什么是晶閘管斬波器？_橋式可逆斬波器的作用是什么？

　　在大功率的DC-DC變換中，往往使用晶閘管作功率開關(guān)元件的直流斬波器（電路）。用于斬波器的晶閘管有半控的普通晶閘管和全控的門極可關(guān)斷晶閘管（GTO），它們電壓、電流容量相近，但用于直流變換的普通晶閘管有關(guān)斷（換流）問題，除有換流電路導(dǎo)致的斬波器結(jié)構(gòu)復(fù)雜外，其斬波頻率也較低，約100～200Hz。GTO無關(guān)斷問題，其斬波器主電路簡(jiǎn)單，但觸發(fā)電路設(shè)計(jì)較復(fù)雜，斬波頻率可達(dá)1KHz。本節(jié)主要討論由普通快速晶閘管和GTO元件構(gòu)成的斬波電路，包括降壓斬波、升壓斬波及斬波變阻技術(shù)。

　　晶閘管斬波器

　　降壓斬波及升壓斬波方式多用于城市電車、地鐵、電瓶車等直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用作速度調(diào)節(jié)。圖4-15為定頻調(diào)寬的脈寬調(diào)制（PWM）晶閘管斬波器主電路結(jié)構(gòu)，其中VT1為主晶閘管，起功率開關(guān)作用；VT2為輔助晶閘管，與無源元件C、L1、L2、VD1、VD2一起組成VT1的關(guān)斷電路，從而控制輸出電壓的脈寬。VDF為負(fù)載感性電流的續(xù)流二極管。

　　斬波器的工作過程可用圖1、配合圖2來說明。

　　1）接通直流電源。由于VT1、VT2均未觸發(fā)，電源E通過L1、VD1及負(fù)載L、R對(duì)C《？XML:NAMESPACE PREFIX = V /》充電至E，極性上（+）下（-），如圖4-15（a）所示。

　　圖1 定頻調(diào)寬晶閘管降壓斬波器

　　2、升壓斬波

　　圖3為一種采用GTO作功率開關(guān)元件的升壓型斬波器，負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)。它利用電感貯能釋放時(shí)產(chǎn)生高壓來升高輸出電壓，其中圖（a）為斬波電路結(jié)構(gòu)，圖（b）為VT導(dǎo)通 模式下的等效電路，圖（c）為VT關(guān)斷 模式下的等效電路。

　　圖3 GTO升壓斬波器及工作模式電路拓?fù)?/p>

　?。╝）升壓斬波電路；（b）導(dǎo)通（ton）模式；（c）關(guān)斷（toff）模式

　　輸出電壓為：

　　由于 ，可知 ，即可輸出比電源電壓更高的電壓，故稱升壓斬波器。在負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，則可實(shí)現(xiàn)能量回饋的制動(dòng)運(yùn)行。

　　3、斬波變阻

　　利用斬波器與固定電阻并聯(lián)，改變斬波電路的通導(dǎo)比，可以實(shí)現(xiàn)電阻值的等效變化。圖4為三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻斬波變阻調(diào)速的應(yīng)用。轉(zhuǎn)子繞組相電壓經(jīng)不控整流變換成直流，使所需外接電阻減少至單個(gè) ，再在 上并接降壓型斬波器，以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子回路電阻大小。

　　圖4 繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻斬波變阻調(diào)速

　　當(dāng)斬波器關(guān)斷時(shí)，轉(zhuǎn)子回路所接電阻為 ，持續(xù)時(shí)間為 ；當(dāng)斬波器開通時(shí)，轉(zhuǎn)子回路所接電阻為 ，持續(xù)時(shí)間為 。這樣，一個(gè)開關(guān)周期 內(nèi)轉(zhuǎn)子回路等效電阻 為

　　由此可見，改變斬波器的導(dǎo)通比 就可連續(xù)改變等效電阻 的大小，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級(jí)調(diào)速。

　　橋式可逆斬波器

　　橋式可逆斬波器主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由四個(gè)自關(guān)斷器件（如GTR）VT1、VT2、VT3、VT4和四個(gè)快速型續(xù)流二極管VD1、VD2、VD3、VD4構(gòu)成，形同字母H。H橋的一對(duì)角線接恒定直流電源E，另一對(duì)角線接負(fù)載，圖示為直流電動(dòng)機(jī)。根據(jù)各功率開關(guān)元件的導(dǎo)通規(guī)律不同，H型橋可逆斬波器可分單極性脈寬調(diào)制（斬波）和雙極性脈寬調(diào)制（斬波）兩種控制方式。

　　《？XML:NAMESPACE PREFIX = ST1 /》1、單極性脈寬調(diào)制《？xml:namespace prefix = o /》

　　單極性脈寬調(diào)制時(shí)，斬波器輸出電壓UAB的極性是通過一個(gè)控制電壓《？XML:NAMESPACE PREFIX = V /》 來改變。當(dāng) ，使VT1、VT2交替互補(bǔ)地導(dǎo)通，VT4一直導(dǎo)通、VT3一直關(guān)斷，各功率開關(guān)器件基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)如圖4-21所示。這時(shí)斬波器輸出電壓UAB總是B端為（+）、A端為（-），呈現(xiàn)出一種單一方向的極性。當(dāng)控制電壓 ，則晶體管基極驅(qū)動(dòng)電壓 與 對(duì)換、 與 對(duì)換，變成VT3、VT4交替導(dǎo)通，VT2一直導(dǎo)通而VT1一直關(guān)斷，H橋輸出電壓UAB隨之改變極性，變成A端為（+）、B端為（-）的另一種單一的極性。

　　圖1 橋式可逆斬波器 圖2 單極性調(diào)制時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)

　　2、雙極性脈寬調(diào)制

　　雙極性脈寬調(diào)制時(shí)，H橋的四個(gè)晶體管分為兩組：一組為VT1和VT4，另一組為VT2和VT3?？刂埔?guī)律是同組兩管同時(shí)通、斷，兩組通、斷相互交替，其晶體管驅(qū)動(dòng)信號(hào)、輸出電壓、電流波形如圖3所示。

　　圖3 雙極性調(diào)制時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)和電壓、電流波形

　　3、單極性調(diào)制與雙極性調(diào)制方式的比較

　　1）雙極性調(diào)制控制簡(jiǎn)單，只要改變 位置就能將輸出電壓從+E變到-E；而在單極性調(diào)制方式中需要改變晶體管觸發(fā)信號(hào)的安排。

　　2）當(dāng)H橋輸出電壓很小時(shí)，雙極性調(diào)制每個(gè)晶體管驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈寬都比較寬，能保證晶體管可靠觸發(fā)導(dǎo)通。單極性調(diào)制時(shí)則要求晶體管驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈寬十分狹窄，但過窄脈沖不能保證晶體管可靠導(dǎo)通。

　　3）雙極性調(diào)制時(shí)四個(gè)晶體管均處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大；而單極性調(diào)制時(shí)只有兩個(gè)晶體管工作，開關(guān)損耗相應(yīng)小。