开时，负载电压为零并持续时间toff。斩波器的输出波形如图3－30所示，T＝ton＋toff为斩波器的工作周期，α＝ton/T 定义为占空比，则斩波电路输出电压的平均值为

图3－29　直流斩波电路原理

图3－30　斩波器输出电压波形(www.xing528.com)

由式（3－11）可知，改变导通时间ton或导通周期T 都可改变斩波器的输出电压。因此，斩波电路有3 种电压控制方式。

（1）定频调宽控制（脉冲宽度调制——PWM）。保持斩波周期T 不变，只改变斩波器的导通时间ton，这种控制方式的特点是，斩波器的基本频率不变，所以滤除高次谐波的滤波器设计比较简单。

（2）定宽调频控制（脉冲频率调制——PFM）。保持斩波器的导通时间ton不变，只改变斩波周期T。这种控制方式的特点是，斩波回路和控制回路变得简单，但频率是变化的，因而滤波器的设计比较困难。

（3）调频调宽混合控制。这种控制方式不但改变斩波器的工作频率，而且改变斩波器的导通时间。这种控制方式的特点是可以大幅度地变化输出，但也存在着由于频率变化所引起的设计滤波器较困难的问题。

以上3 种控制方法都是改变通断比，实现改变斩波器的输出电压。较常用的是改变脉宽。