基于直流斬波技術(shù)的數(shù)控直流電源

陳沛

摘要：將現(xiàn)代電子技術(shù)和控制技術(shù)引入傳統(tǒng)的電力技術(shù)領(lǐng)域，利用半導(dǎo)體電力開關(guān)器件和半導(dǎo)體集成電路、微處理器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電力變換和控制，就是電力電子技術(shù)。它是一門綜合了電子技術(shù)、控制技術(shù)和電力技術(shù)的新興交叉學(xué)科。電力電子技術(shù)的發(fā)展對(duì)于國民經(jīng)濟(jì)具有重大意義。

文章首先分析了開關(guān)型器件實(shí)現(xiàn)電力電子變換的基本原理，之后研究了直流斬波電源的設(shè)計(jì)原理，并在此原理的基礎(chǔ)上構(gòu)建了我們的斬波電源，并給出了總體設(shè)計(jì)方案。文章接著研究了直流斬波電源設(shè)計(jì)的相關(guān)原理圖，它們是完成項(xiàng)目的關(guān)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(guān)理論。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù);直流斬波;單片機(jī)

1 緒論

1.1開關(guān)型電力電子器件

開關(guān)型電力半導(dǎo)體器件主要有可關(guān)斷晶閘管（GTO），大功率晶體管（GTR），功率場(chǎng)效應(yīng)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(guān)型電力電子器件的基本特點(diǎn)之一是能以小信號(hào)輸入控制很大的輸出。放大倍數(shù)極大，這就是電力電子設(shè)備成為強(qiáng)、弱電之間接口的基礎(chǔ)。微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技 術(shù)的新成機(jī)可以通過這一接口移植到傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品，可以促使傳統(tǒng)產(chǎn)品的更新?lián)Q代。電力電子器件的另一基本特點(diǎn)是工作于開關(guān)狀態(tài)，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(shè)備所共有的節(jié)能性能。

2? ?直流斬波電路原理

上一章介紹了電力電子技術(shù)的發(fā)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(gè)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(shè)置使晶閘管關(guān)斷的輔助電路。

為在V關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中的電感電流提供通道，設(shè)置了續(xù)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(dòng)直流電動(dòng)機(jī)或帶蓄電池負(fù)載等，后兩種情況下負(fù)載中均會(huì)出現(xiàn)反電動(dòng)勢(shì)。

在t=0時(shí)，驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。當(dāng)t=t1時(shí)刻，控制V關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小，通常使串聯(lián)的電感L值較大。

當(dāng)一個(gè)周期T結(jié)束，在驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等，

根據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路可有三種控制方式。

（1）保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton，稱為脈沖寬度調(diào)制或脈沖調(diào)寬型。

（2）保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton不變，改變開關(guān)周期T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。

（3）Ton和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。

其中第一種方式應(yīng)用最多。

2.2 升壓斬波電路

參考文獻(xiàn)：

[1] 王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)? 機(jī)械電子出版社，2009，5

[2] 陳堅(jiān).電力電子學(xué)（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(xiàn)代電子技術(shù) 大眾用電，2004

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[5] 韋和平.現(xiàn)代電力電子及電源技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)代電子技術(shù)，2005

[6] 陳禮明等.實(shí)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(shí)驗(yàn)裝置的研制 實(shí)驗(yàn)室研究與探索 2006

（作者單位：十堰市人民醫(yī)院）