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直流斩波器:介绍、工作和应用

  • 发表时间:2021-11-19 08:25:25
  • 来源:本站
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直流斩波器是一种将电能从一种形式转换为另一种形式的开关。它通过转换直流电并使其具有两种状态可变来实现此目的:开/关、高/低等!该设备在电子电路中的使用已经取得了长足的进步。

直流斩波器广泛用于许多电子设备和电路中以控制功率量,而在电力电子设备中,工程师将它们用作信号调制器。此外,它在电子领域还有其他一些应用,包括将交流输入电压转换为直流,以及在不同电压下工作的电路的两个部分之间进行隔离。

这篇博文将讨论直流斩波器是什么、它的许多可能的应用以及它是如何工作的。

什么是斩波器?


在其最简单的定义中,斩波器是将直流电从一种状态转换为另一种状态,从固定的恒定状态转换为可变状态的设备。这种状态变化对于电子电路控制负载所需的电量是必要的。负载是电路中电力的最终用户,例如灯泡。

为了让负载高效工作,斩波器必须提供适量的功率。它使用高频开关来做到这一点因此,负载需要的功率量将决定斩波开关的频率。 

换句话说,它使用两个不同的电压电平工作,并在它们之间快速切换,以免除了 0 或 DCV(全开)之外的任何其他电平上的电流通过。

直流斩波器:工作原理


有两种主要类型的直流斩波器。其中包括无源直流斩波器和有源直流斩波器电路,它们都有其独特的区别。 

无源和有源直流斩波器的区别如下:

  • 无源直流斩波器以高频打开(切断所有电压)并关闭(连接到电压源)开关,使输出电压波形看起来像方波。

  • 有源直流斩波电路的工作原理是保持几乎 50% 的占空比,并使用由放大器或晶体管和二极管控制的开关进行整流。这种技术在现代设计中通常是首选,因为它允许更高的效率,并且比无源直流斩波电路可以更好地调节输出电压

直流斩波器的应用


  • 开关模式电源,包括 DC 到 DC 转换器。

  • 直流电机调速器

  • 在执行器中驱动无刷直流力矩电机或步进电机

  • D类电子放大器

  • 电池充电器

  • 电动车

  • 铁路和地铁车辆

直流斩波器有什么好处?


使用直流斩波器电路的主要好处是它可用于电子产品中的许多不同应用,因为这些电路具有几乎 50% 的占空比,可以很好地调节输出电压。

其他优势包括:

  • 效率很高

  • 输出稳压器

  • 稳压输出允许在某些电路中减少电流消耗,从而提高它们的整体效率。

  • 它可以用小型组件构建,这使其成为便携式设备的理想选择。可以产生射频信号

  • 用于电池充电和电机控制等应用

  • 它便宜且易于维护

斩波电路的类型

A 型斩波器/第一象限斩波器


当斩波器开启时,电源电压为 V0=Vs。并且 t 和这导致电流定向流向负载。然而,当斩波器关闭时,V0 下降到零,但 I0 以类似的方向流过续流二极管。因此平均电流和电压保持正值。

B型斩波器/第二象限斩波器


为此,负载应包含直流电源 E。打开的斩波器 V0 为零。负载电压 E 驱动电感 L 上的电流。L 负责存储斩波器的能量。 

转动 v0 =( E+ L . di / dt )的斩波器会  导致电压 Vs 出现浪涌。二极管 D2 正向偏置并开始向电源传导功率。 

无论斩波器是打开还是关闭,I0 电流都会流出负载。与正 V0 电流相比,I0 电流为负。 

C型斩波器/两象限A型斩波器

C型斩波器是两个象限的组合,由-A型和B型并联而成。只要二极管 FD 在负载上有效,这种类型的连接总是会获得正输出电压 Vo。当斩波器打开时,续流二极管开始导通,使输出电压 Vo 等于 Vs。和反向负载电流 Io。即使负载电流反向,尽管斩波器打开或 Fd 导通,电荷仍将是正的。      

D 型斩波器/二象限 B 型斩波器

二象限型 B 斩波器或 D 斩波器电路

当您在输出电压 V0 = Vs 上连接两个斩波器时,当 v0 = – Vs 时,两个二极管上的两个斩波器都被切断。打开斩波器返回正输出电压 V0。时间Ton 超过时间Toff。 

E型斩波器/第四象限斩波器

由四个半导体开关和四个二极管组成,这将它们分为四个象限: 

  • 第一象限 

  • 第二象限

  • 第三象限 

  • 第四象限 

底线

斩波电路或 AC/DC 转换器可以调节输出电压并减少从电源汲取的电流。这极大地提高了它们的效率并允许进行严格的监管。使用两个开关,斩波电路可以以非常高的频率在导通状态和关断状态之间切换。

斩波器有多种用途,例如电压稳定和调节、DC 到 AC 转换/逆变器、RF 生成和 DC 隔离。此外,它们可以采用小型组件进行设计,这使它们成为便携式设备的理想选择。它还可以实现更高的效率,并且可以轻松生成 RF 信号。这些电路也适用于电池充电和电机控制。

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