斩波器基本概念_工作原理_主要类型

随着技术设备的发明和使用不断增加，使得对电力的需求也在增加。为满足这种持续供电需要，正在引入各种方法和系统。不过，在使用的一些小工具和设备中，有些是交流电供电的，有些是直流电供电的，而且并非所有设备都需要相同数量的功率来运行。

但是通过主电源提供给家庭的电力是交流电，并且是固定量的大约220v。所以，为了操作使用直流电流工作的设备，需要一些转换器。并且为了仅使用来自 220V电源的少量所需功率，需要另一种类型的电路，即斩波电路。

基本概念

斩波器又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源装置。

斩波电路，也被称为直流到直流转换器，类似于交流电路的变压器，主要用于对直流电源进行升压和降压，也就是将固定直流电源变为可变直流电源。使用该电路，可以将提供给设备的直流电源调整到所需的量。

斩波电路的工作原理可以从下面的电路图中理解。该电路由斩波器、半导体二极管、电阻器和负载组成。对于所有类型的斩波电路，输出电压值由电路中使用的开关的周期性闭合和断开来控制。

在上图中，斩波器可以看作是一个ON/OFF开关，可以快速连接或断开电源与负载的连接。连续直流作为Vs的源提供给斩波器，并在负载上获得斩波直流作为V0。

输出电压和电流波形

以下是斩波电路的输出电压和电流波形。从电压波形可以看出，在T_ON期间，负载电压V0等于电源电压Vs。但当间隔T_OFF时，直流电压降为零，从而使负载短路。

在电流波形中，可以看出在时间间隔T_ON期间，负载电流上升到最大值。在时间间隔T_OFF期间，负载电流衰减。在T_OFF条件下，斩波器关闭，因此负载电压变为零。但负载电流流过二极管FD，使负载短路。

因此，在负载处产生斩波直流电压。电流波形是连续的，在T_ON状态期间上升，在T_OFF状态期间衰减。

斩波器类型

根据它们的工作原理和类型，源电压斩波器有多种类型。其主要分类是DC（直流）斩波器和交流链路（AC Link）斩波器。而根据换向过程，它们分为自然换向斩波器和强制换向斩波器。其中，强制换向斩波器又分为琼斯直流斩波器、摩根斩波器。

另外，根据输出电压值，斩波器分为降压斩波器、升压斩波器、升压/降压斩波器。根据开关时间发生的功率损耗，斩波器分为硬开关和软开关。

1、交流链路斩波器

在这种斩波器分类中，会发生电压反转。在逆变器的帮助下，直流电压被转换成交流电压，然后，交流电通过降压或升压变压器。变压器的输出再次被整流器转换成直流电。交流链路斩波器非常笨重，占用大量空间。

2、直流斩波器

直流斩波器对直流电压起作用，它们作为直流电压的升压和降压变压器工作。同时也可以根据类型将稳定的恒定直流电压转换为更高值或更低值。

直流斩波器是更高效、更快速和优化的设备。这些可以结合在电子芯片上。它们提供对直流电压的平稳控制。

工作类型

斩波器工作类型主要依据是斩波器电路中使用的半导体。基于这种半导体的定位，可以使斩波器在四个象限条件中的任何一个条件下工作。根据操作斩波器的象限，分为A型、B型、C型、D型和E型。

• A型斩波器在第一象限工作。在这个斩波器中，电压和电流都是正的并且沿相同的方向流动。从源到负载的功率和平均输出电压小于输入直流电压。
• B型斩波器工作在第二象限。这里负载电压为正，电流为负。功率从负载流向电源。该斩波器也称为升压斩波器。
• C型斩波器由A型和B型斩波器并联而成。
• D型斩波器是双象限B型斩波器。
• E型斩波器是第四梯度斩波器。

升压斩波器

升压斩波器用作直流电流的升压变压器。当必须使输出直流电压高于输入电压时使用该斩波器。

从下图可以解释升压斩波器的工作原理。在该电路中，一个大电感L与电源电压串联。电容器维持对负载的连续输出电压。二极管阻止电流从负载流向电源。

当斩波器打开时，电源电压VS施加到负载。即V0=VS并且电感器开始存储能量。在这种情况下，负载电流从Imin上升到Imax。

当斩波器关闭时，电源电压采用从L – D – 负载 – VS的路径。在此期间，电感器通过二极管D将存储的电动势放电至负载。因此负载上的总电压V0=VS+Ldi/dt 大于输入电压。电流从Imax变为Imin。

ΔI是变化的电流，在T_ON期间则有：

在T_OFF期间则有：

联立上面1、2两式可以得到：

升压斩波器也称为增压压斩波器。升压斩波器的应用包括电池充电和升压器。

主要应用

斩波器适用于许多应用，其典型的应用包括：

• 开关模式电源系统。
• 在直流电机中作为速度控制器。
• 直流电压升压器。
• 电池充电器。
• 铁路系统。

此外，斩波器也用于信号处理系统。在斩波器中，可以使用许多不同的技术来控制输出电压，例如脉冲宽度调制、频率调制、可变频率、可变脉冲宽度、CLC控制等。

总结

简单来说，斩波器就是用于将电压值固定的直流电进行转换的装置，在电路中一旦接入斩波器，则可以称之为斩波电路，主要用于对直流电源进行升压和降压，从而将固定的电压源转换为我们能够所需的电压。目前，斩波器在电路领域应用非常的广泛，尤其是在日常生活的电子设备当中，可以说随处可见。