直流-直流变换电路习题

一、问答题5-1、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（Cuk）斩波电路。降压斩波电路是输出电压的平均值低于输入电压的变换电路。它主要用于直流稳压电源和直流电机的调速。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的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，但输入端电流波纹小，输出直流电压平稳，降低了对滤波器的要求。5-2、简述图3-1基本降压斩波电路的工作原理。输出电压电流波形。答：0t时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压Eu0，负载电流0i按指数曲线上升。1tt时控制V关断，二极管VD续流，负载电压0u近似为零，负载电流呈指数曲线下降。通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。5-3、根据下图简述升压斩波电路的基本工作原理。（图中设：电感L、与电容C足够大）输出电流波形答：当V处于通态时，电源E向电感L充电，设充电电流为i1，L值很大，i1基本恒定，同时电容C向负载供电，C很大，使电容器电压u0基本不变，设V处于通态的时间为ton，在ton时间内，电感L上积蓄的能量为EI1ton；图3-2基本升压斩波电路图3-1基本降压斩波电路当V处于断态时，E与L同时向电容充电，并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为toff，在toff时间内L释放的能量为（U0-E）I1toff，在一周期内L积蓄的能量与释放的能量相等。可求得：EtTUoff0。分析不难看出该斩波电路是升压斩波电路。5-4、简述升降压斩波电路的基本工作原理。答：升降压斩波电路的电路及输出电压电流波形如下图。其工作原理为：V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1。同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电。V断时，L的能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。5-5、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T1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0I；当开关管T1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：iDUNNU120。反激变换器：当开关管V1导通，输入电压Ui便加到变压器T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VD1截止，次级N2中没有电流流过。当V1截止时，N2中的感应电动势极性上正下负，二极管VD1导通。在V1导通期间储存在变压器中的能量便通过二极管VD1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iUDDNNU11205-6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N1上的电压约等于输入电压Ui。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。5-7、试比较Buck电路与Boost电路的异同。答；相同点：Buck电路和Boost电路都以主控型电力电子器件（如GTO，GTR，P-MOSFET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电路在开关管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E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。5-8、试简述Buck-Boost电路与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。三、计算题3-1、在Boost升压斩波电路中，已知E=50V，负载电阻R=20Ω，L值和C值极大，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U0，输出电流平均值I0。解：VEtTUoff133502540400；ARUI67.620133003-2、在下图的Buck降压斩波电路带电动机反电动势负载中，已知E=200V，R=10Ω，L值极大，EM=30V。采用脉宽调制控制方式，当T=50μs，ton=20μs时，计算输出电压平均值U0，输出电流平均值I0。解：VETtUon8020050200；AREUIM5103080003-3、在Boost变换电路中，已知E=50V，L值和C值较大，R=20Ω，若采用脉宽调制方式，当T=40μs，ton=20μs时，计算输出电压平均值U0和输出电流平均值I0。解：EtttUoffoffon0＝V100502040；由于Ｌ和Ｃ的值都比较大，ARUI520100003-4、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E=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EDDU10－，则31105500EUUD（注意VU50）（2）VEDU1510)31(1111C1（3）sDTt67.610501313on，sTDt34.131050132)1(3off