近年来，有人把斩波技术应用到交流调压领域，出现了斩控式交流调压器，也叫交流

斩波器。这类电路的工作原理与直流斩波器相似，但输入电压和负载电压均为交流。因此

电子开关必须是双向的，直流斩波电路中经常用到的续流二极管在这里也不能采用，续流

作用也要靠交流电子开关来实现。

4.3.1斩控式交流调压器的工作原理

斩控式交流调压器的主电路如图4-38所示。图中S1、S2为双向电力电子开关，可以通过双方向的电流，并且双方向都可以控制开通和控制关断。双向电力电子开关一般要由多

个电力电子器件组合而成。如果将图4-38与Buck型直流斩波电路进行比较，可以看出S1

相当于直流斩波电路中的单向电子开关，S2则相当于直流斩波电路中的续流二极管，所以

其工作原理和分析方法也有许多与直流斩波器相似之处。电力电子开关最简单的控制规律

为S1、S2的开关状态在时间上为互补，即S1接通时S2断开，S2接通时S1断开。设电子开关的工作周期为T，S1接通、S2断开的时间为Ton；S2接通、S1断开的时间为Toff。占空比D=Ton/T。S1接通、S2断开时电源电压与负载电压相等，电源为负载提供电能。S2接通、S1断开时，电源停止向负载供电，如果负载为电感性，电流通过S2形成续流通路。为分析方便，引入函数e（t），其定义为

负载电压uO与电源电压u有以下关系

负载电压为一列幅度按正弦规律变化的梯形脉冲，如图4-39所示。负载电压的包络线就是电源电压的波形。

将e（t）展开为付里埃级数

式中φk=kπD——为k次谐波的初相角；

ω0=2π/T，为e（t）的基波频率。

设电源电压为

由式（4.47）和（4.48）得

可以看出，负载电压中与电源电压同频率的基波成分的幅度是电源电压的D倍，这与

降压型直流斩波器是类似的，除基波成分外，还含有与电源频率和电子开关频率相关的各

种谐波成分，通常这些成分的频率比基波频率高得多，因此可以用简单的方法简单地将其

滤除。

在实际应用中，交流斩波器的主电路如图4-40所示。在电路的电源侧和负载侧均加了

低通滤波器。输入滤波器的作用是旁路斩波开关产生的高次谐波成分，使之不影响电源，

保证电源电流为正弦波；输出滤波器的作用是使负载得到一个工频正弦电压。为了方便起

见，认为两滤波器均为理想的，对工频电压的幅度没有影响，也不产生附加相移；并且不消耗任何能量。

加入滤波器后，u2可由式（4.83）描述，经过输出滤波器的作用，式中所有高次谐波成

分都被滤除，负载电压为

负载电压与电源电压有效值的关系为

可见，改变占空比就可以达到调节负载电压有效值的目的，并且负载电压的相位、频

率均与电源电压相同。在上述电压作用下，如果负载阻抗的模为Z，幅角为φ，负载的电流

iO为

负载电流是连续的正弦波，没有谐波成分，但由于S1、S2的交替通断，流过S1的电流

iS1是脉冲列，表示为

含有谐波成分，经过输入滤波器的作用，使电源电流中的谐波成分被滤除，电源电流i为单

纯的正弦波。由假设，滤波器和电子开关都是理想的，不消耗能量，输入功率和输出功率

平衡，uoio=ui

由式（4.86）、（4.88）得

由此可以看出，经斩控式交流调压器耦合向负载供电的电路，等效到交流电源侧的阻

抗的模为负载阻抗的1/D2倍，等效阻抗的幅角与负载阻抗相等。斩控式交流调压器有理想

变压器的某些性质。加滤波器后斩控式交流调压器的有关波形如图4-41。

4.3.2电源与负载端的电气隔离

带有输入、输出滤波器的斩控式交流调压器具有类似于变压器的特性，但是，该电路

的电源端和负载端有一个公共端子，在要求电源和负载端电气隔离的情况下是不能直接使

用的。在需要电气隔离的场合，负载和电源之间可接高频变压器来实现隔离功能。图4-42

是一种输入和输出隔离的斩控式交流调压器主电路。

N1、N2分别是隔离变压器的初级和次级线圈，S1、S2、S3均为双向电力电子开关，S1

和S3同步动作，S2与S1、S3互补。S1和S3接通、S2断开的时间为Ton；S2接通、S1和S3

断开的时间为Toff。设高频变压器是理想的，那样漏磁，没有功耗，激磁电流可以忽略。在

S1和S3接通、S2断开时电源通过变压器供给负载以能量，；S2接通、S1和S3断开时电源与

负载停止能量交换，S2为负载提供续流通路。图4-42中的电压u2为

或写成

仿照前面的分析方法，可将u2展开为付里埃级数，其形式为

其中ΣuK是所有谐波成分的总和，经输出滤波器的滤波作用，谐波成分均被滤除，负载电

压为

假设电路的功耗为0，根据功率平衡的原则负载电流和电源电流之间的关系为

由此可得出在电源侧的等效负载ZS为

4.3.3双向电力电子开关

在斩控式交流调压电路中电力电子开关必须满足：开关是全控的，可以控制导通也可

以控制关断，所以必须采用全控型器件；电力电子开关必须是双向导电的，因此单个器件

是无法满足要求的，必须用多个器件组合而成；开关频率较高，一般都在几十KHz以上。

图4-43列出了几种满足上述要求的电力电子开关的组成方案。虽图中的可控器件为晶

体管，但根据需要也可采用其它全控器件，如MOSFET、IGBT等。

图4-43（a）采用两个大功率晶体管，一个为NPN型，另一个为PNP型。不同的晶体

管导通电流的方向也随之不同。两个晶体管的发射极连接在一起，对驱动信号的接入提供了方便，但是一对同容量的大功率PNP和NPN晶体管要作到参数完全一致在实际应用中是比较困难的。因此这一方案并不常用。

图4-43（b）中的两个晶体管均为NPN型，实际应用中比较容易得到较好的对称性，

但两个发射极电位不可能相等，而且各发射极的电位并不固定，无法用具有公共参考电位

的两路驱动信号直接对其驱动，导致驱动电路变得复杂。图中二极管的作用是提高与之串

联的晶体管承受反向电压的能力。

图4-43（c）所用的元件数量与图（b）相等，但这种接法使得两晶体管的发射极电位

相等，两路驱动信号具有公共端，可以使驱动电路相对简化。

图4-43（d）只用了一个可控元件，同时由四个二极管组成桥式连接，使得无论外电路电流方向如何总是流入晶体管的集电极。

在采用MOSFET作为可控元件时，应注意它的内部有一个反并联在源极和漏极之间的

寄生二极管，因此具有逆导特性，源极和漏极之间加反压时会形成反向电流，因此使用时

必须在其漏极或源极上串联一个二极管以消除逆导特性。