第3章思考题与习题

第3章思考题与习题3.1开关器件的开关损耗大小同哪些因素有关？答：开关损耗与开关的频率和变换电路的形态性能等因素有关。3.2试比较Buck电路和Boost电路的异同。答；相同点：Buck电路和Boost电路多以主控型电力电子器件（如GTO，GTR，VDMOS和IGBT等）作为开关器件，其开关频率高，变换效率也高。不同点：Buck电路在T关断时，只有电感L储存的能量提供给负载，实现降压变换，且输入电流是脉动的。而Boost电路在T处于通态时，电源Ud向电感L充电，同时电容C集结的能量提供给负载，而在T处于关断状态时，由L与电源E同时向负载提供能量，从而实现了升压，在连续工作状态下输入电流是连续的。3.3试简述Buck-Boost电路同Cuk电路的异同。答：这两种电路都有升降压变换功能，其输出电压与输入电压极性相反，而且两种电路的输入、输出关系式完全相同，Buck-Boost电路是在关断期内电感L给滤波电容C补充能量，输出电流脉动很大，而Cuk电路中接入了传送能量的耦合电容C1，若使C1足够大，输入输出电流都是平滑的，有效的降低了纹波，降低了对滤波电路的要求。3.4试说明直流斩波器主要有哪几种电路结构？试分析它们各有什么特点？答：直流斩波电路主要有降压斩波电路（Ｂuck），升压斩波电路（Ｂoost），升降压斩波电路（Ｂuck－Ｂoost）和库克（Ｃook）斩波电路。降压斩波电路是：一种输出电压的平均值低于输入直流电压的变换电路。它主要用于直流稳压电源和直流直流电机的调速。升压斩波电路是：输出电压的平均值高于输入电压的变换电路，它可用于直流稳压电源和直流电机的再生制动。升降压变换电路是输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反。主要用于要求输出与输入电压反向，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。库克电路也属升降压型直流变换电路，但输入端电流纹波小，输出直流电压平稳，降低了对滤波器的要求。3.5试分析反激式和正激式变换器的工作原理。答：正激变换器：当开关管T导通时，它在高频变压器初级绕组中储存能量，同时将能量传递到次级绕组，根据变压器对应端的感应电压极性，二极管D1导通，此时D2反向截止，把能量储存到电感L中，同时提供负载电流OI；当开关管T截止时，变压器次级绕组中的电压极性反转过来，使得续流二极管D2导通（而此时D1反向截止），储存在电感中的能量继续提供电流给负载。变换器的输出电压为：dODUNNU12反激变换器：当开关管T导通，输入电压Ud便加到变压器TR初级N1上，变压器储存能量。根据变压器对应端的极性，可得次级N2中的感应电动势为下正上负，二极管D截止，次级N2中没有电流流过。当T截止时，N2中的感应电动势极性上正下负，二极管D导通。在T导通期间储存在变压器中的能量便通过二极管D向负载释放。在工作的过程中，变压器起储能电感的作用。输出电压为dOUDDNNU1123.6试分析全桥式变换器的工作原理。答：当ug1和ug4为高电平，ug2和ug3为低电平，开关管T1和T4导通，T2和T3关断时，变压器建立磁化电流并向负载传递能量；当ug1和ug4为低电平，ug2和ug3为高电平，开关管T2和T3导通，T1和T4关断，在此期间变压器建立反向磁化电流，也向负载传递能量，这时磁芯工作在B－H回线的另一侧。在T1、T4导通期间(或T2和T3导通期间)，施加在初级绕组NP上的电压约等于输入电压Ud。与半桥电路相比，初级绕组上的电压增加了一倍，而每个开关管的耐压仍为输入电压。3.7有一开关频率为50kHz的Buck变换电路工作在电感电流连续的情况下，L=0.05mH，输入电压Ud=15V，输出电压U0=10V(1)求占空比D的大小；(2)求电感中电流的峰-峰值ΔI；(3)若允许输出电压的纹波ΔU0/U0=5%，求滤波电容C的最小值。解：（1）DUUd10，667.015100dUUD（2）AfLDDUfLUUUUIddOdOL333.11005.01050)667.01(667.015)1()(33(3)因为2200))(1(2ftDUUckHzf50LCfc21则22))(1(205.0ffDc)1(205.0222Dffc66.61066.6)1050(1005.0805.0667.01805.0162332minFLfDCµF3.8图题3.8所示的电路工作在电感电流连续的情况下，器件T的开关频率为100kHz，电路输入电压为交流220V，当RL两端的电压为400V时：(1)求占空比的大小；(2)当RL=40Ω时，求维持电感电流连续时的临界电感值；(3)若允许输出电压纹波系数为0.01，求滤波电容C的最小值。题图3.8解:（１）由题意可知：DUUd1000UUUDd400220400=0.45（２）1022201001.045.02300dKSUIDTL＝＝H5.49（其中ARUIK104040000）（３）CRDTUULS00,FURUDTCLs25.1101.0401045.05003.9在Boost变换电路中，已知Ud=50V，L值和C值较大，R=20Ω，若采用脉宽调制方式，当Ts=40μs，ton=20μs时，计算输出电压平均值U0和输出电流平均值I0。解：doffoffonUtttU0＝VDUd1005.0501由于Ｌ和Ｃ的值都比较大，ARUI520100003.10有一开关频率为50kHz的库克变换电路，假设输出端电容足够大，使输出电压保持恒定，并且元件的功率损耗可忽略，若输入电压Ud=10V，输出电压U0调节为5V不变。试求:(1)占空比；(2)电容器C1两端的电压Uc1；(3)开关管的导通时间和关断时间。解：(1)因为dUDDU10－则311055dOOUUUD(注意VUo5)(2)VUDUdC15103111111(3)sDTton67.610501313sTDtoff34.131050132)1(3