晶闸管斩波器

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。

1、降压斩波

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。VD_F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 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（t_on）模式；（c）关断（t_off）模式

输出电压为：

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。