斩波

直流斩波电路是一种将电压恒定的直流电变换为电压可调的直流电的电力电子变流装置，亦称直流斩波器或

DC/DC变换器。用斩波器实现直流变换的基本思想是通过对电力电子开关器件的快速通、断控制把恒定的直流电压或电流斩切成一系列的脉冲电压或电流，在一定滤波的条件下，在负载上可以获得平均值可小于或大于电源的电压或电流。如果改变开关器件通、断的动作频率，或改变开关器件通、断的时间比例，就可以改变这一脉冲序列的脉冲宽度，以实现输出电压、电流平均值的调节

目前，斩波器广泛用于电力牵引。例如地铁、电力机车、无轨电车和电 瓶搬运车等直流电动机的无级调速上。与传统的在电路中串电阻调压的方法 相比，不仅有较好的起动、制动特性，而且省去体积大的直流接触器和耗电 大的变阻器，电能损耗也大大减少。

当晶闸管VTH导通时，加到负载上的电压UL= E，VTH关断时则为零。如果令周期为Te，则负载上的平均电压为

式中 te——晶闸管VTH导通持续时间。

从上式可知，欲改变负载上的直流平均电压UL，有两种方法：

①周期 Te为常数，改变te，叫脉宽调制法，即定频调宽式;

②te为常数，改变周 期Te的大小，叫频率控制法，即定宽调频式。

斩波电路

早在1940年德国人采用机械开关通断的思想来调节直流电压以控制直流电动机的转速，1960年美国人把晶体管斩波器用于控制柴油发电机的励磁系统，1963年德国人把晶闸管斩波器用于控制蓄电池车。早期主要应用于城市电车，地铁、电动汽车等直流牵引调速控制系统中。随着自关断电力电子开关器件和脉宽调制(PulseWidthModulation—PWM)技术的不断发展，直流斩波器具有效率高、体积小、重量轻、成本低等显著优点，广泛应用于开关电源、有源功率因数校正、超导储能等新技术领域。一般来说，直流斩波电路有两类不同的应用领域：一类负载是要求输出电压可在一定范围内调节控制，即要求电路输出可变的直流电压，例如直流电动机负载，为了改变其转速，要求可变的直流电压供电；另一类负载则要求无论在电源电压变化或负载变化时，电路的输出电压都能维持恒定不变，即输出一个恒定的直流电压，如开关电源等。这两种不同的要求均可通过一定类型的控制系统根据反馈控制原理实现。

斩波电路

6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。复合斩波电路——不同结构基本斩波电路组合。多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合。

斩波器的工作方式有两种：一是脉宽调制方式，Ts（周期）不变，改变Ton（通用，Ton为开关每次接通的时间）。二是频率调制方式，Ton不变，改变Ts（易产生干扰）。

1、Buck电路：降压斩波器，其输出平均电压Uo小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同。

2、Boost电路：升压斩波器，其输出平均电压Uo大于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同。

3、Buck-Boost电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，电感传输。

4、Cuk电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，电容传输。

直流斩波电路的种类较多，根据其电路结构及功能分类，主要有以下4种基本类型：降压(Buck)斩波电路、升压(Boost)斩波电路、升降压(Buck-Boost)斩波电路、丘克(Cuk)斩波电路，其中前两种是最基本的电路，后两种是前两种基本电路的组合形式。由基本斩波电路衍生出来的Sepic斩波电路和Zeta斩波电路也是较为典型的电路。利用基本斩波电路进行组合，还可以构成复合斩波电路和多相多重斩波电路。

用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%，直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源)，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为(200-300)kHz，功率密度已达到27W/cm^3，采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二极管)，使电路整体效率提高到90%。

当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6、2、10、17)W/cm^3，效率为(80-90)%。

有源功率因数校正(PFC)

从原理上讲，有源功率因数校正可以采用任一种直流斩波电路的拓扑结构，如Buck 、Boost、Sepic及Cuk等。下面以Boost电路为例，介绍采用峰值电流控制方法实现的有源功率因数校正（PFC）的工作原理。主电路由单相桥式整流器和Boos斩波电路组成，虚线框内为PWM控制电路，包括：电压误差放大器，电流误差放大器，乘法器，PWM发生器与驱动等，负载可以是电阻、阻感或是一个开关电源等。

PFC的工作原理如下：给定的参考电压Uref与经检测电路变换的输出电压Uo比较后，输入给电压误差放大；整流电压ud的检测值与电压误差放大器的输出信号共同加到乘法器的输入端，乘法器的输出则作为电流反馈控制的参考信号，与输入电流检测值比较后，产生PWM信号，经放大和隔离为IGBT提供栅极驱动信号，以控制开关器件T的通断，从而使输入电流(即电感电流)iL的波形与整流电压ud的波形基本保持一致，从而提高了输入端的功率因数。

直流调压调速

在大多中小容量的直流调速控制系统中，一般采用调节直流电动机电枢电压达到调速目的。常用的调速方案有两种：一是采用可控整流电路（如晶闸管整流电路）得到可以调节的直流电压供给电动机；另一种则是用不可控整流电路得到恒定的直流电压，再通过直流斩波的方式进行调压。