基于直流斬波技術的數控直流電源

陳沛

摘要：將現代電子技術和控制技術引入傳統的電力技術領域，利用半導體電力開關器件和半導體集成電路、微處理器控制系統實現電力變換和控制，就是電力電子技術。它是一門綜合了電子技術、控制技術和電力技術的新興交叉學科。電力電子技術的發展對于國民經濟具有重大意義。

文章首先分析了開關型器件實現電力電子變換的基本原理，之后研究了直流斬波電源的設計原理，并在此原理的基礎上構建了我們的斬波電源，并給出了總體設計方案。文章接著研究了直流斬波電源設計的相關原理圖，它們是完成項目的關鍵所在，包括斬波電源的主電路Buck Chopper、Boost Chopper、Boost-Buck Chopper變換器的相關理論。

關鍵詞：電力電子技術;直流斬波;單片機

1 緒論

1.1開關型電力電子器件

開關型電力半導體器件主要有可關斷晶閘管（GTO），大功率晶體管（GTR），功率場效應晶體管（POWER FET），絕緣柵功率晶體管（IGBT），MOS控制晶閘管（MCT）等。[3]

開關型電力電子器件的基本特點之一是能以小信號輸入控制很大的輸出。放大倍數極大，這就是電力電子設備成為強、弱電之間接口的基礎。微電子技術和計算機技 術的新成機可以通過這一接口移植到傳統產業產品，可以促使傳統產品的更新換代。電力電子器件的另一基本特點是工作于開關狀態，正向壓降低而反向漏電流小，從而在理論上保證了各類電力電子設備所共有的節能性能。

2? ?直流斬波電路原理

上一章介紹了電力電子技術的發展情況，這一章我將分析直流斬波電路的基本原理。直流斬波電路主要有以下幾種：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路。

2.1 降壓斬波電路

降壓斬波電路（Buck Chopper）的原理圖及工作波形如圖2-1所示。該電路使用一個全控型器件V，圖中為MOSFET，也可使用其它器件，若采用晶閘管，需設置使晶閘管關斷的輔助電路。

為在V關斷時給負載中的電感電流提供通道，設置了續流二極管VD。斬波電路主要用于電子電路的供電電源，也可拖動直流電動機或帶蓄電池負載等，后兩種情況下負載中均會出現反電動勢。

在t=0時，驅動V導通，電源E向負載供電，負載電壓，負載電流io按指數曲線上升。當t=t1時刻，控制V關斷，負載電流經二極管VD續流，負載電壓近似為零，負載電流呈指數曲線下降。為了使負載電流連續且脈動小，通常使串聯的電感L值較大。

當一個周期T結束，在驅動V導通，重復上一周期的過程。當電路工作于穩態時，負載電流在一個周期的初值和終值相等，

根據對輸出電壓平均值進行調制的方式不同，斬波電路可有三種控制方式。

（1）保持開關周期T不變，調節開關導通時間ton，稱為脈沖寬度調制或脈沖調寬型。

（2）保持開關導通時間ton不變，改變開關周期T，稱為頻率調制或調頻型。

（3）Ton和T都可調，使占空比改變，稱為混合型。

其中第一種方式應用最多。

2.2 升壓斬波電路

參考文獻：

[1] 王兆安，劉進軍.電力電子技術? 機械電子出版社，2009，5

[2] 陳堅.電力電子學（第二版）北京：高等教育出版社，2004

[3] 周志敏.電力電子器件與現代電子技術 大眾用電，2004

[4] 史賀男.電力電子變換技術的回顧與發展 冶金動力出版社，2005

[5] 韋和平.現代電力電子及電源技術的發展 現代電子技術，2005

[6] 陳禮明等.實際直流斬波電路中若干問題的淺析 梅山科技 2005

[7] 楊君.石勇等 直流斬波電路實驗裝置的研制 實驗室研究與探索 2006

（作者單位：十堰市人民醫院）