現(xiàn)代電力電子技術作業(yè)

1、第一次作業(yè)1、電壓型和電流型開關器件的工作原理（1）電壓型（MOSFET、IGBT）：通過在控制端與公共端之間施加一定的電壓信號即可實現(xiàn)器件的導通或關斷的控制。實際上是該電壓信號在器件的兩個主電路端子之間產(chǎn)生可控的電場，進而來改變流過器件的電流大小和通斷狀態(tài)。MOSFET工作原理：導通條件：漏源電壓為正，柵源電壓大于開啟電壓。 關斷條件：漏源極電壓為正，柵源極電壓小于開啟電壓。IGBT工作原理：導通條件：集射極電壓為正，柵射極電壓大于開啟電壓； 關斷條件：柵射極電壓小于開啟電壓。（2） 電流型（SCR、GTO、GTR）：通過在控制端注入或抽出一定的電流實現(xiàn)器件的導通或關斷的控制。 SCR工作原

2、理：導通條件：正向陽極電壓，正向門極電壓； 關斷條件：必須使陽極電流降低到某一數(shù)值之下（約幾十毫 安）。兩種強迫關斷方式：電流換流和電壓換流。GTO工作原理：與普通晶閘管相同。開關速度高于普通晶閘管，di/dt承受 能力大于晶閘管。GTR工作原理：導通條件：集射極加正向電壓，基極加正向電流； 關斷條件：基極加負脈沖。2、 二極管的反向擊穿機理 反向擊穿：PN結(jié)具有一定的反向耐壓能力，但當反向電壓過大，超過一定限度，反向電流就會急劇增大，破壞PN結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)。 反向擊穿按照機理不同分為雪崩擊穿、齊納擊穿兩種形式。 雪崩擊穿：反向電壓增大，空間電荷區(qū)的電場強度增大，使從中性區(qū)漂移進入

3、空間電荷區(qū)的載流子被加速獲取很高動能，這些高能量、高速載流子撞擊晶體點陣原子使其電離(碰撞電離) ，產(chǎn)生新的電子空穴對，新產(chǎn)生的電子與空穴被加速獲取能量，產(chǎn)生新的碰撞電離，使載流子迅速成倍增加， 即雪崩倍增效應，導致載流子濃度迅速增加，反向電流急劇增大，最終PN結(jié)反向擊穿。 齊納擊穿：重摻雜濃度的PN結(jié)，一般空間電荷區(qū)很窄，空間電荷區(qū)中的電場因其狹窄而很強，反偏又使空間電荷區(qū)中的電場強度增加，空間電荷區(qū)中的晶體點陣原子直接被電場電離，使價電子脫離共價鍵束縛，產(chǎn)生電子空穴對，使反向電流急劇增加。3、 開通和關斷緩沖電路的基本類型有哪些（1） 根據(jù)緩沖電路的作用時刻，可將其分為關斷緩沖電路和開通緩

4、沖電路。如將關斷緩沖電路和開通緩沖電路結(jié)合在一起，則稱其為復合緩沖電路。關斷緩沖電路：又稱為du/dt抑制電路，用于吸收器件的關斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關斷損耗。開通緩沖電路：又稱為di/dt抑制電路，用于抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。（2） 根據(jù)組成緩沖電路的元件類型，可將其分為無源和有源緩沖電路。無源緩沖電路：由無源元件構成，如RC、RCD、LCD緩沖電路，無源緩沖電路不需要控制和驅(qū)動電路，所以電路簡單，在工程設計中得到廣泛應用。有源緩沖電路：不僅包含無源和有源元件，還包括一些控制電路和全控性開關器件的驅(qū)動電路，所以電路構成復雜。（3） 還可分

5、為耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路耗能式緩沖電路（如RC、RCD緩沖電路）：緩沖電路中儲能元件的能量消耗在其吸收電阻上。 饋能式緩沖電路（如LCD緩沖電路）：緩沖電路能將其儲能元件的能量回饋給負載或電源，也稱無損吸收電路。4、 開關器件驅(qū)動電路的基本要求基本要求： 改善器件動靜態(tài)性能：作為功率開關希望減小器件損耗，驅(qū)動電路應保證器件的充分導通和可靠關斷以降低器件的導通和開關損耗。 實現(xiàn)與主電路的電隔離：由于大多數(shù)主電路是高電壓格局，要求控制信號與柵極間無點耦合。 具有較強的抗干擾能力：目的是防止器件在各種外干擾下的誤開關，保證器件在高頻工況下可靠工作。 具有可靠地保護能力：當主電路或驅(qū)動電路自身

6、出現(xiàn)故障時，驅(qū)動電路應迅速封鎖輸出驅(qū)動信號并正確關斷器件以保證器件的安全。（1）電壓驅(qū)動型器件（電力MOSFET和IGBT）的驅(qū)動電路的基本要求 為快速建立驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路具有較小的輸出電阻。 使電力MOSFET開通的柵源極間驅(qū)動電壓一般取1015V，使IGBT開通的柵射極間驅(qū)動電壓一般取15 20V。 關斷時施加一定幅值的負驅(qū)動電壓（一般取-5 -15V）有利于減小關斷時間和關斷損耗。 在柵極串入一只低值電阻（數(shù)十歐左右） 可以減小寄生振蕩，該電阻阻值應隨被驅(qū)動器件電流額定值的增大而減小。（2）電流驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路的基本要求SCR觸發(fā)電路的基本要求： 觸發(fā)脈沖的寬度應保證晶閘管可靠

7、導通，比如對感性和反電動勢負載的變流器應采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。 觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度，對戶外寒冷場合，脈沖電流的幅度應增大為器件最大觸發(fā)電流的35倍，脈沖前沿的陡度也需增加，一般需達12A/us。 觸發(fā)脈沖應不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。 應有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。GTO觸發(fā)電路的基本要求：開通控制與普通晶閘管相似，但對觸發(fā)脈沖前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整個導通期間施加正門極電流，使GTO關斷需施加負門極電流，對其幅值和陡度的要求更高。GTR觸發(fā)電路的基本要求： 開通的基極驅(qū)動電流應使其處于準飽和導通狀態(tài)，使

8、之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)。關斷時，施加一定的負基極電流有利于減小關斷時間和關斷損耗，關斷后同樣應在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負偏壓。5、 半導體器件應用中需要哪些保護？都有什么手段？ 主要有四種保護：（1） 過電壓保護：電路保護法，器件法(RC保護、壓敏電阻、硒堆等）；（2） 過電流保護：電子保護電路法，器件保護法（熔斷器、斷路器、短路器等）；（3） di/dt保護：串電感，開通緩沖吸收。（4） du/dt保護：RC阻容保護，關斷緩沖吸收電路。6、 半導體器件的性能參數(shù)有哪些？說明其意義。（1）電力二極管 正向平均電流：指電力二極管長期運行時，在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用表示）和散

9、熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。 正向壓降：指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時對應的正向壓降。 反向重復峰值電壓：指對電力二極管所能重復施加的反向最高峰值電壓。 最高工作結(jié)溫：指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度。通常在125175范圍之內(nèi)。反向恢復時間：指二極管電壓反相后，結(jié)電容中存儲電荷耗盡所需時間。浪涌電流：指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個或幾個工頻周期的過電流。（2） 晶閘管斷態(tài)重復峰值電壓：是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復加在器件上的正向峰值電壓。反向重復峰值電壓：是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復加在器件上的反向峰值電

10、壓。通態(tài)（峰值）電壓：晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時的瞬態(tài)峰值電壓。通態(tài)平均電流：國標規(guī)定通態(tài)平均電流為晶閘管在環(huán)境溫度為40和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。維持電流：維持電流是指使晶閘管維持導通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安。擎住電流：擎住電流是晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導通所需的最小電流。浪涌電流：指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復性最大正向過載電流。斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt：在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。通態(tài)電流臨界上升率d

11、i/dt：在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。（3） GTO 最大可關斷陽極電流：用來標稱GTO額定電流。電流關斷增益：最大可關斷陽極電流與門極負脈沖電流最大值之比。開通時間ton：延遲時間與上升時間之和。關斷時間toff：一般指儲存時間和下降時間之和，而不包括尾部時間。（4） GTR電流放大倍數(shù)、直流電流增益、集電極與發(fā)射極間漏電流Iceo、集電極和發(fā)射極間飽和壓降Uces、開通時間ton 和關斷時間toff。最高工作電壓：GTR上所加的電壓超過規(guī)定值時，就會發(fā)生擊穿。集電極最大允許電流：規(guī)定直流電流放大系數(shù)下降到規(guī)定的1/21/3時所對應的Ic。集電極最大耗散功率：

12、指在最高工作溫度下允許的耗散功率。（5） MOSFET跨導Gfs、開啟電壓UT以及開關過程中的各時間參數(shù)。漏極電壓：標稱電力MOSFET電壓定額的參數(shù)。漏極直流電流和漏極脈沖電流幅值：標稱電力MOSFET電流定額的參數(shù)。柵源電壓：柵源之間的絕緣層很薄，>20V將導致絕緣層擊穿。極間電容：、和。漏源間的耐壓、漏極最大允許電流和最大耗散功率決定了電力MOSFET的安全工作區(qū)。（6） IGBT最大集射極間電壓：由器件內(nèi)部的PNP晶體管所能承受的擊穿電壓所確定的。最大集電極電流：包括額定直流電流和1ms脈寬最大電流。最大集電極功耗：在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。第二次作業(yè)1、 以單相PWM

13、整流電路為例，分析電路中各功率器件的導通狀態(tài)和電壓電流極性。說明其PWM整流電路的不同工作狀態(tài)。（1） 整流狀態(tài) 圖1：>0、T3通斷 圖2：>0、T2通斷 >0時。當T3導通，通過T3、D4向Ls儲能，直流側(cè)電容向負載供電；當T3關斷，Ls中儲存的能量通過D1、D4釋放, 與電源us一起向負載供電。當T2導通，通過D1、T2向Ls儲能，直流側(cè)電容向負載供電；當T2關斷，Ls中儲存的能量通過D1、D4釋放, 與電源us一起向負載供電。 圖3：<0、T1通斷 圖4：<0、T4通斷 <0時。當T1導通，通過D2、T1向Ls儲能，直流側(cè)電容向負載供電；當T1關斷，

14、Ls中儲存的能量通過D2、D3釋放, 與電源us一起向負載供電。當T4導通，通過T4、D3向Ls儲能，直流側(cè)電容向負載供電；當T4關斷，Ls中儲存的能量通過D2、D3釋放, 與電源us一起向負載供電。（2） 逆變狀態(tài)圖5 <0，>0時，T1、T4導通，；<0，<0時，T2、T3導通，。此時負載饋能, 與電源us一起向Ls儲能。圖6 >0，D1、T2或T3、D4導通；<0，D2、T1或T4、D3導通。電源沿短接，此時=0，儲能。負載R則依靠C0放電維持。（3） SVG狀態(tài)圖7通過控制MOS管的通斷，將直流側(cè)電壓逆變?yōu)榕c交流側(cè)電網(wǎng)電壓同頻的輸出電壓。當僅考慮基波

15、頻率時，SVG可等效為一個與電網(wǎng)同頻率的幅值和相位均可控的交流電壓源，改變的幅值及與的相位差，使得超前90°，從而使電路向交流電源送出無功功率。（4） 任意容性或感性運行圖8 類似于SVG運行狀態(tài)，通過對的幅值及與的相位差的控制，可以使超前或滯后任一角度，從而使電路工作在任意容性或感性狀態(tài)。2、 PWM整流電路的間接電流和直接電流控制的原理和特點。(1) 間接電流控制圖9 間接電流控制系統(tǒng)結(jié)構圖原理：直流給點電壓與實際的直流電壓比較后送入PI調(diào)節(jié)器，經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到與交流輸入電流的幅值成正比的直流電流指令信號。上面的乘法器是乘以與交流輸入電壓同相位的正弦信號，再乘以電阻，得到交流輸入電

16、流在上的壓降。下面的乘法器是乘以比網(wǎng)測電壓超前90°的余弦信號，再乘以電感的感抗，得到交流輸入電流在上的壓降。交流輸入電壓減去和得到，用該信號與三角載波比較后得到PWM開關信號，進而控制整流橋得到需要的控制效果。特點：簡單易實現(xiàn)；基于系統(tǒng)的靜態(tài)模型設計，其動態(tài)特性較差。在信號運算過程中用到電路參數(shù)Ls和Rs，當Ls和Rs的運算值和實際值有誤差時，會影響到控制效果。(2) 直接電流控制圖10 直接電流控制系統(tǒng)結(jié)構圖原理：直流給點電壓與實際的直流電壓比較后送入PI調(diào)節(jié)器，經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到與交流輸入電流的幅值成正比的直流電流指令信號。與交流輸入測量電壓相乘得到交流電流的指令信號。該指令信號和

17、實際交流電流信號比較后，通過滯環(huán)對各開關器件進行控制，便可使實際交流輸入電流跟蹤指定值。特點：直接電流控制結(jié)構簡單，電流調(diào)節(jié)響應快，控制運算中未使用電路參數(shù)，系統(tǒng)對擾動魯棒性好。3、 畫出一個全橋高頻同步整流電路原理圖，說明工作原理。圖11 單相全橋同步整流電路原理圖工作原理：（1） >0時，MOS1和MOS4開通（門極和源極均為高電平），MOS2和MOS3關斷（門極和源極均為低電平）。MOS1負載MOS4構成回路。（2） <0時，MOS2和MOS3開通（門極和源極均為高電平），MOS1和MOS4關斷（門極和源極均為低電平）。MOS2負載MOS3構成回路。4、 說明SR倍流同步整流

18、電路（驅(qū)動）工作原理。 工作原理：（1）圖12 us>0時SR倍流電路電流流向 當us>0時，VF2的門極和源極均為高電平，其導通；VF1的門極和源極均為低電平，其關斷。 isL1負載VF2 構成回路(電源供能,L1儲能)；同時,L2經(jīng)負載VF2構成回路釋能,有is= iL1,iL=iL1+iL2。（2）圖13 us<0時SR倍流電路電流流向 當us<0時，VF1的門極和源極均為高電平，其導通；VF2的門極和源極均為低電平，其關斷。 isL2負載VF1 構成回路(電源供能,L2儲能)；同時,L1經(jīng)負載VF1構成回路釋能,有is= iL2,iL=iL1+iL2。5、 提高

19、整流電路的功率因數(shù)還有什么措施？ 提高晶閘管相控整流電路功率因數(shù)的措施有：（1）小觸發(fā)（控制）角運行；（2）采用兩組對稱的整流器串聯(lián)；（3）增加整流相數(shù)；（4）設置補償電容；（5）采用不可控整流加直流斬波器調(diào)壓。第三次作業(yè)1、 單相雙管型斬波交流調(diào)壓分為有電流檢測和無電流檢測兩種，說明各自工作原理和特點。（1） 無電流檢測的非互補控制方式 圖1 單相雙管型斬波交流調(diào)壓電路 圖2 無電流檢測的電路時序圖工作原理：us正半周，VT2G、VT4G 恒為正值，VT3G 0，VT1G為PWM脈沖。VT1導通時，is經(jīng)VT1VD2負載Z構成回路。VT1關斷時，i0經(jīng)VT4VD3負載Z續(xù)流，或經(jīng)ZVT2VD

20、1向電源回饋。us負半周,則VT1G、VT3G恒為正值, VT4G0, VT2G為PWM脈沖。VT2導通時，is經(jīng)負載ZVT2VD1構成回路,。VT2關斷時，i0經(jīng)VT3VD4負載Z續(xù)流，或經(jīng)ZVT1VD2向電源回饋。特點：感性和容性負載時，u0會出現(xiàn)“失控區(qū)”。（2） 有電流檢測的非互補控制方式 圖3 有電流檢測的電路時序圖工作原理：在u0與i0同極性區(qū)域，控制信號時序分布與無電流檢測的相同, 非同極性區(qū)域則有差異。如u0過零反向, i0仍>0區(qū)域,VT2G0,VT4G為PWM脈沖列,VT4G=0時,i0經(jīng)VT1VD2負載Z構成回路,向電源回饋能量,此時u0=us。VT4G>0時

21、,i0經(jīng)VT4VD3負載Z續(xù)流,此時u0 =0。因此,u0的波形與阻性負載的波形相同。特點：非阻性負載時輸出電壓電流波形與阻性負載時相同，消除了失控現(xiàn)象。2、 畫出由18個開關管組成的三相矩陣式直接交流變換器電路，描述工作原理。 圖4 矩陣式變頻電路a) 主電路拓撲 b) 一個開關單元 c)三相輸入相電壓構造輸出相電壓工作原理：用圖4a中第一行的3個開關S11、S12和S13共同作用來構造u相輸出電壓uu，就可利用圖4c的三相相電壓包絡線中所有的陰影部分。對三相交流電壓進行斬波控制，即進行PWM控制。理論上所構造的uu 的頻率可不受限制，但其最大幅值僅為輸入相電壓幅值的0.5倍。u相輸出電壓u

22、u 和各相輸入電壓的關系為：式中、和為一個開關周期內(nèi)開關S11、S12、S13的導通占空比，且。在不同開關周期中采用不同占空比，即可得到與三相輸入電壓頻率和波形都不同的u相輸出電壓。同樣的方法控制上圖矩陣的第2行和第3行各開關，可以得到類似于u相的表達式。把這些公式合寫成矩陣形式，即，其中是調(diào)制矩陣，它是時間的函數(shù)，每個元素在每個開關周期中都是不同的。求得調(diào)制矩陣，就可得到所希望的三相輸出電壓。3、 單相單管型斬波交流調(diào)壓如下圖，說明其中交流輸入端電感和電容的作用。圖5 單相單管型斬波交流調(diào)壓電路Ls和Cs組成低通濾波器，可濾除交流側(cè)電流中的高次諧波。由上式可見，交流側(cè)電流除基波外，還含有(k

23、N±1)次諧波。提高載波比N可使最低諧波次數(shù)(N1次)提高，有利于輸入濾波。若考慮載波比N>>1, 在輸入側(cè)附加合適的小容量低通濾波Ls、Cs,使其截止頻率s小于us、is中的最低次諧波(N1)，即s<(N1)，則可濾除交流側(cè)電流中的諧波。4、 分析單相雙管型斬波交流調(diào)壓電路在感性負載時的工作特性。存在什么問題？如何改進？ 圖6 單相雙管型斬波交流調(diào)壓電路及其時序圖感性負載的i0滯后于u0，在u0與i0不同號區(qū)域, 如u0過零反向, i0仍>0, 電流經(jīng)VT1VD2負載Z構成回路,保持原來的方向，向電源回饋能量, 直到i0也過零反向。在這段時間,電路狀態(tài)保持不

24、變, u0=us如圖中所示, 出現(xiàn) 失控區(qū)”。 為消除非阻性負載的失控現(xiàn)象, 可采用有電流檢測的非互補控制方式，根據(jù)電壓和電流的極性來決定控制信號的時序分布。具體控制方式見1中（2）有電流檢測的非互補控制方式。第四次作業(yè)1、 查閱資料，說明隔離型（有變壓器）Cuk變換器的基本電路，工作原理和基本特點。其工作原理同Cuk型變換器原理是一樣的。當S導通時，Ui對L1充電。當S斷開時，Ui+EL1對C11及變壓器原邊放電，同時給C11充電，電流方向從上向下。附邊感應出脈動直流信號，通過VD對C12反向充電。在S導通期間，C12的反壓將使VD關斷，并通過L2、C2濾波后，對負載放電。 C11,Cl2的

25、作用是變壓器初、次級繞組均無直流流過。C12是用于傳遞能量的，所以Cuk電路是電容傳輸變換電路。磁心在兩個方向磁化，不需要加氣隙，體積可以做得很小。可以進行升降壓，輸入電源電流和輸出負載電流均連續(xù)。2、 分析Boost-QRC的四個工作階段的電路狀態(tài)。BoostZVS QRC BoostZVS QRC(半波模式)電路拓撲 BoostZVS QRC(半波模式)主要工作波形 (t0t1) (t1t2) (t2t3) (t3t4)BoostZVS QRC(半波模式)各開關狀態(tài)等效電路t0t1：t0時刻關斷VT，電流流過Cr對Cr進行恒流充電，線性增加直至；t1t2：導通，Lr與Cr諧振工作。諧振電感

26、電流從0開始增加，到達時刻,到達最大值。時刻后>，Cr開始放電，開始下降到時刻減小為0；t2t3：導通，將VT的電壓鉗在零壓，此刻VT可零壓導通。至 時，自然截止（時間很短），VT開通電流轉(zhuǎn)移到VT，此刻諧振電感Lr兩端的電壓為。到t3時刻，減小為0，自然截止；t3t4：諧振電感Lr和諧振電容Cr停止工作，經(jīng)VT續(xù)流，負載由輸出濾波電容提供能量。3、 查閱資料，了解軟開關PWM-DC/DC變換器的電路種類和特性。軟開關PWM-DC/DC變換器主要有ZVS-PWM、ZCS-PWM、ZVT-PWM、ZCT-PWM四種。 ZVS QRC的基本開關單 ZCS QRC的基本開關單元 ZVS MRC

27、的基本開關單元 ZVS-QRC、ZCS-QRC：準諧振電路中電壓或電流的波形為正弦半波，電路的開關損耗和開關噪聲都大大下降。但負面問題為：諧振電壓峰值很高，要求器件耐壓必須提高；諧振電流的有效值很大，電路中存在大量的無功功率的交換，造成電路導通損耗加大；諧振周期隨輸入電壓、負載變化而改變，因此電路只能采用脈沖頻率調(diào)制（PFM）方式來控制，變頻的開關頻率給電路設計帶來困難。 ZVS-PWM電路的基本開關單元 ZCS-PWM電路的基本開關單元ZVS、ZCSPWM與ZVS、ZCSQRC電路組成相似，區(qū)別是引入了一個可控元件（一般引入的可控元件, ZVSPWM則是與Lr相并聯(lián), ZCSPWM則是與Cr

28、相串聯(lián)）。通過引入的可控元件打斷電路原來的諧振進程，插入一段可控時間間隔，通過控制引入的可控元件的開通或關斷時間，改變這段時間間隔的長短，借以進行PWM輸出調(diào)節(jié)。電壓和電流基本上是方波，只是上升沿和下降沿較緩，開關承受的電壓明顯降低，電路可以采用開關頻率固定的PWM控制方式。 ZVT-PWM電路的基本開關單元 ZCT-PWM電路的基本開關單元ZVT、ZCTPWM將諧振電路元件與主開關管串聯(lián)改為相并，以減小由于諧振給電路帶來的電壓電流應力以及額外損耗。輸入電壓和負載電流對電路的諧振過程影響很小，電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)和從零負載到滿載都工作在軟開關狀態(tài)。電路中無功功率的交換被削弱到最小，這使得

29、電路效率進一步提高。4、 Buck-ZCT PWM工作原理和各狀態(tài)等效電路圖。 a） b）a） 初始狀態(tài)I0經(jīng)D0流通, uCr上負下正為負值；b） t0時刻VT近似零流開通(受Lr抑制), Lr、Cr經(jīng)D0諧振； c） d）c） iLr過零反向變負(自上而下為正方向), VD自然導通, VT可零壓關斷；d） 諧振至iLr=I0, D0零流截止, VT可近似零流開通； e） f）e） iLr反向過零變正(一個諧振周期), VD零流截止, D1自然導通, Lr、Cr經(jīng)D1、VT繼續(xù)諧振；f） iLr過零欲反向, D1零流截止, 諧振終止, I0經(jīng)VT流通, 電路以常規(guī)PWM方式運行, 時間長短取

30、決于占空比和電路頻率； g） h）g） VT再次近似零流開通, Lr、Cr經(jīng)E、VT構成諧振回路, 為VT零流關斷作準備；h） iLr過零反向變負, VD自然導通(VT可零壓關斷), Lr、Cr經(jīng)I0構成諧振回路, iLr反向, iVT； i） j）i） iLr=I0, VD自然導通, VT零流關斷, iLr反向至最大, 而后反向；j） iLr=I0, VD零流截止, iLr維持I0恒流向負載釋放能量, 這段時間很短暫； k） l）k） uCr= 0 , D0自然導通, Lr、Cr再次諧振；l） iLr反向過零欲變正, VD零流截止, 整個諧振結(jié)束, uCr恢復到初值, I0經(jīng)D0流通,電路恢

31、復到初始狀態(tài)。5、 分析Buck-ZVT PWM工作原理，畫出一個典型工作原理周期的相關電壓、電流波形。 t0前 t0t1t0前：VT, VT斷態(tài), uCr=E，i0I0(L0較大)經(jīng)D0續(xù)流；t0t1：t0時VT近似零流開通(受Lr抑制), iLr線性,iD0，t1時iLr= I0, iD0=0, D0自然截止； t1t2 t2t3t1t2：D0斷開，Lr、Cr諧振(Cr放電, uCr逐漸減小，iLr繼續(xù)增加儲能)。t2時刻，iLr=iLrmax、uCr=0；t2t3：Cr欲反向,VD導通,VT及Lr兩端電壓被鉗位在零, iLr=iLmax； t3t4 t4t5t3t4：t3時刻，VT零壓開

32、通, VT迅速關斷,。Lr經(jīng)Ca、D2釋能(由于VT、D2導通, Ca相當于并聯(lián)在VT兩端, VT近似零壓關斷), Lr的能量向Ca轉(zhuǎn)移(若Ca取值恰當, Lr全部能量轉(zhuǎn)移給Ca恰好使uCa= E。否則,若Ca取值偏大, uCa將達不到E,偏小則uCa=E后,多余能量會傳給負載)。t4時刻，iLr=0,D2零流截止。t4t5：電路為常規(guī)PWM電路，E經(jīng)VT向負載供電；t5t6t5t6：t5時刻，VT近似零壓關斷(Cr抑制), D3零壓導通(uCa=E)。E向Cr充電,Ca向負載放電。t6時刻，uCa=0, D0零壓導通, D3零壓截止, 回到初始狀態(tài)。Buck-ZVT PWM電路一個工作周期相

33、關電壓、電流波形6、 根據(jù)升壓型PFC原理結(jié)構圖，查閱資料說明每個環(huán)節(jié)的作用和實現(xiàn)原理。7、 PFC中的電流連續(xù)、電流斷續(xù)和臨界模式各有什么優(yōu)缺點？8、 說明PFC常用控制策略的基本原理和特性。9、 如何理解“降壓型PFC濾波困難、噪聲大、開關管電壓應力大以及控制驅(qū)動電平浮動”？BUCK PFC電路降壓式電路的輸入電流不連續(xù)，造成濾波困難；在高頻情況下開關損耗急劇增大、電路轉(zhuǎn)換效率降低、電磁噪聲增加；工作過程中開關管所承受的最大電壓為輸入電壓的最大值，造成電壓應力大；開關管門極驅(qū)動信號地與輸出地不同，導致控制驅(qū)動電平浮動、驅(qū)動較復雜。10、 在APFC的常規(guī)控制方式中，DCM和CCM模式的實現(xiàn)

34、手段都有哪些？為什么說平均電流方式在DCM和CCM模式下均適用？DCM模式控制方式：恒頻控制方式、恒導通時間控制方式；CCM模式控制方式：平均電流型、峰值電流型、滯環(huán)電流型、單周期控制。因為平均電流方式是迫使電感電流iL的平均值跟蹤電流基準而接近正弦, 并與輸入電壓同相位，所以其在DCM和CCM模式下均適用。11、 根據(jù)電路原理圖和基本波形分析APFC的單周期控制方式的工作原理和工作過程。 工作原理：由知，若在任一開關周期都設法保證是一個純電阻，就實現(xiàn)了對的線性跟蹤，達到功率因數(shù)校正目的。又因為，兩邊同乘以RS（電流取樣電阻）得，在電路整個工作過程中，保證和基本恒定不變, 就可使為純電阻, 實

35、現(xiàn)了對的線性跟蹤。為了保證電路整個工作過程中和基本恒定不變, 可使輸出端的電容足夠大恒定不變。輸出電壓經(jīng)電阻分壓得到的采樣值與輸出電壓基準比較后, 其差值通過PI調(diào)節(jié)得到(引入PI調(diào)節(jié)目的利用其無差調(diào)節(jié)功能維持Vo恒定)，目的是保證與期望輸出的差值為零, 進而使在電路整個工作過程中也基本保持恒定。工作過程： 當每個時鐘脈沖到來時，RS觸發(fā)器的Q端輸出正脈沖使開關VQ導通上升。同時復位開關S關斷，積分器開始對積分輸出。與積分器輸出相減, 其差值與進行比較，兩者相等時, 比較器翻轉(zhuǎn)并輸出負脈沖使得開關VQ關斷下降。同時開關S導通使積分器復位置零, 為下一周期做好準備。下一周期同樣，周而復始。12、

36、 CCM、DCM兩種方式控制中一般都用乘法器，說明乘法器功能。舉例說明。乘法器的功能：調(diào)節(jié)直流電壓；進行功率因數(shù)校正，提高交流側(cè)PF值。 如上圖在CCM電流控制模式中：將直流電壓給定信號和實際直流電壓比較后進行電壓調(diào)節(jié)，將電壓調(diào)節(jié)的輸出和整流后的正弦半波電壓信號相乘得到直流電流的基準信號，該基準信號和實際直流電感電流信號比較后進行電流調(diào)節(jié)，電流調(diào)節(jié)輸出通過PWM發(fā)生器產(chǎn)生PWM脈沖對開關管進行控制，便可使輸入直流電流跟蹤指令值，這樣交流側(cè)電流波形將近似成為與交流電壓同相的正弦波，使得交流側(cè)PF值接近于1。13、 除去單端正激和單端反激之外，間接DC-DC變換器還有哪些基本類型？畫出電路結(jié)構。除

37、去單端正激和單端反激之外，間接DC-DC變換器還有半橋型電路、全橋型電路、推挽型電路。 半橋型電路 全橋型電路推挽型電路第五次作業(yè)1、 單相電壓型逆變器，阻感性負載，分析其一個工作周期的電壓電流波形和各管子工作狀態(tài)。方波逆變： 單相電壓型逆變電路 單相電壓型逆變電路工作波形工作狀態(tài)：、T1、T4通，,>0且逐漸增大，直流側(cè)向負載提供能量；、D2、D3通，,>0且逐漸減小，負載側(cè)電感將將吸收的無功能量反饋回直流側(cè)；、T2、T3通，,<0且逐漸增大，直流側(cè)向負載提供能量；、D1、D4通，,<0且逐漸減小，負載側(cè)電感將將吸收的無功能量反饋回直流側(cè)。2、 單相全橋逆變器，串聯(lián)負

38、載諧振型負載電路。試分析逆變器的各功率管的工作狀態(tài)。串聯(lián)諧振單相全橋逆變電路第一階段：首先觸發(fā)晶閘管SCR1、SCR4,電流通過正端流入,經(jīng)過SCR1、串聯(lián)振蕩負載、SCR4,再由負端流出,此時補償電容C充上了左正右負的電壓。 第二階段：由于電流波形為正弦波,當電流反向的時候,電流就通過與SCR1、SCR4同橋臂的續(xù)流二極管D1、D4續(xù)流,同時給SCR1、SCR4加上了反壓,使SCR1、SCR4關斷。 第三階段：經(jīng)過一段時間,當SCR1、SCR4完全關斷后,同時觸發(fā)晶閘管SCR2和SCR3。此時由于晶閘管SCR2、SCR3兩端均加有正壓,因此馬上就能導通。電容C通過續(xù)流二極

39、管D1、晶閘管SCR2回路和續(xù)流二極管D4、晶閘管SCR3回路放電。當電容C放電完成后,續(xù)流二極管D1、D4中不再通過電流,整個回路電流走向為:正端流入,經(jīng)過SCR2、串聯(lián)振蕩負載、SCR3,負端流出。電容C開始反向充電,充上左負右正的電壓。第四階段：當電流再一次反向時,電流將通過續(xù)流二極管D2、D3續(xù)流,同時給SCR2、SCR3加上反壓,使晶閘管SCR2、SCR3關斷。 第五階段：當SCR2、SCR3 關斷后,觸發(fā)SCR1、SCR4,電容C通過D2、SCR1回路和D3、SCR4回路放電。當電容C放電完成后,續(xù)流二極管D2、D3中不再通過電流,整個回路電流走向為:正端流入,

40、經(jīng)過SCR1、串聯(lián)振蕩負載、SCR4,負端流出。電容C開始充電,充上左正右負的電壓。 以后開始重復以上過程。3、 電壓型逆變器與電流型逆變器的區(qū)別有哪些？從結(jié)構和特性等方面闡述。7、電壓型逆變器和電流型逆變器各有什么特點？、直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)大電容相當于電壓源，直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗；、由于直流電壓源的鉗位作用，交流輸出電壓為矩形波且與負載阻抗角無關，而交流輸出電流波形和相位因負載阻抗不同而不同；、當交流側(cè)為阻感負載時需提供無功功率，直流側(cè)電容起到緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管；、電壓型逆變器同一橋路的上

41、下橋臂換相之間需留一定死區(qū)時間以防橋路短路。電流型逆變器：、直流側(cè)為恒流源,或串聯(lián)大電感相當于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗；、交流輸出電流為矩形波，與負載阻抗角無關。輸出電壓波形和相位因負載阻抗不同而不同；、對于阻感負載一般需并聯(lián)電容以提供負載所需無功，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。因為反饋無功能量時直流電流不反向，因此不必給開關器件反并聯(lián)二極管；、開關管一般需串聯(lián)二極管以增強抵御反壓能力，且一般需串聯(lián)小電感以防止開關管換相時過大的di/dt。電流型逆變同一橋路的上下橋臂換相之間需有一定重疊時間以防負載開路。、控制則與電壓源型類似，只是電壓源型主要控制電壓波形，電流源型則主要控制電流波形。4、 圖示描述說明全橋移相電壓型逆變器的工作原理。單相電壓型逆變電路單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式工作波形 移相電壓型逆變器的工作原理為，通過調(diào)節(jié)(移相臂滯后固定臂的角度)來改變輸出電壓波形、從而改變輸出電壓基波有效值，實現(xiàn)橋內(nèi)調(diào)壓和輸出功率的調(diào)節(jié)。其具體工作過程為：、T1、T4通，,>0且逐漸增大，直流側(cè)向負載提供能量；、T4、D3通，,>0且逐漸減小，負載側(cè)續(xù)流；、D2、D3通，,>0且逐漸減小，負載側(cè)向直流側(cè)回饋能量；、T2、T3通，,<0且逐漸增大，直流側(cè)向負載提供能量；、D1、T2通，,&