直流斩波器
直流斩波器维修报告
直流斩波器维修报告背景介绍直流斩波器是一种电力转换器，用于将直流电源转换为可控的交流电源。
它在工业和军事领域中广泛应用，但长时间使用后可能会出现故障，需要进行维修。
本文将介绍直流斩波器的维修过程。
故障现象在本次维修任务中，我们遇到了一个直流斩波器无法正常工作的问题。
具体的故障现象是输出电压无法稳定，频率偏高，可能导致相关设备损坏。
步骤一：故障排查1.关闭直流斩波器，并确保电源已断开。
2.检查电路板上的元件，查看是否有明显的损坏或烧毁。
3.使用万用表测试电路板上各个元件的电阻和电容值，确保它们处于正常范围内。
4.检查连接器和插头，确保它们没有松动或接触不良。
步骤二：故障分析1.根据故障现象，初步判断可能是电路板上的某个元件损坏导致的。
2.根据直流斩波器的工作原理，分析故障可能涉及的电路部分，并确定可能存在问题的元件类型。
3.参考直流斩波器的电路图，将故障元件与电路图进行对比，找出可能存在问题的区域。
步骤三：故障修复1.根据故障分析的结果，更换或修复可能存在问题的元件。
2.清洁电路板上的灰尘和污渍，确保元件安装时的环境干净。
3.使用焊接工具进行焊接修复，并确保焊点牢固可靠。
4.安装修复后的元件，并检查连接器和插头的连接情况。
5.开启直流斩波器，并使用示波器测试输出电压的稳定性和频率是否恢复正常。
步骤四：测试与验证1.在修复后的直流斩波器上进行电压和频率的测试，确保输出电压稳定在设定范围内，频率符合要求。
2.进行长时间运行测试，观察直流斩波器的工作情况是否正常。
3.将修复后的直流斩波器与相关设备连接，测试其在实际应用场景中的性能和稳定性。
结论通过以上的故障排查、分析、修复和测试，我们成功修复了直流斩波器的故障，并确保其恢复正常工作。
本次维修过程中，我们深入研究了直流斩波器的工作原理和电路结构，同时运用了电路分析和实际操作技巧，为以后的维修工作积累了经验。
注：本文仅以故事情节为例，仅供参考，实际操作需根据具体情况进行。
直流斩波器原理
直流斩波器原理
直流斩波器是一种电子设备，用于将直流电信号转换为可调节的脉冲
信号。
它是一种非常重要的电路，广泛应用于工业自动化、电力电子、通信和医疗等领域。
直流斩波器原理：
直流斩波器的主要原理是利用开关管（如晶体管或MOSFET）来控制
负载电路中的电压和电流。
当开关管导通时，负载电路中的电压将被
允许通过。
当开关管截止时，负载电路中的电压将被阻断。
斩波器通过改变开关管导通和截止的时间比例来控制输出脉冲信号的
频率和占空比。
占空比指脉冲信号中高电平所占时间与一个周期时间
之比。
频率指输出脉冲信号在单位时间内出现的次数。
斩波器可以被视为一个开关模型，其中输出脉冲信号由高低两个状态
构成。
当开关管导通时，输出为高；当开关管截止时，输出为低。
斩波器有两种基本类型：单极性和双极性。
单极性斩波器只能控制正
向负载电压，而双极性斩波器可以控制正向和反向负载电压。
直流斩波器的应用：
直流斩波器广泛应用于工业自动化、电力电子、通信和医疗等领域。
它们可以用于控制电机速度、调节照明亮度、变换电源输出电压等。
在工业自动化中，直流斩波器可以用于控制机床、起重机、输送带和风扇等设备的速度和方向。
在通信领域中，它们可以用于调节光纤通信系统中的光功率。
在医疗领域中，它们可以用于调节医疗设备的输出功率。
总之，直流斩波器是一种非常重要的电子设备，在现代工业和科技中发挥着重要作用。
DCDC
E T T Ton
1
1
E
讨论电感电流的纹波大小
由上面分析可知，在0到Ton时刻电感电流线性增长
到某个值，在Ton到T时刻电感电流再跌落到原来值。我们 可以推导出电流的纹波值：
iL
1 L
Ton
ULdt
1 L
Ton
Usdt
UsTsD
0
L
可见电感电流的纹波与L和TS密切相关，当开关管的 开关频率越高，电感感值越大则电感电流的纹波越小。
D(1
D)
令 Ic iL / 2 ，在整个开关周期中，则当实际负载电流大于Ic时， I1始终大于0，电路工作在电感电流连续模式。当实际负载电流小 于Ic时电路工作在电感电流断续模式。临界连续的电感值为
Lc UsTs D(1 D) 2Ic
• 可见临界负载电流与输入电压、电感、开 关频率有关。开关频率越高、电感感值越 大、则越小，越容易实现电感电流连续工 作模式。
第一章 直流斩波器
（ DC-DC变换器 ）
电力电子电路四种基本形式：
DC－DC、AC－DC、DC－AC、AC－AC
直流斩波电路（DC Chopper）
将固定的直流电通过电力电子开关 的作用变为另一固定电压或可调电压的 直流电。（不包含DC-AC-DC）
特点：效率高，体积小，重量轻，成本低
其通过对电力电子器件周期性地快速通断, 把恒定直流电压斩成一系列的脉冲电压， 改变这一脉冲列的脉冲宽度或频率可实现 输出电压平均值的调节。因为从工作波形 看，相当于是一个将恒定电流进行斩切输 出的过程，所以称斩波器。
Байду номын сангаасI1 IO
2L
Ro
直流斩波器工作原理
直流斩波器工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII直流斩波器工作原理直流斩波器(D.C. Chopper)又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源装置，是一种直流对直流的转换器(DC to DC Converter)已被被广泛使用，如直流电机之速度控制、交换式电源供应器(Switching-Power-Supply)等。
二.基本原理直流斩波器乃利用功率组件对固定电压之电源做适当之切割以达成负载端电压改变之目的。
若其输出电压较输入之电源电压低，则称为降压式(Buck )直流斩波器，若其输出电压较输入之电源电压高，则称为升压式(Boost)直流斩波器；如图1(a)所示为直流斩波器基本电路图，图1(b)所示为负载电压波形，可看出当直流斩波器导通(Ton)时，负载端之电压Vo等于电源电压Vs，当直流斩波器截止(Toff)时，负载端之电压Vo为0，如此适当的控制直流斩波器可使直流电源断续的出现在负载测，只要控制直流斩波器的导通时间，即图1.1直流斩波器基本原理可改变负载的平均电压。
由图1.1(b)可看出输出电压之峰值等于电源电压Vs，而输出电压之平均值Vo随Ton之时间而变。
而最常见之改变方式为1.周期T固定，导通时间Ton改变，称脉波宽度调变(Pulse-width Modulation PWM)。
2.导通时间Ton固定，周期T改变，称频率调变(Frequency Modulation FM)。
3.周期T及导通时间Ton 同时改变，即波宽调变及频率调变混合使用。
在实际应用中，因直流斩波器常需在负载端接上滤波电感及滤波电容，若频率改变过大对电感及电容影响大，因此多数采用脉波宽度调变。
直流斩波器依负载电压及负载电流极性来区分可分为下列三种︰1. 单象限直流斩波器。
2. 两象限直流斩波器。
3. 四象限直流斩波器。
如图1.2(a)所示为单象限直流斩波器示意图，其负载电压及负载电流皆为正；如图1.2(b)所示负载电压为正，负载电流有正有负称两象限直流斩波器；若负载电压有正有负，负载电流亦有正有负，称四象限直流斩波器如图1.2(c)所示。
全桥直流斩波器
开关模式的直流斩波器
Utri.m
uctr
0 t=0
Ts /2
t
t1
t1
utri
根据式
D1在0～1之间变化，
主要是由控制电压信 号uctr的幅值和极性 决定。
uAN 0
Ud
0
uBN
Ud
u0=uAN-uBN
0
U0 Ud
工作器(T件A- ,：TB+)
-U=d (TA+ ,TB-)
i0
电力电子技术的基本概况
开关模式的直流斩波器
6.7 全桥直流斩波器
直流 电机 驱动
全桥斩波器 开关模式
在单相不间 断电源UPS 中的直流到 正弦交流的
转换
在变压器隔离的开关模式直流电源中， 由直流到中高频交流电的转换
开关模式的直流斩波器
全桥直流斩波器
id
i0
TA+ DA+ TB+ DB+ i0
0
u0
Ts /2
t
导通持续时间ton为：
t1
t1
utri
根据上式可导出开关 对1的占空比为：
uAN 0
Ud
0
uBN
Ud
u0=uAN-uBN
t t
开关对2（TB+、TA-）
的占空比为：
0
U0 Ud
工作器(T件A- ,：TB+) i0
-U=d
(TA+ ,TB-)
I0>0
I0
导通0器件(：DA0 i0
,DB+)
N
当TA-为通态、TA+为断态时： uAN=0
二象限直流斩波器的工作原理
二象限直流斩波器的工作原理二象限直流斩波器又被称为单向直流斩波器，是一种用于控制直流电压的电子设备。
工作原理主要基于功率电子器件（例如二极管和晶闸管）的导通和截止控制，能将直流电压转换成可调节的脉冲直流电压，从而实现对直流电压进行控制。
为了更好地理解二象限直流斩波器的工作原理，我们可以分为三个部分来讨论：输入端、控制电路和输出端。
1.输入端：输入端主要是直流电源，它提供了一个恒定的电压源。
这个电压源可以是直流电池或直流稳压电源，它的电压通常在几十伏特到几百伏特之间。
这个直流电源提供了从正极到负极的直流电压。
2.控制电路：控制电路是二象限直流斩波器的核心部分，它负责对输出信号进行控制，以达到控制直流电压的目的。
控制电路通常由逻辑电路、计时电路和触发器等组成。
逻辑电路：逻辑电路将输入信号转换为控制信号，控制脉冲的生成和输出电压的调节。
根据输入信号的不同，逻辑电路可以采取不同的控制策略来实现输出电压的调节。
计时电路：计时电路用于控制脉冲的宽度和频率。
它可以根据需求来调整脉冲的宽度和频率，从而实现对输出电压的控制。
触发器：触发器用于控制一个或多个功率电子器件（例如二极管或晶闸管）的开关状态。
触发器将逻辑电路和计时电路的控制信号转换为适当的电压脉冲，以控制功率电子器件的导通和截止。
3.输出端：输出端是二象限直流斩波器输出的电压。
该电压是经过控制电路时基于输入信号置换得到的，可以是舒尔平方波、正方波或三角波。
通过控制电压的频率和脉宽，可以控制输出端的直流电压大小。
当二象限直流斩波器工作时，控制电路根据需求控制输出信号的脉冲宽度和频率，然后触发器根据控制信号来控制功率电子器件的导通和截止。
当功率电子器件导通时，直流电压会通过器件流动；当功率电子器件截止时，直流电压不会通过器件。
通过不断地使功率电子器件的导通和截止交替，最终可以实现对直流电压的控制。
总而言之，二象限直流斩波器通过控制电路和功率电子器件的协作工作，将输入直流电压转换成可调节的脉冲直流电压。
电力电子技术直流斩波电路
a) Sepic斩波电路
输入输出关系：
b) Zeta斩波电路
Uo
ton toff
E ton T ton
E 1
E图3-6（S3e-p4ic9斩）波电路和Zeta斩波电路
电源电压与输出电压极性相同
23
3.1.4 Sepic斩波电路和 ZeVt处a斩于波通Z态电期e路间t原a，理斩电源波E经电开关路
i
i
1
2
续旳时间tx，即 ton
tx
1 me ln
1 m
I
20
O
t
onttt1来自x2t
t
off
T
c)
tx<t0ff
图3-3 用于直流电动机回馈能 量旳升压斩波电路及其波形
m
1 e b 1 e
--------电流断续旳条件
16
升降压斩波电路和Cuk斩波电路
1）升降压斩波电路 (buck -boost Chopper)
分V处于通态和处于断态 初始条件分电流连续和断续
7
一样能够从能降量传压递斩关系波出发电进路行旳推导 假定L为无穷大，负载电流Io维持不变（详见P101－102） 电源只在V处于通态时提供能量，为 EIoton 在整个周期T中，负载消耗旳能量为 RIo2T EM IoT
一周期中，忽视损耗，则电源提供旳能量与负载消耗旳能量相等。
V向电感L1贮能。
V关断后，L1－VD－C1构成振
荡回路， L1旳能量转移至C1，
能量全部转移至C1上之后，VD
b) Zeta斩波电路
关断，C1经L2向负载供电。
输入输出关系：
Uo
1
E
图3-6 Sepic斩波电路 和 Zeta斩波电路 （3-50）
直流斩波器PWM控制方式
V直流斩波器(D.C. Choppe r)又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源装置，是一种直流对直流的转换器(DC to DC Conver ter)已被广泛使用，如直流电机之速度控制、交换式电源供应器(Switch ing-Power-Supply)等。
直流斩波是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为DC/DC变换。
斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式，Ts（周期）不变，改变Ton（通用，Ton为开关每次接通的时间），二是频率调制方式，Ton不变，改变Ts（易产生干扰）。
其具体的电路由以下几类：1、Buck电路：降压斩波器，其输出平均电压Uo小于输入电压U i，输出电压与输入电压极性相同。
2、Boost电路：升压斩波器，其输出平均电压Uo大于输入电压U i，输出电压与输入电压极性相同3、Buck-Boost电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，电感传输。
4、Cuk电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，电容传输。
用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。
直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源)，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种EC I软开关D C/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6、2、10、17)W/cm^3，效率为(80-90)%。
日本NemicL ambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为(200-300)kHz，功率密度已达到27W/cm^3，采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二极管)，是整个电路效率提高到90%。
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第4章 直流-直流变换电路直流-直流变换器是将一种直流电压变换成另一种符合负载要求的直流电压的电力电子装置。
其工作原理是利用电力电子器件的高速的开关性能，将直流电首先变换成脉冲列，然后经滤波电路得到满足负载要求的直流电，所以又叫直流斩波器（Copper ）。
4.1直流斩波器的基本电路直流斩波器的基本电路有降压型（Buck ）、升压型（Boost ）和升-降压型（Buck-Boost ）三种基本形式，但实际应用中对上述三种基本电路进行适当地改进和组合还会形为多种新的电路形式。
在本章的分析中，对电路做以下假设：（1）忽略电路的漏电感、杂散电阻等参数；（2）认为电力电子开关器件和与之配合的二极管是理想的，即导通时压降为0、阻断时漏电流为0、开关过程瞬间完成；（3）滤波电路的电磁时间常数远大于电子开关的工作周期，认为负载电压在一个开关周期中为常数。
4.1.1 降压型（Back ）斩波电路降压型斩波电路的主电路结构如图4-1所示，图中S 为电力电子开关，可用全控型电力电子器件来实现，也可用晶闸管加适当的换流电路来实现。
电力电子开关按照一定的规律周期性地开通和关断，其工作周期为T ，开关接通的时间为T on ，关断的时间为T off ，off on T T T += （4.1）T on 与T 的比值为占空比DT T D on =（4.2）图4-1 降压型斩波器主电路VD 为续流二极管，与电子开关交替工作。
L 为储能电感，C 为滤波电容，R 为负载电阻，E 为直流电源。
根据假设电容C 和负载电阻R 构成的时间常数远大于电力电子开关的工作周期，负载电压U O 在一个工作周期中为常数。
在S 闭合期间，电源U 通过S 、L 向负载供电，续流二极管因承受反压而关断。
二极管两端的电压u VD =U ，电感两端的电压u L =U-U O ，滤波电容被充电。
电感电流i L 上升，根据基尔霍夫定律，回路电压方程为O L U U dtdi L −= （4.3） 设t =0时S 闭合，初始条件为i L （t =0）=I Lmin ，则（4.3）的解为min L O L I t LU U i +−= 到t =T on =DT 时S 关断，电路进入续流状态，由于电感的储能作用续流二极管VD 导通，为i L 提供回路，此时负载靠电容的放电和电感的能量释放获取电压，所以电感电流下降，此时的回路电压方程为O L U dtdi L −= （4.4） 设在S 闭合转为断开的瞬间（即t =DT ）电感电流为i L （t =DT ）=I Lmax ，则式（4.4）的解为max )(L O L I DT t LU i +−−= 储能电感上的电流为三角波，在电路稳定工作状态时电感电流在开关闭合的瞬间从最小值开始线性上升，到开关断开的瞬间达到最大值，而后又从最大值开始线性下降到最小值。
因此，在一个周期中电感电流的变化规律为−−−+−+=)()1(max min max min max min DT t T D I I I t DT I I I i L L L L L L L T t DT DT t ≤<≤≤0 （4.5） 由式（4.3）、（4.4）可看出储能电感上的电压为矩形波，如图4-2所示。
根据电感上无直流电压成分这一原则，波形的正面积与负面积应相等，即T D U DT U U O O )1()(−=− （4.6）由此可得出负载电压与电源电压的关系为DU U O = （4.7）因设定滤波电容的容量足够大，负载电阻的电流无交流成分，其数值为RU I O O =（4.8） I O 也就是电感电流的平均值，即 2min max L L O I I I += 由式（4.5）得出电感电流的峰-峰值I PP 为DT D LU I PP )1(−=（4.9） I PP 随D 变化的曲线如图4-3。
图4-2 Buck 电路的波形 图4-3 I PP 与D 的关系如果I PP 很大，在S 断开期间电感电流下降很快，在S 尚未再度开通时i L 已下降到0，此后的一段时间i L 保持0值，电路出现电流断续现象，对电路中各电量会有一定的影响，此时各电量的波形如图4-4所示。
图中示出了二极管两端的电压，该电压经电路右侧的LC 滤波后为负载电压U O ，所以其平均值即为U O 。
可见电流断续比电流连续时U O 有所增大。
电感电流连续的临界值（平均值）I LB 为DT D LU I I PP LB )1(221−== （4.10） 在D =0.5时达到最大值，就是说在D =0.5时电流最容易断续。
如果令电流断续时电感电流平均值（也就是负载电流平均值I O ）与I LB 的比值为k ，不难推出电流断续时负载电压与D 和k 的关系为kD D DU U O )1(−+= （4.11）根据式（4.11）做出电流断续时负载电压与占空比的关系曲线如图4-5。
图4-4电流断续时各电量的波形图4-5电流断续时负载电压与占空比的关系4.1.2 升压型（Boost）斩波电路升压型斩波器的主电路如图2-6所示。
可以看出，升压电路和降压电路的拓扑结构是相同的，只是两者S、L、VD的位置不同。
图4-6 Boost电路S闭合时，电源、电感、S形成回路，S两端的电压为0，电源向电感输送电能，电感电流上升。
由于S的闭合二极管VD两端的电压为－U O，VD阻断，C通过R形成放电回路，供给负载电压。
S断开，切断了电感的充电回路，由于电感中的电流不能突变，电感、电源、二极管和负载形成回路。
电感两端出现感应电压，方向左负右正，该电压与电源顺向串联与负载连接，使得电容两端的电压即负载电压高于电源电压，所以该电路叫做升压型斩波器。
假设电容的容量足够大，在S断开电源和电感给电容充电时，电容电压的变化可忽略，而在S接通电容向负载放电时电容电压的变化也可忽略，这样电容两端的电压将保持在大于电源电压的数值上。
电路工作时各电量的波形如图4-7所示。
仍设电子开关S闭合的时间为T on，电子开关断开的时间为T off。
闭合时电感电压U L=U，S断开时U L=U－U O，U L的波形为矩形波。
电感电压不可能出现直流成分，U L波形的正面积与负面积应相等，即UT on =（U － U O ）T off 。
或UDT =（U O － U ）（1－D ）T ，由此得出负载电压与电源电压的关系为DU U O −=1 （4.12） U O 与U 的关系曲线如图4-8。
图4-7 Boost 电路的波形图4-8 Boost 电路U O 与D 的关系如果电路处于稳定状态，开关闭合时电感电流i L 上升，开关断开时i L 下降，i L 的变化规律为−−−+=t D LU U I t L U I i O L L L )1(max min T t DT DT t ≤<≤≤0 （4.13） 注意到开关闭合前瞬间电流为I Lmin ，开关关断前瞬间电流为最大值I Lmax 。
根据上式可得出电感电流i L 的峰-峰值为LDUT I I I L L PP =−=min max （4.14） I Lmin =0时电流临界连续，临界电流I LB 为 LDUT I I PP LB 221== （4.15） 在一个开关周期的不同时段，电感电流分别流过开关和二极管，在电感临界连续时二极管电流和开关电流的波形如图4-9所示。
由电路结构可看出，二极管的电流平均值就是负载电流平均值，在临界连续时，二极管电流I VD 为一三角形，其平均值I OB 为三角形的面积除以开关周期T ，即LUT D D I OB 2)1(−= （4.16）图4-9 电流临界连续时的电流波形Boost 电路在电感储能不够大时也会出现电流断续的现象，有关电量的波形如图4-10所示。
在T on 期间，S 闭合，开关两端电压u S =0，电感电压u L =U 。
在T 1期间，电感电流衰减，二极管导通，u S =U O ，电感电压u L =U － U O 。
在T 2期间，电感电流已衰减到零并保持零值，u S =0，u L =0。
可计算出此时U O 与U 的关系为U I D I D U OBO O )/)1(1(−+= （4.17） 如果令k=I O /I OB ，做出电流断续时U O 与U 的关系曲线如图4-11。
图4-10 电流断续时的波形图4-11 电流断续时U O 与U 的关系曲线降压型斩波器主电路器件的参数选择可遵循以下原则：（1）电力电子开关S 在VD 导通时S 承受的电压为U O ，U O 可作为选择电子开关电压参数的依据，在D 较大时U O 比电源电压大得多。
电子开关的最大电流瞬时值为I Lmax ，由波形图可看出PP O L I I I 21max += （4.18） I PP 由式（4.15）得出，I PP 与电路参数有关，I O 由负载电压和电阻决定。
（2）二极管VD 在S 导通时VD 承受的电压为U O ，所以U O 也是选择二极管电压参数的依据。
二极管的最大电流瞬时值也为I Lmax ，式（4.15）也是选择二极管电流参数的依据。
（3）电感L 可以从两个方面选择电感。
其一，把最小连续电流平均值作为选择电感的依据，由式（4.15）可看出，如果要求临界连续电流为I LB ，电感必须满足LBI DUT L 2≥ （4.19） 还可从限制电流波动的角度选择电感值，电流的波动由电流的峰-峰值来衡量，根据式（4.14），如果要求电流的波动值不大于I PP ，电感应满足PPI DUT L ≥ （4.20） （4）电容C 电容的大小决定负载电压的波动程度，因此负载的电压波动作为选择电容的依据。
在S 导通期间，负载靠电容放电在维持电流，设在整个S 导通期间（持续时间为DT ）电容电压亦即负载电压下降了ΔU ，并假设负载电流I O 在此期间恒定，则DT I CU O 1=∆ 根据上式可确定电容的数值，ΔU 与I O 和D 均有关，考虑在最严重的情况下仍能保证电压的波动符合要求，电容的容量应满足UT D I C O ∆≥max max （4.21） 4.1.3 升-降压型（Buck-Boost ）斩波电路升-降压型（Buck-Boost ）斩波电路主电路图如图4-12所示。
在与升压和降压电路相同的拓扑结构上S 、L 、VD 的位置又发生了变化。
仍定义开关S 的工作周期为T ，S 闭合的时间为T on ，S 断开的时间为T off 。
在S 闭合期间，电源通过开关与电感形成回路，电感电流上升，在图4-12中该电流的方向是顺时针的。
此时二极管承受反压阻断，负载电流由电容放电提供。
S 断开时，由于电感电流不能突变，电流通过负载和二极管形成回路，向电容充电和供给负载以电能，在图4-12中，电流的方向是反时针的。