第5章直流直流开关型变换器习题答案.docx
- 文档编号:3063948
- 上传时间:2022-11-17
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:695.75KB
第5章直流直流开关型变换器习题答案.docx
《第5章直流直流开关型变换器习题答案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第5章直流直流开关型变换器习题答案.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第5章直流直流开关型变换器习题答案
第5章直流-直流开关型变换器习题
第1部分:
简答题
1.开关器件的导通占空比是如何定义的?
直流-直流开关型变换器有哪几种控制方式,各有何特点?
其中哪种控制方式最常用,为什么?
答:
导通占空比被定义为开关期间的导通时间占工作周期的比值,即Dton,
Ts
直流-直流开关型变换器有三种控制方式:
1)脉冲宽度调制PWM,特点为:
周期不变,通过改变导通时间来调节占空比。
2)脉冲频率调制PFM,特点为:
导通时间不变,通过改变周期来调节占空比。
3)混合型调制,特点为:
导通时间和周期均可改变,来调节占空比。
其中PWM最常用,因为载波(开关)频率恒定,滤波器设计较容易,且有利于限制器件的开关损耗。
2.画出带LC滤波的BUCK电路结构图。
并回答下列问题:
实用的BUCK电路中为什么要采用低通滤波器?
为什么要接入续流二极管?
设计滤波器时,滤波器的转折频率应如何选取,为什么?
答:
带LC滤波的BUCK电路结构图如下:
1)实用Buck电路采用低通滤波器可以滤除高次谐波,使输出电压更接近直流。
2)续流二极管的作用是:
当开关VT断开时,构成续流回路,释放电感储能。
3)滤波器的转折频率fc应远小于开关频率fs,以滤除输出电压中的高次谐波
3.画出BOOST电路结构图,并简述BOOST电路中二极管和电容的作用
答:
BOOST电路结构图如下:
二极管的作用:
规定电流方向,隔离输出电压
电容的作用:
在开关断开期间,保持负载电压
4.简述稳态电路中电感和电容上电压、电流的特点,并分析其物理意义
答:
1)稳态时,电感上的电压在1个周期上平均值为零,即伏秒平衡。
物理意义是:
稳态时电感中磁通在1个周期内净变化量为零。
2)稳态时,电容上的电流在1个周期上平均值为零,即安秒平衡。
物理意义是:
稳态时电容上电荷在1个周期内净变化量为零
5.为什么BUCK电路可以看作是直流降压变压器,而BOOST电路可以看作是直流升压变压器?
这种变换器与真正的变压器相比有何异同之处?
答:
1)因为在连续导通模式下,Buck和BOOST电路都可以通过调节占空比D,使变压比Uo/Ud在
0~1和大于1的范围内连续调节,因此从变压角度看,可将它们视为直流降压变压器和升压变压器。
2)和真正变压器相比,相同之处在于:
Uo/Ud,Io/Id的表达式相同不同之处在于:
对于Buck电路,尽管平均电流Id与Io之间也符合变压器的变比关系,但id瞬时值不是直流,含有与开关频率有关的脉动量。
BOOST电路不能空载工作。
6.关于输出电压的脉动,回答下列问题:
1)输出电压的脉动率是如何定义的?
2)其它条件不变时,电容值的变化对输出电压的脉动率的大小有何影响,并定性地分析产生这种影响的原因?
3)其它条件不变时,器件开关频率的变化对输出电压的脉动率的大小有何影响,并定性地分析产生这种影响的原因?
4)以BUCK电路为例,说明如何进行合理的设计,以保证较小的输出电压的脉动率。
答:
2)电容值越大,输出电压脉动率越小。
理由是:
电容越大,滤波效果越好,V0越小,使输出电压脉动率减小
3)器件开关频率越高,输出电压脉动率越小。
理由是:
开关频率越高,输出电压中包含的高次谐波的频率越高,经电容滤波后衰减越大,则V0越小,使输出电压脉动率减小。
4)BUCK电路在连续导通模式下,输出电压脉动率为:
Vo1Ts2(1D)
Vo8LC
可见,合理选择LC,即使可LC足够大,则可保证足够小的输出电压的脉动率
7.什么是寄生元件效应,该效应对BOOST电路的变压比有何影响?
从控制角度,应如何减小寄生效应的不良影响。
答:
1)电感,电容,开关,二极管等元件上的损耗产生了寄生元件效应,当D接近1时,实际
的变压比有所下降。
2)应用时,一般要限制占空比D使其不要过大,以使寄生效应不明显。
8.关于DC-DC可逆变换器(斩波电路),回答下列问题:
1)简述为什么BUCK电路和BOOST电路只能工作于输出特性Vo-Io平面中的一个象限中。
2)什么是可逆斩波电路?
简述可逆斩波电路的种类,并结合其电路结构的特点说明其为什么能实现可逆运行。
3)在桥式DC-DC变换器中,为什么每个桥臂中的两个器件通常工作在互补开关方式下?
每个桥臂中的两个器件在其开关过程中为什么要设置死区时间?
4)全桥DC-DC变换器通常采用哪两种控制方式,它们的控制效果有何差别?
答:
1)BUCK电路和BOOST电路输出电流是单方向的,电压也不能反向,故只能工作于输出特性
V0-I0平面中的一个象限内。
2)电能可以双向流动的斩波电路叫可逆斩波电路。
可逆斩波电路分为半桥可逆斩波电路,全桥可逆斩波电路。
下面以半桥可逆斩波电路(如下图所示)为例,说明其可逆运行的原理。
半桥可逆斩波电路可看作是降压斩波电路和升压斩波电路的组合。
其中V1和VD1构成降压斩
波电路,向负载输出电能。
V2和VD2构成升压斩波电路,将负载上电能反馈回直流电源。
这样就实现了可逆运行。
3)每个桥臂中的两个器件通常工作在互补开关方式下,是为了使同一桥臂的上下两个开关不会同时断开,这样可以保证负载电流是连续的。
在理想情况下,两个开关不会同时断开。
而实际应用中,在开关过程中,为避免同一桥臂的上下两个开关,在开关状态切换的瞬间造成桥臂直通和直流电源瞬间短路,需要设置死区时间,即在切换瞬间2个器件均处于关断状态。
4)全桥DC-DC变换器通常采用双极性PWM控制和单极性PWM控制两种控制方式。
①单极性PWM输出电压的频率必双极性PWM提高了1倍。
(在开关频率fs相同时)
②单极性PWM输出电压的脉动幅度,由双极性降低了一半。
总之,单极性控制下输出电压的频率高,脉动小,有利于滤波器的设计。
第2部分:
画图及计算题
1.在图5-1所示的降压斩波电路中,已知E=200V,R=10Ω,L值极大(表示电感电流连续平直),EM=30V,Ts=50μs,ton=20μs,回答下列问题:
1)计算输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io,输入电源的电流平均值Iin。
2)时间轴彼此对应地画出如下波形:
输出电压uo,电感上电压uL和电流iL,,器件V上电流iv和电压uv,二极管VD上电流id和电压uVD。
(电压的正方向如图中所示,电流正方向与对应电压相同)
3
)计算器件V上电流平均值IdV和有效值IV;二极管VD上电流平均值IdVD和有效值IVD。
输出电流平均值I0UoREM5A
输入电源的电流平均值IinDIo2A
3)
器件V上电流平均值
2.在图5-2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Ts=40μs,ton=25μs时,回答下列问题:
1)计算输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io,输入电源的电流平均值I1。
2)时间轴彼此对应地画出如下波形:
电感上电压uL和电流iL,器件V上电流iv和电压uv,二极管VD上电流iVD和电压uVD。
(电压的正方向如图中所示,电流正方向与对应电压相同)
3)计算电感上的电流平均值IdL,器件V上电流平均值IdV和有效值IV;二极管VD上电流平均值IdVD和有效值IVD。
uL
uVD
uV
图5-2
解:
3)电感上的电流平均值IdLI117.8A
3.如图5-3所示降压斩波电路,设输入电压E=200V,电感L是100μH,电容C无穷大,输出接10Ω的电阻,电路的工作频率是50KHz,全控器件导通占空比为0.5,回答下列问题:
1)计算输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io。
2)画出器件V上电流iv波形,并计算流过器件V的峰值电流。
3)为了将器件V的峰值电流减小为输出直流电流Io的110%,应改变什么参数,它的取值是多少?
解:
1)输出电压平均值U0DE100V,输出电流平均值I0U010AR
2)电感L上电流是一条围绕平均值io的折线,如下图所示,器件V上电流iv是上升部分。
1
12iLI01.1I0iL0.2I
U0
L
gton
0.2Io
4
L5104H500uH
4.在图5-4所示的升降压斩波电路中,已知E=100V,L值和C值极大,R=10Ω,采用脉宽调制控制方式,当Ts=40μs,回答下列问题:
1)要求输出电压Uo在50V~150V之间调节时,计算占空比的变化范围。
2)占空比为0.5时,计算输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io。
并画出如下波形:
电感上电压uL,开关V上电流i1,及二极管VD上电流i2的波形。
3)在2)题的条件下,计算开关V上电流平均值IdV和有效值IV;二极管VD上电流平均值IdVD和有效值IVD。
4
图5-4
解:
5.图5-5为全桥DC-DC变换器,E=200V,EM=50V,R=5Ω,L值极大,采用双极性PWM控制,器件的开关控制信号通过给定信号与三角波相比较而生成,如图5-6所示。
回答下列
问题:
1)在图5-6基础上,时间轴对应地画出器件V1~V4驱动信号的波形(高电平表示开通,低电平表示关断),及变换器输出电压uo的波形。
2)假设负载电流Io为正且平直连续,分别写出当器件V1上施加开通和关断控制信号时,负载电流的路径。
(要注意器件上施加开通控制信号后,它是否能够导通,取决于负载电流的方向)
3)假设负载电流Io为负且平直连续,分别写出当器件V1上施加开通和关断控制信号时,负载电流的路径。
4)vcontrol0.5V?
tri时,计算V1器件驱动信号的占空比,输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io,输入电源的电流平均值Iin。
图5-5
图5-6
解:
1)V1~V4驱动信号的波形(及变换器输出电压uo的波形。
2)假设负载电流Io为正且平直连续,
当器件V1上施加开通控制信号时,负载电流的路径:
E+→V1→负载→V4→E-
当器件V1上施加关断控制信号时,负载电流的路径:
E-→VD1→负载→VD4→E+
3)假设负载电流Io为负且平直连续,
当器件V1上施加开通控制信号时,负载电流的路径:
E-→VD3→负载→VD2→E+
当器件V1上施加关断控制信号时,负载电流的路径:
E+→V3→负载→V2→E-
4)vcontrol0.5V?
tri时,t1vcontrolTs
1
18Ts,
ton
2t112Ts
4Ts
V
tri4
V1器件驱动信号的占空比
DV1
t13ton4
输出电压平均值U0(2D
1)E
100V
输出电流平均值IU0EM
100
50
10A
0
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 直流 开关 变换器 习题 答案