斬波器

斬波器

物理設備
直流斬波器(D.C. Chopper)又稱為截波器,它是将電壓值固定的直流電,轉換為電壓值可變的直流電源裝置,是一種直流對直流的轉換器(DC to DC Converter)已被被廣泛使用,如直流電機之速度控制、交換式電源供應器(Switching-Power-Supply)等。[1]
    中文名:斬波器 外文名: 用途: 又稱:截波器 釋義:是一種直流對直流的轉換器 應用舉例:如直流電機的速度控制

簡述

直流斬波是将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(易産生幹擾)。

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),是整個電路效率提高到90%。

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适當之切割以達成負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,如此适當的控制直流斬波器可使直流電源斷續的出現在負載測,隻要控制直流斬波器的導通時間,即可改變負載的平均電壓。

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-widthModulationPWM)。2.導通時間Ton固定,周期T改變,稱頻率調變(FrequencyModulationFM)。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。

模塊說明

A.直流電源供應器及設定單元請參考本公司電力電子實習手冊。

B.直流PWM産生器EM5202-2C主要功能在産生PWM控制信号,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)。

2.三角波産生器: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:将輸入命令電壓反向,在單象限控制時沒有作用。

4.比較器:将命令電壓與三角波信号相比較,便可得到輸出脈波寬度随命令電壓改變之PWM信号,單象限控制時PWM信号輸出隻接S1,四象限控制時PWM信号有兩個S1及S3。

5.在四象限控制時當命令電壓為正時,S1信号責任周期大于50%,S3信号責任周期小于50%,兩組信号互補但兩者間有相位差,反之當命令電壓為負時,S1信号責任周期小于50%,S3信号責任周期大于50%。

C.四組IGBT驅動器EM5202-2D

主要功能在将輸入控制信号放大以驅動IGBT。

1.所需之控制電源為110VAC。

2.控制信号為TTL位準由S1及S3輸入,經反相及延遲控制S1産生T1及T2控制信号,S3産生T3及T4控制信号,上下臂間之DEAD-TIME約為3us,在單象限控制時隻有T1IGBT觸發導通,此時應将信号選擇開關應切到T1ONLY。

3.四組控制信号送入電流限制器,當直流側(DCBUS)電流過大,IDC輸出變大,電流限制器動作LED亮,此時控制信号無法通過,IGBT暫時關閉,待輸出電流下降後,IGBT又正常動作。

4.為使控制信号及高壓之電源電路完全隔離,将控制信号先經光耦合電路隔離再送入驅動器,便可以達成。

5.隔離後之控制信号,經放大後驅動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,單象限控制隻有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。

作用

斬波器在工業自動化設備裡有廣泛使用,靈敏電子管電壓表或生物電子儀器裡也有使用。

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台就用振動子将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台使用(功率比較大的電台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,振動子變流器老夫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。

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