什么是晶闸管斩波器？_桥式可逆斩波器的作用是什么？

　　在大功率的DC-DC变换中，往往使用晶闸管作功率开关元件的直流斩波器（电路）。用于斩波器的晶闸管有半控的普通晶闸管和全控的门极可关断晶闸管（GTO），它们电压、电流容量相近，但用于直流变换的普通晶闸管有关断（换流）问题，除有换流电路导致的斩波器结构复杂外，其斩波频率也较低，约100～200Hz。GTO无关断问题，其斩波器主电路简单，但触发电路设计较复杂，斩波频率可达1KHz。本节主要讨论由普通快速晶闸管和GTO元件构成的斩波电路，包括降压斩波、升压斩波及斩波变阻技术。

　　晶闸管斩波器

　　降压斩波及升压斩波方式多用于城市电车、地铁、电瓶车等直流电动机驱动系统，用作速度调节。图4-15为定频调宽的脉宽调制（PWM）晶闸管斩波器主电路结构，其中VT1为主晶闸管，起功率开关作用；VT2为辅助晶闸管，与无源元件C、L1、L2、VD1、VD2一起组成VT1的关断电路，从而控制输出电压的脉宽。VDF为负载感性电流的续流二极管。

　　斩波器的工作过程可用图1、配合图2来说明。

　　1）接通直流电源。由于VT1、VT2均未触发，电源E通过L1、VD1及负载L、R对C《？XML:NAMESPACE PREFIX = V /》充电至E，极性上（+）下（-），如图4-15（a）所示。

　　

　　图1 定频调宽晶闸管降压斩波器

　　

　　2、升压斩波

　　图3为一种采用GTO作功率开关元件的升压型斩波器，负载为直流电动机。它利用电感贮能释放时产生高压来升高输出电压，其中图（a）为斩波电路结构，图（b）为VT导通 模式下的等效电路，图（c）为VT关断 模式下的等效电路。

　　

　　图3 GTO升压斩波器及工作模式电路拓扑

　　（a）升压斩波电路；（b）导通（ton）模式；（c）关断（toff）模式

　　输出电压为：

　　

　　由于 ，可知 ，即可输出比电源电压更高的电压，故称升压斩波器。在负载为直流电动机时，则可实现能量回馈的制动运行。

　　3、斩波变阻

　　利用斩波器与固定电阻并联，改变斩波电路的通导比，可以实现电阻值的等效变化。图4为三相绕线式异步电动机转子串电阻斩波变阻调速的应用。转子绕组相电压经不控整流变换成直流，使所需外接电阻减少至单个 ，再在 上并接降压型斩波器，以调节转子回路电阻大小。

　　

　　图4 绕线式异步电机转子串电阻斩波变阻调速

　　当斩波器关断时，转子回路所接电阻为 ，持续时间为 ；当斩波器开通时，转子回路所接电阻为 ，持续时间为 。这样，一个开关周期 内转子回路等效电阻 为

　　

　　由此可见，改变斩波器的导通比 就可连续改变等效电阻 的大小，从而实现电机的无级调速。

　　桥式可逆斩波器

　　桥式可逆斩波器主电路结构如图1所示。它由四个自关断器件（如GTR）VT1、VT2、VT3、VT4和四个快速型续流二极管VD1、VD2、VD3、VD4构成，形同字母H。H桥的一对角线接恒定直流电源E，另一对角线接负载，图示为直流电动机。根据各功率开关元件的导通规律不同，H型桥可逆斩波器可分单极性脉宽调制（斩波）和双极性脉宽调制（斩波）两种控制方式。

　　《？XML:NAMESPACE PREFIX = ST1 /》1、单极性脉宽调制《？xml:namespace prefix = o /》

　　单极性脉宽调制时，斩波器输出电压UAB的极性是通过一个控制电压《？XML:NAMESPACE PREFIX = V /》 来改变。当 ，使VT1、VT2交替互补地导通，VT4一直导通、VT3一直关断，各功率开关器件基极驱动信号如图4-21所示。这时斩波器输出电压UAB总是B端为（+）、A端为（-），呈现出一种单一方向的极性。当控制电压 ，则晶体管基极驱动电压 与 对换、 与 对换，变成VT3、VT4交替导通，VT2一直导通而VT1一直关断，H桥输出电压UAB随之改变极性，变成A端为（+）、B端为（-）的另一种单一的极性。

　　

　　图1 桥式可逆斩波器 图2 单极性调制时驱动信号

　　2、双极性脉宽调制

　　双极性脉宽调制时，H桥的四个晶体管分为两组：一组为VT1和VT4，另一组为VT2和VT3。控制规律是同组两管同时通、断，两组通、断相互交替，其晶体管驱动信号、输出电压、电流波形如图3所示。

　　

　　图3 双极性调制时驱动信号和电压、电流波形

　　3、单极性调制与双极性调制方式的比较

　　1）双极性调制控制简单，只要改变 位置就能将输出电压从+E变到-E；而在单极性调制方式中需要改变晶体管触发信号的安排。

　　2）当H桥输出电压很小时，双极性调制每个晶体管驱动信号脉宽都比较宽，能保证晶体管可靠触发导通。单极性调制时则要求晶体管驱动信号脉宽十分狭窄，但过窄脉冲不能保证晶体管可靠导通。

　　3）双极性调制时四个晶体管均处于开关状态，开关损耗大；而单极性调制时只有两个晶体管工作，开关损耗相应小。