一種降壓斬波電路的製作方法

2024-03-05 18:27:15

本實用新型涉及一種降壓電路，尤其涉及一種降壓斬波電路。

背景技術：

直流斬波電路是將直流電變成另一種固定電壓或可調電壓的DC-DC變換器,如果改變開關的動作頻率，或改變直流電流接通和斷開的時間比例，就可以改變加到負載上的電壓、電流平均值。在直流傳動系統、充電蓄電電路、開關電源、電力電子變換裝置及各種用電設備中得到普通的應用。直流斬波技術已被廣泛用於開關電源及直流電動機驅動中，使其控制獲得加速平穩、快速響應、節約電能的效果。降壓斬波電路即通過調節開關的動作頻率，使得負載上的電壓較電源電壓有所下降的電路。

在傳統的降壓斬波電路中，在負載突然斷開時，由於輸出濾波電感電流不能突變，容易造成機械開關的拉弧、電感繞組絕緣損傷甚至引起斬波電路故障，對主電路和開關器件有著嚴重安全隱患。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種降壓斬波電路，能夠克服當突然斷開時，引起的電感電壓的突然升高問題，進一步避免引起機械開關的拉弧、電感繞組絕緣損傷甚至斬波電路故障。

根據上述目的，本實用新型提供一種降壓斬波電路，所述降壓斬波電路包括：電源，與所述電源串聯的總開關，通過所述總開關與所述電源耦接的電感，與所述電感串聯的負載開關和負載，通過所述總開關與所述電源耦接的第一二極體，所述第一二極體正極與所述電源負極耦接，所述降壓斬波電路還包括電感續流元件，用於當所述負載開關突然斷開時，與所述電感構成所述電感的續流迴路。

在一實施例中，所述電感續流元件為第二二極體，所述第二二極體的負極與所述電源正極耦接。

在一實施例中，所述電感續流元件為電容，所述電容一端與所述負載開關和所述電感連接，另一端與所述電源負極連接。

在一實施例中，所述負載為非容性負載。

在一實施例中，所述開關為IGBT開關或MOSFET開關。

本實用新型提出了一種降壓斬波電路，通過電感續流元件的引入，當負載開關突然斷開始，為電感提供了電感續流迴路，避免了電感電壓的突然大幅升高，進一步克服了可能出現的機械開關的拉弧、電感繞組絕緣損傷甚至引起斬波電路故障的問題，從而保證了主電路和開關器件的安全。

附圖說明

在結合以下附圖閱讀本公開的實施例的詳細描述之後，能夠更好地理解本發明的上述特徵和優點。在附圖中，各組件不一定是按比例繪製，並且具有類似的相關特性或特徵的組件可能具有相同或相近的附圖標記。

圖1示出了本實用新型降壓斬波電路一個方面的電路圖；

圖2示出了降壓斬波電路一實施例的電路波形圖；

圖3示出了本實用新型降壓斬波電路另一個方面的電路圖；

圖4示出了當開關關斷時的續流迴路；

圖5示出了當開關開通時的續流迴路；

圖6示出了本實用新型降壓斬波電路一個實施例的電路圖

具體實施方式

為了更好地理解本實用新型，以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作詳細描述。

請參看圖1，圖1示出了本實用新型降壓斬波電路一個方面的電路圖，如圖1所示，降壓斬波電路10包括直流輸入電源101、總開關102、二極體103、電感104、負載開關105和負載106。負載開關105用於控制負載106的通斷，總開關102用於控制直流輸入電源101的階段性開通與關斷，二極體103的負極通過總開關102與直流輸入電源101的正極耦接，在總開關102關斷時，電感104通過負載106、二極體103與其自身組成的迴路續流。

電感感應電動勢UL與流過電感的電流IL以及電流的變化時間t存在如下關係：

從上式中可以看出，斬波電感的感應電動勢與電流變化的快慢有關。

當負載連接穩定時，降壓斬波電路具體工作過程為：

1、總開關102開通：電源101通過總開關102、電感104與負載106構成迴路，二極體103承受反向電壓截至。此過程中電感104電壓滿足UL＝E-Uo,其中，Uo為負載106的電壓。

2、總開關102截至：由於電感104電流不可以突變，電感104通過負載106和二極體103形成續流迴路。此過程中濾波電感104電壓滿足UL＝-Uo,其中，Uo為負載106的電壓。

當負載連接穩定時，降壓斬波電路10的電路波形圖如圖2所示，各標記的釋義如下：

開關脈衝：用於控制總開關102通斷的脈衝信號；

Us：總開關102兩端電壓；

Is：流過總開關102的電路總電流；

Ul：電感104兩端的電壓；

Il：流過電感104的電流；

Ur：負載106兩端電壓。

通過如圖2所示的波形圖，可以看到，將1000伏的電源電壓降為均值為500伏的負載電壓，從而實現了降壓的目的。

但當負載106突然斷開時，電感104電流驟降，電感104兩端會產生極大的瞬時電動勢，電感因此可能會毀，也可能導致負載開關105斷開時嚴重拉弧，給系統造成危害。

為了克服上述問題，可考慮增加續流元件，與電感和已有元件構成電感的續流迴路，用於當負載突然斷開時，供電感放。

請參見圖3，圖3示出了本實用新型降壓斬波電路另一個方面的電路圖。在總開關302與直流輸入電源301正極的連接端和電感304之間接入第二二極體307，第二二極體307的負極與直流輸入電源301正極連接。

當負載開關305突然斷開時，第二二極體307的接入為電感304提供了續流迴路，進而不至於引發上述問題。具體請參看圖4和圖5，圖4示出了當開關關斷時的續流迴路410，圖5示出了當開關開通時的續流迴路510。

當電路總開關402關斷時，二極體403、第二二極體407、電源電壓401、電感404共同為電感404組成續流迴路410。

當電路總開關502開通時，電路總開關502、第二二極體507、電感504共同為電感504組成續流迴路510。

由於續流迴路的作用，使電感電流變化率不至於過大，電感的感應電動勢在可控範圍內。

可以理解，還可以使用其它電感續流元件為電感提供續流迴路，在一實施例中，請參看圖6，圖6示出了本實用新型降壓斬波電路一個實施例的電路圖，在圖1的斬波電路的基礎上，在負載606的兩端並聯一個電容611，也可起到續流的作用。

在負載開關605突然斷開的情況下，當總開關602斷開時，電容611、電感604和二極體603構成電感604的續流迴路。

在負載開關605突然斷開的情況下，當總開關602開通時，電容611、電感604、總開關602和電源電壓601構成電感604的續流迴路。

為了避免此時的電容611與負載606形成諧振，更優地，負載為非容性負載。

本實用新型中的總開關可以為IGBT，也可以是MOSFET或起同等作用的開關器件，針對不同的開關器件，對連接埠作對應的替換。

本實用新型中的二極體可以是電力二極體，實際應用中也可以是和電力二極體有同等作用的其他器件。

綜上所述，本實用新型通過電感續流迴路的設置，避免了當負載突然斷開時，電感電壓的突然升高，進一步避免了電感電壓突然升高時引起的開關拉弧或者主電路器件損壞的安全隱患，提高了系統可靠性。

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