第五章答案

第五章直流-直流交流电路1．简述图5-1a所示的降压斩波电路工作原理。答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V导通一段时间ton，由电源E向L、R、M供电，在此期间，uo＝E。然后使V关断一段时间toff，此时电感L通过二极管VD向R和M供电，uo＝0。一个周期内的平均电压Uo＝Etttoffonon。输出电压小于电源电压，起到降压的作用。2．在图5-1a所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值极大，EM=30V，T=50μs,ton=20μs,计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为Uo=ETton=5020020=80(V)输出电流平均值为Io=REUMo-=103080=5(A)3．在图5-1a所示的降压斩波电路中，E=100V，L=1mH，R=0.5Ω，EM=10V，采用脉宽调制控制方式，T=20μs，当ton=5μs时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。当ton=3μs时，重新进行上述计算。解：由题目已知条件可得：m=EEM=10010=0.1τ=RL=5.0001.0=0.002当ton=5μs时，有ρ=T=0.01=ont=0.0025由于11ee=1101.00025.0ee=0.249m所以输出电流连续。此时输出平均电压为Uo=ETton=205100=25(V)输出平均电流为Io=REUMo-=5.01025=30(A)输出电流的最大和最小值瞬时值分别为Imax=REmee11=5.01001.01101.00025.0ee=30.19(A)Imin=REmee11=5.01001.01101.00025.0ee=29.81(A)当ton=3μs时，采用同样的方法可以得出：αρ=0.0015由于11ee=1101.0015.0ee=0.149m所以输出电流仍然连续。此时输出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为：Uo=ETton=203100=15(V)Io=REUMo-=5.01015=10(A)Imax=5.01001.01101.00015.0ee=10.13(A)Imin=5.01001.01101.00015.0ee=9.873(A)4．简述图5-2a所示升压斩波电路的基本工作原理。答：假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压为恒值Uo。设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L上积蓄的能量为on1tEI。当V处于断态时E和L共同向电容C充电并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为toff，则在此期间电感L释放的能量为off1otIEU。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即：off1oon1tIEUtEI化简得：EtTEtttUoffoffoffono式中的1/offtT，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。5．在图5-2a所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs，ton=25μs时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。解：输出电压平均值为：Uo=EtToff=50254040=133.3(V)输出电流平均值为：Io=RUo=203.133=6.667(A)6．试分别简述升降压斩波电路和Cuk斩波电路的基本原理，并比较其异同点。答：升降压斩波电路的基本原理：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其贮存能量，此时电流为i1，方向如图3-4中所示。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。此后，使V关断，电感L中贮存的能量向负载释放，电流为i2，方向如图3-4所示。可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反。稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即Ttu0L0d当V处于通态期间，uL=E；而当V处于断态期间，uL=-uo。于是：offoontUtE所以输出电压为：EEtTtEttU1ononoffono改变导通比，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当01/2时为降压，当1/21时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。Cuk斩波电路的基本原理：当V处于通态时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电流。当V处于断态时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。该电路的等效电路如图3-5b所示，相当于开关S在A、B两点之间交替切换。假设电容C很大使电容电压uC的脉动足够小时。当开关S合到B点时，B点电压uB=0，A点电压uA=-uC；相反，当S合到A点时，uB=uC，uA=0。因此，B点电压uB的平均值为CoffBUTtU（UC为电容电压uC的平均值），又因电感L1的电压平均值为零，所以CoffBUTtUE。另一方面，A点的电压平均值为ConAUTtU，且L2的电压平均值为零，按图3-5b中输出电压Uo的极性，有ConoUTtU。于是可得出输出电压Uo与电源电压E的关系：EEtTtEttU1ononoffono两个电路实现的功能是一致的，均可方便的实现升降压斩波。与升降压斩波电路相比，Cuk斩波电路有一个明显的优点，其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。7．试绘制Speic斩波电路和Zeta斩波电路的原理图，并推导其输入输出关系。解：Sepic电路的原理图如下：RVDa)Vi1L1C1uC1i2L2C2uouL1uL2ESepic斩波电路在V导通ton期间，uL1=EuL2=uC1在V关断toff期间uL1＝EuouC1uL2=uo当电路工作于稳态时，电感L1、L2的电压平均值均为零，则下面的式子成立Eton+(EuouC1)toff=0uC1tonuotoff=0由以上两式即可得出Uo=EttoffonZeta电路的原理图如下：RVDEVi1C1L1uoC2L2uL1uL2uC1在V导通ton期间，uL1=EuL2=EuC1uo在V关断toff期间uL1＝uC1uL2=uo当电路工作于稳态时，电感L1、L2的电压平均值均为零，则下面的式子成立Eton+uC1toff=0(EuouC1)tonuotoff=0由以上两式即可得出Uo=Ettoffon