直流斬波是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓,也稱為DC/DC變換。

斬波器的工作方式有兩種,一是脈寬調制方式,Ts(周期)不變,改變Ton(通用,Ton為開關每次接通的時間),二是頻率調制方式,Ton不變,改變Ts(易產生干擾)。

其具體的電路由以下幾類:

1、Buck電路:降壓斬波器,其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui,輸出電壓與輸入電壓極性相同。

2、Boost電路:升壓斬波器,其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui,輸出電壓與輸入電壓極性相同

3、Buck-Boost電路:降壓或升壓斬波器,其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui,輸出電壓與輸入電壓極性相同,電感傳輸。

4、Cuk電路:降壓或升壓斬波器,其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui,輸出電壓與輸入電壓極性相反,電容傳輸。

用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源), 同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。

當今軟開關技術使得DC/DC發生了質的飛躍,美國VICOR公司設計制造的多種ECI軟開關DC/DC變換器,其最大輸出功率有300W、600W、800W等,相應的功率密度為(6、2、10、17)W/cm^3,效率為(80-90)%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關技術的高頻開關電源模塊RM系列,其開關頻率為(200-300)kHz,功率密度已達到27W/cm^3,采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二極管),使整個電路效率提高到90%。

直流斬波器通過利用功率組件對電壓固定的電源做適當切割,改變負載端電壓。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中(a)所示為直流斬波器基本電路圖,圖1中(b)所示為負載電壓波形,可看出當直流斬波器導通(Ton)時,負載端之電壓Vo等于電源電壓Vs,當直流斬波器截止(Toff)時,負載端之電壓Vo為0,如此適當的控制直流斬波器可使直流電源斷續的出現在負載側,只要控制直流斬波器的導通時間,即

可改變負載的平均電壓。 由圖1中(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,導通時間Ton改變,稱脈波寬度調變(PUlse-width Modulation PWM)。
2、導通時間Ton固定,周期T改變,稱頻率調變(Frequency Modulation FM)。
3、周期T及導通時間Ton 同時改變,即波寬調變及頻率調變混合使用。

在實際應用中,因直流斬波器常需在負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,因此多數采用脈波寬度調變。

直流斬波器依負載電壓及負載電流極性來區分可分為下列三種：

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2中(a)所示為單象限直流斬波器示意圖,其負載電壓及負載電流皆為正;如圖2中(b)所示負載電壓為正,負載電流有正有負稱兩象限直流斬波器;若負載電壓有正有負,負載電流亦有正有負,稱四象限直流斬波器如圖2中(c)所示。本系統可依接線方式改變,達成上述三種直流斬波器。

A、直流電源供應器及設定單元。

B、直流PWM產生器EM5202-2C主要功能在產生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0~10V(單象限),或-10V~+10V(四象限控制)。

2、三角波產生器:由頻率選擇開關可以選擇1KHZ、10KHZ、15KHZ,而波型選擇開關可選擇三角波之大小,單象限控制時命令電壓為0~10V,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、在四象限控制時當命令電壓為正時,S1信號責任周期大于50%,S3 信號責任周期小于50%,兩組信號互補但兩者間有相位差,反之當命令電壓為負時,S1信號責任周期小于50%,S3信號責任周期大于50%。

C、四組igbt驅動器EM5202-2D

主要功能在將輸入控制信號放大以驅動IGBT。

1、所需之控制電源為110VAC。

2、控制信號為TTL位準由S1及S3輸入,經反相及延遲控制S1產生T1及T2控制信號,S3產生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觸發導通,此時應將信號選擇開關應切到T1 ONLY。

3、四組控制信號送入電流限制器,當直流側(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,將控制信號先經光耦合電路隔離再送入驅動器,便可以達成。

5、隔離后之控制信號,經放大后驅動IGBT。

6、本系統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,表示當電流為1A時傳感器輸出電壓為0.4V。

7、負載輸出有三個端子,單象限控制只有T1動作,故輸出端為L+及O/P1,四象限控制時輸出端為O/P1及O/P2。

斬波器在工業自動化設備里有廣泛使用,靈敏電子管電壓表或生物電子儀器里也有使用。

斬波器的另一種又叫振動子變流器、工作原理和電鈴類似,是體積、功率比較大,用八腳電子管插座。經常用于直流/交流變換。

過去因為均是電子管設備,由于甲、乙電的供應在移動設備中非常困難的,所以以前的汽車收音機和部分車載電臺就用振動子將車上的蓄電池提供的電流變為交變電流,經過變壓器升壓和振動子同步變流為高壓直流供收音機或電臺使用(功率比較大的電臺也有用汽車蓄電池推動電動發電機的)。

由于半導體變流器的成熟,振動子變流器早已數十年沒見使用了。早期的攝影用萬次閃光燈也用振動子變流器。