基于直流斩波技术的数控直流电源

陈沛

摘要：将现代电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件和半导体集成电路、微处理器控制系统实现电力变换和控制，就是电力电子技术。它是一门综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。电力电子技术的发展对于国民经济具有重大意义。

文章首先分析了开关型器件实现电力电子变换的基本原理，之后研究了直流斩波电源的设计原理，并在此原理的基础上构建了我们的斩波电源，并给出了总体设计方案。文章接着研究了直流斩波电源设计的相关原理图，它们是完成项目的关键所在，包括斩波电源的主电路Buck Chopper、Boost Chopper、Boost-Buck Chopper变换器的相关理论。

关键词：电力电子技术;直流斩波;单片机

1 绪论

1.1开关型电力电子器件

开关型电力半导体器件主要有可关断晶闸管（GTO），大功率晶体管（GTR），功率场效应晶体管（POWER FET），绝缘栅功率晶体管（IGBT），MOS控制晶闸管（MCT）等。[3]

开关型电力电子器件的基本特点之一是能以小信号输入控制很大的输出。放大倍数极大，这就是电力电子设备成为强、弱电之间接口的基础。微电子技术和计算机技 术的新成机可以通过这一接口移植到传统产业产品，可以促使传统产品的更新换代。电力电子器件的另一基本特点是工作于开关状态，正向压降低而反向漏电流小，从而在理论上保证了各类电力电子设备所共有的节能性能。

2   直流斩波电路原理

上一章介绍了电力电子技术的发展情况，这一章我将分析直流斩波电路的基本原理。直流斩波电路主要有以下几种：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路。

2.1 降压斩波电路

降压斩波电路（Buck Chopper）的原理图及工作波形如图2-1所示。该电路使用一个全控型器件V，图中为MOSFET，也可使用其它器件，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。

为在V关断时给负载中的电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势。

在t=0时，驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压，负载电流io按指数曲线上升。当t=t1时刻，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常使串联的电感L值较大。

当一个周期T结束，在驱动V导通，重復上一周期的过程。当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，

根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可有三种控制方式。

（1）保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton，称为脉冲宽度调制或脉冲调宽型。

（2）保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T，称为频率调制或调频型。

（3）Ton和T都可调，使占空比改变，称为混合型。

其中第一种方式应用最多。

2.2 升压斩波电路

参考文献：

[1] 王兆安，刘进军.电力电子技术  机械电子出版社，2009，5

[2] 陈坚.电力电子学（第二版）北京：高等教育出版社，2004

[3] 周志敏.电力电子器件与现代电子技术 大众用电，2004

[4] 史贺男.电力电子变换技术的回顾与发展 冶金动力出版社，2005

[5] 韦和平.现代电力电子及电源技术的发展 现代电子技术，2005

[6] 陈礼明等.实际直流斩波电路中若干问题的浅析 梅山科技 2005

[7] 杨君.石勇等 直流斩波电路实验装置的研制 实验室研究与探索 2006

（作者单位：十堰市人民医院）