近年來，有人把斬波技術應用到交流調壓領域，出現了斬控式交流調壓器，也叫交流

斬波器。這類電路的工作原理與直流斬波器相似，但輸入電壓和負載電壓均為交流。因此

電子開關必須是雙向的，直流斬波電路中經常用到的續流二極管在這里也不能采用，續流

作用也要靠交流電子開關來實現。

4.3 .1 斬控式交流調壓器的工作原理

    斬控式交流調壓器的主電路如圖4-38 所示。圖中S1、S2為雙向電力電子開關，可以通過雙方向的電流，并且雙方向都可以控制開通和控制關斷。雙向電力電子開關一般要由多

個電力電子器件組合而成。如果將圖4-38 與Buck 型直流斬波電路進行比較，可以看出S1

相當于直流斬波電路中的單向電子開關，S2 則相當于直流斬波電路中的續流二極管，所以

其工作原理和分析方法也有許多與直流斬波器相似之處。電力電子開關最簡單的控制規律

為S1、S2的開關狀態在時間上為互補，即S1接通時S2斷開，S2接通時S1斷開。設電子開關的工作周期為T，S1接通、S2斷開的時間為Ton；S2接通、S1斷開的時間為Toff。占空比D=Ton/T。S1接通、S2斷開時電源電壓與負載電壓相等，電源為負載提供電能。S2接通、S1斷開時，電源停止向負載供電，如果負載為電感性，電流通過S2形成續流通路。為分析方便，引入函數e（t），其定義為

負載電壓 uO與電源電壓u有以下關系

負載電壓為一列幅度按正弦規律變化的梯形脈沖，如圖4-39 所示。負載電壓的包絡線就是電源電壓的波形。

將 e（t）展開為付里埃級數

式中 φk=kπD——為k次諧波的初相角；

ω0=2π/T，為e（t）的基波頻率。

設電源電壓為

由式（4.47）和（4.48）得

         可以看出，負載電壓中與電源電壓同頻率的基波成分的幅度是電源電壓的D 倍，這與

降壓型直流斬波器是類似的，除基波成分外，還含有與電源頻率和電子開關頻率相關的各

種諧波成分，通常這些成分的頻率比基波頻率高得多，因此可以用簡單的方法簡單地將其

濾除。

    在實際應用中，交流斬波器的主電路如圖4-40 所示。在電路的電源側和負載側均加了

低通濾波器。輸入濾波器的作用是旁路斬波開關產生的高次諧波成分，使之不影響電源，

保證電源電流為正弦波；輸出濾波器的作用是使負載得到一個工頻正弦電壓。為了方便起

見，認為兩濾波器均為理想的，對工頻電壓的幅度沒有影響，也不產生附加相移；并且不消耗任何能量。

加入濾波器后，u2可由式（4.83）描述，經過輸出濾波器的作用，式中所有高次諧波成

分都被濾除，負載電壓為

負載電壓與電源電壓有效值的關系為

可見，改變占空比就可以達到調節負載電壓有效值的目的，并且負載電壓的相位、頻

率均與電源電壓相同。在上述電壓作用下，如果負載阻抗的模為Z，幅角為φ，負載的電流

iO為

負載電流是連續的正弦波，沒有諧波成分，但由于S1、S2的交替通斷，流過S1的電流

iS1是脈沖列，表示為

含有諧波成分，經過輸入濾波器的作用，使電源電流中的諧波成分被濾除，電源電流i為單

純的正弦波。由假設，濾波器和電子開關都是理想的，不消耗能量，輸入功率和輸出功率

平衡，uoio=ui

由式（4.86）、（4.88）得

    由此可以看出，經斬控式交流調壓器耦合向負載供電的電路，等效到交流電源側的阻

抗的模為負載阻抗的1/D2倍，等效阻抗的幅角與負載阻抗相等。斬控式交流調壓器有理想

變壓器的某些性質。加濾波器后斬控式交流調壓器的有關波形如圖4-41。

4.3 .2 電源與負載端的電氣隔離

    帶有輸入、輸出濾波器的斬控式交流調壓器具有類似于變壓器的特性，但是，該電路

的電源端和負載端有一個公共端子，在要求電源和負載端電氣隔離的情況下是不能直接使

用的。在需要電氣隔離的場合，負載和電源之間可接高頻變壓器來實現隔離功能。圖4-42

是一種輸入和輸出隔離的斬控式交流調壓器主電路。

N1、N2 分別是隔離變壓器的初級和次級線圈，S1、S2、S3 均為雙向電力電子開關，S1

和S3 同步動作，S2與S1、S3互補。S1和S3接通、S2斷開的時間為Ton；S2接通、S1和S3

斷開的時間為Toff。設高頻變壓器是理想的，那樣漏磁，沒有功耗，激磁電流可以忽略。在

S1和S3接通、S2斷開時電源通過變壓器供給負載以能量，；S2接通、S1和S3斷開時電源與

負載停止能量交換，S2為負載提供續流通路。圖4-42中的電壓u2為

或寫成

仿照前面的分析方法，可將u2展開為付里埃級數，其形式為

其中ΣuK 是所有諧波成分的總和，經輸出濾波器的濾波作用，諧波成分均被濾除，負載電

壓為

假設電路的功耗為0，根據功率平衡的原則負載電流和電源電流之間的關系為

由此可得出在電源側的等效負載ZS為

4.3 .3 雙向電力電子開關

    在斬控式交流調壓電路中電力電子開關必須滿足：開關是全控的，可以控制導通也可

以控制關斷，所以必須采用全控型器件；電力電子開關必須是雙向導電的，因此單個器件

是無法滿足要求的，必須用多個器件組合而成；開關頻率較高，一般都在幾十KHz以上。

圖 4-43 列出了幾種滿足上述要求的電力電子開關的組成方案。雖圖中的可控器件為晶

體管，但根據需要也可采用其它全控器件，如MOSFET、IGBT等。

圖 4-43（a）采用兩個大功率晶體管，一個為NPN 型，另一個為PNP型。不同的晶體

    管導通電流的方向也隨之不同。兩個晶體管的發射極連接在一起，對驅動信號的接入提供了方便，但是一對同容量的大功率PNP和NPN 晶體管要作到參數完全一致在實際應用中是比較困難的。因此這一方案并不常用。

圖 4-43（b）中的兩個晶體管均為NPN 型，實際應用中比較容易得到較好的對稱性，

但兩個發射極電位不可能相等，而且各發射極的電位并不固定，無法用具有公共參考電位

的兩路驅動信號直接對其驅動，導致驅動電路變得復雜。圖中二極管的作用是提高與之串

聯的晶體管承受反向電壓的能力。

圖 4-43（c）所用的元件數量與圖（b）相等，但這種接法使得兩晶體管的發射極電位

相等，兩路驅動信號具有公共端，可以使驅動電路相對簡化。

圖 4-43（d）只用了一個可控元件，同時由四個二極管組成橋式連接，使得無論外電路電流方向如何總是流入晶體管的集電極。

在采用 MOSFET作為可控元件時，應注意它的內部有一個反并聯在源極和漏極之間的

寄生二極管，因此具有逆導特性，源極和漏極之間加反壓時會形成反向電流，因此使用時

必須在其漏極或源極上串聯一個二極管以消除逆導特性。