在大功率的DC-DC變換中，往往使用晶閘管作功率開關元件的直流斬波器（電路）。用于斬波器的晶閘管有半控的普通晶閘管和全控的門極可關斷晶閘管（GTO），它們電壓、電流容量相近，但用于直流變換的普通晶閘管有關斷（換流）問題，除有換流電路導致的斬波器結構復雜外，其斬波頻率也較低，約100～200Hz。GTO無關斷問題，其斬波器主電路簡單，但觸發電路設計較復雜，斬波頻率可達1KHz。本節主要討論由普通快速晶閘管和GTO元件構成的斬波電路，包括降壓斬波、升壓斬波及斬波變阻技術。

　　晶閘管斬波器

　　降壓斬波及升壓斬波方式多用于城市電車、地鐵、電瓶車等直流電動機驅動系統，用作速度調節。圖4-15為定頻調寬的脈寬調制（PWM）晶閘管斬波器主電路結構，其中VT1為主晶閘管，起功率開關作用；VT2為輔助晶閘管，與無源元件C、L1、L2、VD1、VD2一起組成VT1的關斷電路，從而控制輸出電壓的脈寬。VDF為負載感性電流的續流二極管。

　　斬波器的工作過程可用圖1、配合圖2來說明。

　　1）接通直流電源。由于VT1、VT2均未觸發，電源E通過L1、VD1及負載L、R對C《？XML:NAMESPACE PREFIX = V /》充電至E，極性上（+）下（-），如圖4-15（a）所示。

　　圖1 定頻調寬晶閘管降壓斬波器

　　2、升壓斬波

　　圖3為一種采用GTO作功率開關元件的升壓型斬波器，負載為直流電動機。它利用電感貯能釋放時產生高壓來升高輸出電壓，其中圖（a）為斬波電路結構，圖（b）為VT導通 模式下的等效電路，圖（c）為VT關斷 模式下的等效電路。

　　圖3 GTO升壓斬波器及工作模式電路拓撲

　　（a）升壓斬波電路；（b）導通（ton）模式；（c）關斷（toff）模式

　　輸出電壓為：

　　由于 ，可知 ，即可輸出比電源電壓更高的電壓，故稱升壓斬波器。在負載為直流電動機時，則可實現能量回饋的制動運行。

　　3、斬波變阻

　　利用斬波器與固定電阻并聯，改變斬波電路的通導比，可以實現電阻值的等效變化。圖4為三相繞線式異步電動機轉子串電阻斬波變阻調速的應用。轉子繞組相電壓經不控整流變換成直流，使所需外接電阻減少至單個 ，再在 上并接降壓型斬波器，以調節轉子回路電阻大小。

　　圖4 繞線式異步電機轉子串電阻斬波變阻調速

　　當斬波器關斷時，轉子回路所接電阻為 ，持續時間為 ；當斬波器開通時，轉子回路所接電阻為 ，持續時間為 。這樣，一個開關周期 內轉子回路等效電阻 為

　　由此可見，改變斬波器的導通比 就可連續改變等效電阻 的大小，從而實現電機的無級調速。

　　橋式可逆斬波器

　　橋式可逆斬波器主電路結構如圖1所示。它由四個自關斷器件（如GTR）VT1、VT2、VT3、VT4和四個快速型續流二極管VD1、VD2、VD3、VD4構成，形同字母H。H橋的一對角線接恒定直流電源E，另一對角線接負載，圖示為直流電動機。根據各功率開關元件的導通規律不同，H型橋可逆斬波器可分單極性脈寬調制（斬波）和雙極性脈寬調制（斬波）兩種控制方式。

　　《？XML:NAMESPACE PREFIX = ST1 /》1、單極性脈寬調制《？xml:namespace prefix = o /》

　　單極性脈寬調制時，斬波器輸出電壓UAB的極性是通過一個控制電壓《？XML:NAMESPACE PREFIX = V /》 來改變。當 ，使VT1、VT2交替互補地導通，VT4一直導通、VT3一直關斷，各功率開關器件基極驅動信號如圖4-21所示。這時斬波器輸出電壓UAB總是B端為（+）、A端為（-），呈現出一種單一方向的極性。當控制電壓 ，則晶體管基極驅動電壓 與 對換、 與 對換，變成VT3、VT4交替導通，VT2一直導通而VT1一直關斷，H橋輸出電壓UAB隨之改變極性，變成A端為（+）、B端為（-）的另一種單一的極性。

　　圖1 橋式可逆斬波器 圖2 單極性調制時驅動信號

　　2、雙極性脈寬調制

　　雙極性脈寬調制時，H橋的四個晶體管分為兩組：一組為VT1和VT4，另一組為VT2和VT3。控制規律是同組兩管同時通、斷，兩組通、斷相互交替，其晶體管驅動信號、輸出電壓、電流波形如圖3所示。

　　圖3 雙極性調制時驅動信號和電壓、電流波形

　　3、單極性調制與雙極性調制方式的比較

　　1）雙極性調制控制簡單，只要改變 位置就能將輸出電壓從+E變到-E；而在單極性調制方式中需要改變晶體管觸發信號的安排。

　　2）當H橋輸出電壓很小時，雙極性調制每個晶體管驅動信號脈寬都比較寬，能保證晶體管可靠觸發導通。單極性調制時則要求晶體管驅動信號脈寬十分狹窄，但過窄脈沖不能保證晶體管可靠導通。

　　3）雙極性調制時四個晶體管均處于開關狀態，開關損耗大；而單極性調制時只有兩個晶體管工作，開關損耗相應小。