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第二章直流－直流变换电路1、Buck电路如图2.4所示，设输入电压为200V，电感L是100μH，电容C无穷大，输出接10Ω的电阻，电路工作频率50kHz,MOSFET的导通占空比为0.5，求：（1）输出直流电压Uo，输出直流电流Io；（2）流过MOSFET的峰值电流；（3）如要将MOSFET的峰值电流减小为输出直流电流的110％，应改变什么参数，他的值是多少？解：（1）V100o==dDUUA10/oo==RUI（2）MOSFET导通时，有VTLii=由于)()()(otititiCL+=，两边取平均值得到：oIIL=因此A15)1(2121oomVTm=−×+=Δ+==fLDDUIIIIIdLL（3）增加L可以使IΔ下降A11%1100VTm==IIA1101121=−=ΔIA1)1(21=−×fLDDUdL=500μH2、Boost电路如图2.17所示，设输入电压为100V，电感L是1000μH，电容C无穷大，输出接10Ω的电阻，电路工作频率50kHz,MOSFET的导通占空比为0.5，求：（1）输出直流电压Uo，输出直流电流Io；（2）电感电流平均值IL；（3）MOSFET阻断时的电压。解：（1）V2001do=−=DUUA20/oo==RUI（2）A401o=−==DIIIinL（3）V200oVTm==UU13、设有两组蓄电池，A组电压为100V，B组电压为200V，用Buck电路和Boost电路组合设计一种电路，以完成既能由A组蓄电池向B组蓄电池充电，又能由B组蓄电池向A组蓄电池充电的功能。EBEAVT1L1VD1C1C2VD2VT2L2S1-1S1-2R1R24、为什么当直流变换电路输入输出电压差别很大时，常常采用正激和反激电路，而不用Buck电路或Boost电路？解：可以利用变压器的变比改变输出电压大小，避免控制过程的占空比过小或过大，提高控制精度,同时有利于减轻输出电路中电力电子器件的耐压要求。27、升压式DC-DC变换器电路。输入电压为27V±10%，输出电压为45V，输出功率为750W，效率为95％，若等效电阻为R=0.05Ω①求最大占空比②如果要求输出60V是否可能？为什么？解：（1）⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=−−=⇒−−=iiiiiiUPIURIUDDRIUUηooo11oioioUURPUUDη/+−=5.045%)9027/(95.0/75005.0%902745/minminmax=××+×−=+−=oioioUURPUUDη（2）要求输出电压为60V，此时占空比应为：62.0603.2495.075005.03.2460minminmax=×+−=+−=oioioUUPRUUDη可以输出60V8、已知一个降压变换器，其工作电压为10VUs20V，输出电压为5V，纹波电压为输出电压的0.5%，负载电阻将在1ΩR10Ω变化，求工作频率为10kHz,50kHz下所需的临界电感值、电容值和MOS管峰值电流。解：（1）占空比范围dminodmaxoUUDUU得：5.025.0D（2）电感电流临界连续时，有A2.010521omin==Δ=LII开关关断期间，有TDIUTDIULL)1(2)1(ominoo−=−Δ=3当输入电压最高时，占空比最小，电路所需求的临界电感值达到最大当时，临界电感kHz10=fμs100=TμH5.937)1(2minomino=−=TDIUL当时，临界电感kHz50=fμs20=TμH5.187)1(2minomino=−=TDIUL4（3）考虑到纹波电压为输出电压的0.5%，则mV25=ΔCUmV25=Δ=ΔIUL有：8fCC⇒fIL2.0Δ=C由于TDLUIL)1(o−=LIΔ，对于特定的电感值，Ud最大时，Δ达到最大当、时，kHz10=fμH5.937=LA4.0max=ΔLIμF2002.0=Δ=fILkHz50=fμH5.187=LA4.0maxC当、时，=ΔLIμF402.0=Δ=fICLmaxomaxmaxmaxVTm2121LLLIIIiΔ+=Δ+=i（4）因此：5.2AA4.0211V5VTm=×+Ω=i第三章直流－交流变换技术4、正弦脉宽调制SPWM的基本原理是什么？载波比mf和电压调制比ma的定义是什么？如何调节输出电压基波的幅度与频率？采样控制理论中有一个重要结论：形状不同但面积相等的窄脉冲加之于线性环节时，得到的输出效果基本相同。线性系统周期性窄脉冲群的响应可以等效为各个窄脉冲相应的叠加，这样某一以时间为自变量的激励函数加在惯性环节上的响应可以被等效为按时间段与之面积相等的窄脉冲序列加在同一环节上得到的响应。利用等面积序列脉冲等效正弦半波相应时间段的面积就形成了一系列脉宽随正弦波瞬时值变动的脉冲序列－－即SPWM波。开关功率变换器输出为脉冲函数，利用高频SPWM波施加于负载，并配置低通滤波环节就能够产生需要的低频正弦响应－－即SPWM调制技术的基本原理与方法。SPWM采用的调制波为正弦波，tUtuωsin)(sms=载波uc是峰峰值为2Ucm，频率为fc的三角波幅度调制比：为载波幅度为调制波幅度，cmsmcmsmaUUUUm=频率调制比（载波比）：为调制波频率为载波频率，ffffmfcc=调节输出电压基波的幅度与频率：固定三角载波的频率和幅值，改变调制波的频率和幅值就可以改变输出SPWM波中正弦基波的频率和幅值。5、什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有什么特点？分段同步调制有什么特点？异步调制：载波信号和调制信号不保持同步关系，通常保持载波频率不变，而调制波频率可变，因此载波比（频率调制比）可变，在调制信号半个周期内，脉冲个数、脉冲相位也不固定；正负半周内脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。同步调制：载波比（频率调制比）等于常数，在变频时使载波信号和调制信号保1持同步。在调制信号半个周期内，脉冲个数、脉冲相位固定；正负半周内脉冲对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也对称。分段同步调制：把逆变电路输出频率分为多个频段，在每个频段内分别采用同步调制，各频段采用不同载波比（频率调制比）。这样克服了同步调制低频段载波频率降低的弊端。6、什么是规则采样法？什么是自然采样法？两者相比各有什么特点？自然采样法：按照三角波（或锯齿波、统称为载波）与正弦波（调制波）比较，产生SPWM脉冲序列的方法称为自然采样法。自然采样法的特点：（1）正弦波在不同相位角时其值不同，与三角波相交所得脉冲宽度也不同；（2）当正弦波频率变化和幅值变化时，各个脉冲宽度也相应发生变化。（3）利用模拟电路可以方便的实现这个功能，将正弦波与三角波施加于比较器的两个输入，其输出即为SPWM波，因此这种方法在模拟控制方式中比较常用，但作为数字控制时由于计算工作量大，一般不常用。规则采样法的原理：以三角载波周期谷点时刻调制波瞬时值为整个载波周期内调制波的幅值，这样调制波与与载波比较得到SPWM信号的方法称为规则采样法。规则采样法的特点：（1）相当于以载波周期谷点时刻调制波瞬时值为基准的阶梯波代替正弦调制波来产生SPWM波；（2）在数字控制系统中，SPWM信号由计算机产生，各个脉冲起始与终止时刻需要实时计算或查表，采用这种方法计算工作量大为减小，因此，在数字控制系统中应用广泛。7、如何提高SPWM逆变电路的直流电压利用率？单极性调制和双极性极性调制的控制原理有何区别？当时，进入过调制状态（），对于部分相应输出（相当于削顶调制波与载波比较），此时电路谐波增加，但直流电压的利用率也同样提高。也可以利用梯形波代替正弦调制波来取得类似的效果。cmsmuu1amcmsmuudU±2另一种办法是在正弦调制波中同步叠加三次谐波形成马鞍波作为调制波，其效果也同样提高直流电压的利用率，但仅增加三次谐波，鉴于三相对称电路的特点，这种方法在三相电路比较常用。双极性SPWM控制的方法（自然采样法的应用）：（1）引入一个固定频率、固定幅值的三角波uc――三角载波。（2）引入一个与输出频率相同、幅值不超过三角波的正弦波us——调制波。（3）将调制波与三角载波进行比较，输出一系列脉宽按正弦规律变化的方波——SPWM波，用来控制桥式逆变器的两组开关。（4）控制方法：usuc时，VT1、VT3导通，VT2、VT4关断，输出电压+Udusuc时，VT2、VT4导通，VT1、VT3关断，输出电压-Ud单极性SPWM控制的方法（倍频控制的SPWM方法）：（1）引入一个固定频率、固定幅值的三角波uc——三角载波。（2）引入一个与输出频率相同、幅值不超过三角波的正弦波us——调制波。（3）将调制波us与三角载波uc进行比较，输出一系列脉宽按正弦规律变化的方波——SPWM波，用来控制桥式逆变器的VT1、VT4，将调制波-us与三角载波uc进行比较，输出一系列脉宽按正弦规律变化的方波——SPWM波，用来控制桥式逆变器的VT2、VT3，根据频谱分析结果，输出波形中除与调制波相同频率的波形幅值较大外，其余的谐波含量主要为与三角载波频率相关的高次谐波，昀低为三角载波频率的2倍，由于三角载波频率较高，比较容易滤除。（4）控制方法：usuc时，VT1导通，VT4关断，输出电压+Udusuc时，VT4导通，VT1关断，输出电压-Ud-usuc时，VT2导通，VT3关断，输出电压+Ud-usuc时，VT3导通，VT2关断，输出电压-Ud38、逆变电路如图3－32所示，如果开关器件换成IGBT且将IGBT的反并二极管去掉，此电路能工作吗？负载改为纯电阻，此电路能工作吗？为什么？去掉二极管后对于感性负载电路不能正常工作，原因在于感性负载的电流滞后，在器件关断后需要依靠反并二极管续流，一旦无续流电路，就能产生很大的瞬时电压，可能造成电路损坏。对于纯电阻负载则没有这样的问题，可以不带反向二极管工作。9、方波逆变电路如图3－32所示，R=1Ω,L=1mH,Ud=100V,f=100Hz,求MOSFET的峰值电流，并画出输出电压电流波形。如果R=0,其他条件不变，求MOSFET的峰值电流，并画出输出电压电流波形。（1）R＝1，电流指数曲线变化VT1、3导通：τ2domdom)(TeRUIRU−∗−−+=I在π时刻有：ms1==RLτms10=TA7.9811d22om=∗+−=−−RUeeITTττ4（2）R＝0，电流线性变化VT1、VT3开通，在T21时刻电流达到昀大，电流峰值为半个周期内电流增量的一半：V100ms105.0mH1ddd=×Δ×=ΔΔ==ItILtiLUA500=ΔIA25021om=Δ=II510、三相方波逆变电路带电阻负载时电路图如图3－33所示，，中心点O为电位参考点，0º～60º期间设VT1、VT5、VT6导通，控制脉冲宽度为180º，试画出uBO、uCO、uBC、i3的波形。RRRR===CBA0º～60º期间设VT1、VT5、VT6导通6（1）dBO32U−=udCO31U=dCOBOBCUuu−uu−==（2）VT3所在桥臂关断，则03=i第四章交流－直流变换电路1、已知单相桥式整流电路如图所示，设交流电压有效值V2202=UVT1，控制角，试求：（1）输出电压平均值Ud,（2）VT1端压波形o60=αuug1、4ug2、3RTπu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidωtωtωt000i2udidb)c)d)ud(id)ααuVT1,41（1）ttUtuUABdωωπωππαπαdsin21d12∫∫==6.1482330)3coscos2(2==+−=ππππU解体方法说明：1、该电路是纯电阻负载，没有滤波电感，需要画出波形，根据波形才能计算相关参数，具体过程如下：1）确定自然换流点：自然换流点的确定方法是以二极管代替晶闸管，确定自然换流的时刻，如图所示应为正弦波过零点。2）确定晶闸管昀大可能导通角度（时间）：两个自然换流点之间的角度（时间）就是昀大可能导通的角度（时间），如图所示应为180°。3）确定晶闸管的起始导通点：根据晶闸管导通条件：uAK0uGK0，可以确