《電力電子技術(shù)》習(xí)題參考答案

電力電子技術(shù)POWERELECTRONICS習(xí)題答案主編阮新波參編：劉福鑫陳新陳杰機械工業(yè)出版社第1章緒論1-1電力電子技術(shù)的定義是什么？請用倒三角圖來表示電力電子技術(shù)與電子、電力和控制學(xué)科之間的關(guān)系。答：電力電子技術(shù)是一種電力變換技術(shù)，它利用功率半導(dǎo)體器件對電能進行高效變換,包括對電壓、電流、頻率和波形等的變換，以滿足各種不同用電設(shè)備的需求。電力電子技術(shù)與電子、電力和控制之間的關(guān)系如下圖所示：圖解1-11-2電力電子變換器有哪幾種類型？各實現(xiàn)什么功能？答：1)電力電子變換器有四種類型，如下表所示：表1-1電力電子變換器的分類出輸入^直流交流直流直流變換器逆變器交流整流器交交變頻器2)直流變換器(DC-DCConverter)是將一種直流電轉(zhuǎn)換成另一種或多種直流電的變換器；逆變器(DC-ACInverter)是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷淖儞Q器，又稱直交變換器；整流器(AC-DCRectifier)是將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷淖儞Q器，又稱交直變換器；交交變頻器。04(3?5^10-(：026116。是將--種頻率的交流電直接轉(zhuǎn)換成另一種

頻率或可變頻率的交流電，或是將頻率變化的交流電直接轉(zhuǎn)變?yōu)楹愣l率交流電的變換器。1-3電力電子技術(shù)誕生的標志是什么？答：1957年，美國通用電氣公司研制出第一只晶閘管(Thyristor),標志著電力電子技術(shù)的誕生。1-4請結(jié)合電力電子器件的發(fā)展，簡要敘述電力電子技術(shù)的發(fā)展歷史。答:如下圖，文字敘述略。答:如下圖，文字敘述略。電子管問世史前期(黎明期)電子管問世史前期(黎明期)人晶閘管問世 全控型器件 GaN器件SiCMOSFET (電力電子元年)發(fā)展迅速 SiC二極管問世問世晶體管誕生 , A x問世/ /1rziIII/乙I19()419301947 19571970 1980 1990 20019()419301947 19571970 1980 1990 200220102011 2020時間(年份)v

水銀(汞弧)

整流器時代晶閘管時代1 V IGBT出現(xiàn)

功率集成器件寬禁帶器件

發(fā)展階段1-5請舉例說明電力電子技術(shù)的應(yīng)用。答：(1)一般工業(yè)應(yīng)用：直流、交流傳動系統(tǒng)，電解鋁、電解食鹽水、電鍍等整流電源，冶金工業(yè)中的感應(yīng)加熱電源、淬火電源和直流電弧爐電源等。(2)電力系統(tǒng)：高壓直流輸電(HVDC)、柔性交流輸電(FACT)、靜止無功補償裝置(SVC)、靜止無功發(fā)生器(SVG)、有源電力濾波器(APF)、動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器(DVR)等。(3)電氣化交通：軌道交通牽引系統(tǒng)、輔助變流器，磁懸浮列車的電力電子裝置，電動汽車驅(qū)動裝置以及充電樁、艦船綜合電力系統(tǒng)、多電/全電飛機的電源變換裝置等。(4)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)：數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)、不間斷電源(UPS)、服務(wù)器電源等等。(5)新能源發(fā)電：光伏并網(wǎng)逆變器、風力發(fā)電變流器、儲能變流器等。(6)電子電器：LED照明驅(qū)動電源，空調(diào)、洗衣機等變頻驅(qū)動電源，電視、音響設(shè)備等供電電源，筆記本電腦、智能手機等適配電源，自動化設(shè)備的供電電源等。第2章相控整流電路2-1晶閘管的導(dǎo)通條件是什么？如何使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷？答：（1）晶閘管的導(dǎo)通需要兩個條件：①正向陽極電壓，即晶閘管的陽極、陰極之間必須施加正向電壓；②門極觸發(fā)脈沖：即晶閘管的門極、陰極之間必須加上適當?shù)恼蜷T極電壓，且門極觸發(fā)脈沖的最小寬度，應(yīng)至少使陽極電流上升至擎住電流/l?（2）晶閘管一旦被觸發(fā)導(dǎo)通，門極即失去控制作用。若需要關(guān)斷晶閘管，需利用外電路的作用使陽極電壓減小到零或以下，或施加反向陽極電壓使流過晶閘管的電流下降到維持電流/H（一般為十幾毫安到幾時毫安）以下。2-2請畫出晶閘管的雙晶體管等效電路，并簡述其開通正反饋過程答：雙晶體管模型見圖解2-1。2-3額定電流為100A,額定電壓為300V的晶閘管，維持電流/H=4mA,使用在如圖2.52所示的電路中，是否合理？為什么？（注：不考慮電壓、電流裕量。）圖2.54答：(1)平均電流分別為:電流有效值分別為:使得晶閘管導(dǎo)通，門極觸發(fā)電流脈沖寬度至少應(yīng)為多少？晶閘管門極觸發(fā)電流脈沖寬度至少為150gso2-5圖2.54所示為晶閘管的三種導(dǎo)通電流波形，各波形的電流峰值為(1)試計圖2.54答：(1)平均電流分別為:電流有效值分別為:使得晶閘管導(dǎo)通，門極觸發(fā)電流脈沖寬度至少應(yīng)為多少？晶閘管門極觸發(fā)電流脈沖寬度至少為150gso2-5圖2.54所示為晶閘管的三種導(dǎo)通電流波形，各波形的電流峰值為(1)試計算它們的電流平均值/T_ave、有效值生皿及波形系數(shù)。(2)選用額定電流為100A的晶閘管，不考慮安全裕量，試計算該晶閘管在上述三^Tl.ave=0.2717/m;/gve=0.5434/m,晶閘管擎住電流為15mA。要L=0.5HE=50VR=0.5C種電流波形下能承受的平均電流是多少？對應(yīng)的電流峰值lm各等于多少？715兀/4 2兀圖2.52(b),不合理。220V 10Q在圖2.53所示電路中，E=50V,K=0.5d￡=0.5H50kQ：圖2.52(a),不合理。),合理。100V圖2.52(c150V^TLnns=0-4767/m;/-T2 =0-674l/m；ZT3nns=與波形系數(shù)分別為：K“=1.75；%=1.24；Kr=22)晶閘管的額定電流為100A,即/t=100A：/Ti_a?=89.7(A)；/navc=126.6(A)；/T3ave=78.5(A)故/ml=33O(A);/應(yīng)=233(A)；/m=314(A)2-6某電熱AC/DC裝置(電阻性負載)，采用單相半波可控整流電路供電，如圖2.55所示，要求其輸出直流平均電壓為75V,電流為20A,S=220V。請計算晶閘管的控制角a,導(dǎo)通角以負載電流有效值，并計算晶閘管的電壓電流定額(考慮兩倍安全裕量)。答：(1)控制角a=60。，導(dǎo)通角0=n-a=\2Q°(2)負載電流有效值：/…=37.2(A)(3)若考慮兩倍裕量，晶閘管的額定電流為：/T=47.4(A)晶閘管的額定電壓為：t/T=611(V)T T圖2.55 圖2.562-7如圖2.56所示單相半波可控整流電路，大電感負載，S=220V,^Ld=10Q,要求輸出整流電壓平均值為0?30V連續(xù)可調(diào)，試計算控制角a、導(dǎo)通角0的變化范圍，選擇晶閘管定額(考慮兩倍安全裕量)并計算變壓器的副邊容量。-6-答：(1)控制角a的變化范圍為：113.2。~180。，導(dǎo)通角0的變化為范圍0-66.8%(2)考慮兩倍裕量，晶閘管的額定電流為/T=1.64(A)額定電壓：Ur=622(V)(3)變壓器的次級容量：S2=283.8(VA)2-8如圖2.57所示單相雙半波整流電路，大電感負載，輸出整流電壓■變化范圍為30-50V,最小控制角amin為45。，要求負載電流均能達到100A。(1)計算晶閘管導(dǎo)通角范圍，以及其電流有效值和平均值。(2)計算變壓器原副邊變比。(3)試繪出a=45。時輸出整流電壓“d、晶閘管承受的電壓"t的波形。圖2.57答：(1)晶閘管導(dǎo)通角范圍為115.1。~135。。晶閘管電流有效值及平均值：/■rm=70.7(A)Jz=5O(A)(2)變壓器原副邊變比：A：=2.8K取3(3)a=45。時輸出整流電壓由、晶閘管承受的電壓mt的波形如圖解2-2所示

DFW_rms=4.29(A)圖解2-22-9圖2.58為帶續(xù)流二極管的單相雙半波可控整流電路，大電感負載，己知t/DFW_rms=4.29(A)圖解2-22-9圖2.58為帶續(xù)流二極管的單相雙半波可控整流電路，大電感負載，己知t/2=220V,7?Ld=2OQ.a=60°。(1)考慮兩倍安全裕量，計算晶閘管電流、電壓定額。(2)計算續(xù)流二極管電流平均值和有效值。答：(1)晶閘管的額定電流為:4=5.46(A)晶閘管的額定電壓為:t/T=1244(V)(2)續(xù)流二極管電流平均值及有效值:DFW_ave=2.48(A)2-10圖2.59所示單相橋式全控整流電路，大電感負載，已知S=100V,/?Ld=10C,0=45。。圖2.59(1)若負載端不接續(xù)流二極管Ofw，計算輸出整流電壓、電流平均值及晶閘管電流有效值。(2)若負載端接續(xù)流二極管Ofw，計算輸出整流電壓、電流平均值及晶閘管、續(xù)流二極管電流有效值。(3)畫出有續(xù)流二極管時〃d、小汨、后E及變壓器副邊電流/2的波形。答：(1)負載端不接續(xù)流二極管時，輸出整流電壓平均值：(7d=63.64(V)電流平均值：/d=6.36(A)晶閘管電流有效值：公=4.5(A)(2)負載端接續(xù)流二極管時，輸出整流電壓平均值：t/d=76.85(V)整流電流平均值：(=幺=7.69(A)晶閘管電流有效值：%皿=4.71聞續(xù)流二極管電流有效值：-.84(A)(3)波形如圖解2-3所示。

圖解2-32-11如圖2.60所示單相橋式全控整流電路，S=100V,&Ld=2Q,反電勢E=60V,當a=30°時：(1)作出t/d、id、汨、"ti和〃的波形。(2)求整流輸出電壓■、電流/d，變壓器二次側(cè)電流有效值/2。(3)考慮兩倍安全裕量，計算品閘管的額定電壓和額定電流。答：(1)波形如圖解24所示圖解29

(2)先求停止導(dǎo)通角挑6=25.1°當0=30。時,a>8,則整流輸出電壓：VA=98.16(V)輸出電流：匕=19.06(A)變壓器二次側(cè)電流有效值/2：12=24.8(A)(3)考慮兩倍安全裕量，晶閘管電流定額為：/T=22.3(A)晶閘管的額定電壓：出=282(V)cTr圖2.60Rl.dLE~zrcTr圖2.60Rl.dLE~zr圖2.612-12如圖2.61所示,整流電路為反電動勢負載供電，電感L足夠大，電源電壓S=220V,a=90°,負載電流為50A,請計算：(1)晶閘管、續(xù)流二極管的電流平均值及有效值；(2)若電樞繞組的電阻/?Ld=0.2。，電動機的反電動勢多大？答：(1)晶閘管電流平均值及有效值：ZTm=12.5(A)/Trms=25(A)續(xù)流二極管電流平均值及有效值：^DFWjve=25(A)^DFW_rms=35.4(A)(2)電動機反電動勢：E=89(V)2-13單相橋式全控整流電路如圖2.61所示，反電動勢阻感負載，S=100V,￡=50V,7?=1Q,一足夠大,a=60°o(1)畫出Ud、id、*1、"Tl、“D、而、，2的波形(晶閘管和二極管電壓參考方向為陽極為正，陰極為負)；(2)求輸出電壓和輸出電流的平均值Ud、/d、電感￡的平均電壓、變壓器二次側(cè)電流有效值/2；(3)考慮兩倍安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和電流，以及二極管。的額定電流；(4)若不使用平波電感L,其它條件保持不變，《會不會有變化，為何？答：(1)波形如圖解2-5所示。圖解2-5(2)單相橋式全控整流電路輸出電壓：S=67.5(V)輸出電流為：，d=17.5(A)穩(wěn)態(tài)工作時，電感上的平均電壓為零。變壓器二次側(cè)電流有效值：匕皿=14.3(A)(3)晶閘管的電流有效值：K=101(A)晶閘管承受的最大電壓：t/TR=>/2i/2=141(V)考慮2倍的安全裕量，則晶閘管的電流、電壓定額為：/T=12.87(A)%=2廊2=282(V)考慮2倍的安全裕量，則二極管的電流定額為：，dfw=9.65(A)(4)如果沒有工,輸出電壓會升高。2-14如圖2.62所示，某電阻性負載單相橋式半控整流電路，若晶閘管不燒斷。試畫出整流二極管。、。2、晶閘管八以及負載電路兩端的電壓波形;若改為大電感負載，電壓波形又如何？答：如卜圖所不題圖2.62圖解2-62-15圖2.63所示為單相橋式半控整流電路，由220V答：如卜圖所不題圖2.62圖解2-62-15圖2.63所示為單相橋式半控整流電路，由220V經(jīng)變壓器供電，負載為大電感并接有續(xù)流二極管。要求輸出整流電壓20?80V連續(xù)可調(diào)，最大負載電流為20A,最小控制角amin=30°o(1)計算晶閘管的導(dǎo)通角范圍。(2)計算晶閘管、整流二極管、續(xù)流二極管的電流有效值。(3)計算變壓器容量。(a)阻性負載(b)感性負載i22STz圖2.63答：（1）晶閘管導(dǎo)通角范圍為57.7°-150°（2）晶閘管電流有效值/T_rms與整流二極管的電流有效值相等，為:續(xù)流二極管電流有效值為:^DFW_rms—16.5(A)（3）變壓器容量:=1744(V-A)2-16單相橋式半控整流電路接電阻性負載，輸出整流電壓30-100V連續(xù)可調(diào)，要求負載電流能達到20A。當①采用220V交流電網(wǎng)直接供電；②采用變壓器降壓供電,最小控制角am『30。。試分析兩種供電方式下晶閘管的導(dǎo)通角和電流有效值、交流側(cè)電流有效值及電源容量。答：（1）采用220V交流電網(wǎng)直接供電：品閘管導(dǎo)通角的范圍為45.8。~90.6。變壓器二次側(cè)電流有效值為：/jrms=45.4（A）電源容量=9.988（kVA）（2）采用變壓器降壓供電：

晶閘管導(dǎo)通角的范圍為64。~150。：當變壓器二次側(cè)電流有效值為：//=38(A)電源容量S=4.552(kV.A)2-17在三相半波可控整流電路中，如果觸發(fā)脈沖出現(xiàn)在自然換相點之前，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？電路能否正常換相？試畫出電阻性負載和電感性負載⑷的波形。答：出現(xiàn)在換相點之前的觸發(fā)脈沖，不能完成晶閘管的換相，從而出現(xiàn)輸出波形脈波丟失的現(xiàn)象。電阻性負載波形如圖解2-7(a)所示。假設(shè)B相晶閘管的觸發(fā)脈沖出現(xiàn)在自然換相點之前。當觸發(fā)A相晶閘管，則A相晶閘管導(dǎo)通。當觸發(fā)B相晶閘管時，由于A相電壓高于B相電壓，A相晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，B相晶閘管因承受反壓而不導(dǎo)通。過了自然換相點后，盡管B相電壓高于A相電壓，但B相晶閘管的觸發(fā)脈沖已消失，故B相晶閘管仍不導(dǎo)通。對于大電感負載而言，當觸發(fā)B相晶閘管的觸發(fā)脈沖出現(xiàn)再自然換相點之前，則B相承受反向電壓而不導(dǎo)通，而A相晶閘管將繼續(xù)導(dǎo)通至該相相電壓過零點，并進入負半周，直到C相晶閘管的觸發(fā)脈沖到來，其整流電壓波形如圖解2-7(b)所示。"a "b "c %▲"a "b "c2-18具有續(xù)流二極管的三相半波可控整流電路,2-18具有續(xù)流二極管的三相半波可控整流電路,大電感負載/?Ld=10Q,S=220V,當圖解2-74=60。時，請:(1)作出“d、晶閘管電流介、續(xù)流二極管電流iDFW的波形；(2)計算輸出電壓、電流平均值Ud、/d以及晶閘管和續(xù)流二極管電流有效值介_小、=:ELJLJ]=:ELJLJ]圖解2-8(2)輸出電壓平均值=148.6(V)輸出電流平均值<,=2=14.86(A)晶閘管電流有效值4皿=7.43(A)續(xù)流二極管電流有效值7.43(A)2-19三相半波整流電路，a=90。，S=220V,阻感性負載RLd=10C，但由于電感Z不夠大(coLcvRui),只能使晶閘管陽極電壓過零后，再維持導(dǎo)通30。。(1)畫出〃d、力、〃Tl、/Tl的波形。(2)計算輸出電壓“)、/d(列出計算公式)。(3)考慮兩倍安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和電流。圖解2-9(2)結(jié)合圖解2-9可知，該整流電路輸出電壓、電流分別為4=54.4(V)k3=5.44(A)

kia(3)晶閘管承受線電壓峰值，若考慮2倍安全裕量，則有Ut=2&,=1077.8(V)實際晶閘管電壓定額可選取1200V,考慮2倍安全裕量，則晶閘管的通態(tài)平均電流/T=9.39(A)實際晶閘管電流定額可選取10Ao2-20三相半波可控整流電路為反電勢和阻感負載供電。已知S=100V,/?Ld=lQ,L值極大，￡B=lmH,求當(j=30。、￡=50V,S、/d和換相重疊角y值，并作出“d、H的-18-

波形。(1)根據(jù)已知條件可得:Id=44.63AUd=94.63V由換相重疊角計算公式求得換相重疊角為:波形。(1)根據(jù)已知條件可得:Id=44.63AUd=94.63V由換相重疊角計算公式求得換相重疊角為:7=18.1°(2)”d、斤的波形如圖解2-10所示:圖解2-10圖2.642-21圖2.64為三相橋式全控整流電路，。=60。，試分析電路出現(xiàn)下列故障時曲的波形。(1)熔斷器1RD熔斷；(2)熔斷器2RD熔斷；(3)熔斷器2RD、3RD熔斷?！?RD1_^RD答：(1)熔斷器1RD熔斷時"d答：(1)熔斷器1RD熔斷時"d的波形如圖解2-11(a)陰影部分所示。凡是與a相相關(guān)的電壓均無輸出，如線電壓“ab、Mac.Ucao(2)熔斷器2RD熔斷時⑷的波形如圖解2-11(b)陰影部分所示。凡是與b相相關(guān)的電壓均無輸出，如線電壓"ba、"be、Hebo的波形如圖解2-11(c)所示，此時電路無輸出電(b)圖解2-112-22三相橋式全控整流電路，負載為電阻性，如果有一個晶閘管被過壓擊穿而短路，對電路將會造成什么影響？答：三相橋式全控整流電路帶電阻性負載，如果有一個晶閘管過電壓擊穿短路，例如共陰極組中一只管子短路，則其余共陰極組中任意一只晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通后，都要引起電源線電壓短路，使管子連續(xù)燒壞，嚴重時還會損壞輸入變壓器。所以要求每個晶閘管橋臂中應(yīng)串接快速熔斷器，以保護晶閘管及整個電路。2-23三相橋式可控整流電路，共陰極組晶閘管T+a、T+b、以控制角色=捫3、/3、兀/3-20-

觸發(fā)導(dǎo)通，共陽極組晶閘管心、八、心以控制角"2=0、/6、兀/3觸發(fā)導(dǎo)通，共陽極組晶閘管心、八、心以控制角"2=0、/6、兀/3觸發(fā)導(dǎo)通。試畫出輸出整流電壓“d的波形，計算整流電壓平均值。答：波形如圖解2-12所示:圖解2-12整流電壓平均值為:2-24圖2.65錯誤!未找到引用源。為三相橋式半控整流電路。(1)當負載分別為電感性和電阻性時，電路輸出整流電壓波形是否相同，試分別畫出a=60°和90°時t/d的波形;(2)試證明整流電壓平均值&,=2.34&匕*圖2.652cos(+a)+cos(-^-+a)-cosar(1)當負載為電感性和電阻性時，電路輸出整流電壓波形相同，如圖2-13所示"2 % 〃b ?c “2 Ua Ub Uc(a)a=60° (b)a=90°圖解2-13(2)略。2-25三相橋式全控整流電路為反電勢、大電感負載供電。5=220V,E=200V,7?Ld=lQa=60°?(1)不計漏感，求輸出整流電壓和電流Ud、/d值；(2)當Zb=1hiH時，計算■、兄丫值，并分別作出“d、k的波形。答：(1)不計漏感時：Q=257.4(V)/d=57.4(A)(2)當LB=lmH時有：乙=442A)5=244.1(V)7=3.35°"d、/t的波形如圖解2-14所示：圖解2-142-265kW/250V的直流電動機采用三相橋式全控整流電路供電，電樞電阻凡=5Q,￡B圖解2-142-265kW/250V的直流電動機采用三相橋式全控整流電路供電，電樞電阻凡=5Q,￡B=lmH,?=60°,假設(shè)平波電抗器足夠大，求:(1)輸入電壓S和反電動勢E；(2)變壓器二次容量以及功率因數(shù)(忽略開關(guān)器件的損耗)。(1)代入已知數(shù)據(jù)，解得輸入電壓為:U?=218.8(V)反電動勢為:￡=150(V)(2)變壓器二次容量為:S2=10.719(kVA)功率因數(shù)cos<p2=0.472-27電鍍用整流裝置，采用帶平衡電抗器的雙反星形電路供電，變壓器原邊線電壓為380V,要求輸出整流平均電壓Ud=18V,電流為3000A,考慮"min=30。。(1)試計算變壓器副邊相電壓、晶閘管電流平均值，并估算整流變壓器容量：(2)當負載電流下降至300A時，仍能保證線路正常運行，估算平衡電抗器電感量。如果要求降至60A時，其電感量又應(yīng)為多少？(3)當負載電流小于規(guī)定的最小電流值，整流裝置的輸出電壓將怎樣變化？答：(1)A、若整流變壓器一次側(cè)接成三角形，二次側(cè)接成雙反星形，則變壓器次級相電壓為：4=17.8(V)晶閘管電流平均值為：4"=)=500(A)整流變壓器總?cè)萘繛椋篠=-(S,+52)=79.9(kV-A)B、若整流變壓器的繞組是一次側(cè)星形，二次側(cè)雙反星形接法，則t/2=17.8(V)整流變壓器一次側(cè)電流有效值為K=1005(A)整流變壓器總?cè)萘繛椋篠=^(S1+S2)=79.9(kV-A)S和S2的值與三角形接法相同，可以看出一次、二次繞組接法不同，但容量相同。(2)所需平衡電抗器的最小電感量為：當G“=300A時:L.= 2=o.09（mH）2a）I..dmin當^in=時:4=045(mH)(3)如果/d</dmin，則該電路將逐漸失去兩組三相半波并聯(lián)導(dǎo)電特性，向六相半波整流電路過渡，每一瞬間只有一只晶閘管導(dǎo)電，輸出的理想空載電壓由原來的1.175向1.3502過渡，一般情況下應(yīng)避免這種情況。2-28雙反星形可控整流電路中的平衡電抗器起什么作用？當雙反星形可控整流電路工作在圖2.66所示扇區(qū)3時，帶平衡電抗器和不帶平衡電抗器兩種情況下的導(dǎo)通的晶閘管是否一樣，為什么？+c -b圖2.66答：(1)平衡電抗器的作用是補償兩組三相半波電路輸出Udi和Ud2的瞬時電壓差，使得兩組晶閘管同時導(dǎo)電，并聯(lián)供電，同時使負載電流趨于均衡。(2)不一樣。工作于扇區(qū)3時，帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路導(dǎo)通的晶閘管為，b和K;不帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路導(dǎo)通的晶閘管為rbo2-29晶閘管整流電路實現(xiàn)有源逆變的條件是什么？哪些整流電路不能實現(xiàn)有源逆變？答：(1)有源逆變是指將直流電轉(zhuǎn)換成交流電后，再返送回交流電網(wǎng)。實現(xiàn)有源逆變有兩個條件：1)內(nèi)部條件：兀/2々<兀；2)外部條件：Ed>Uo,同時Ed-25-反極性。(2)輸出有續(xù)流二極管的整流電路和橋式半控整流電路不能實現(xiàn)有源逆變。2-30圖2.67所示電路，S=220V,Ed=-120V,電樞回路總電阻&=1。，設(shè)電流連續(xù)。說明當逆變角4=60。時電路能否進行有源逆變？計算此時電機的制動電流，畫出此時輸出電壓波形。圖2.67答：(1)當逆變角4=60。時，電路滿足有源逆變的要求。(2)制動電流J%W)=21(A)圖解2-152-31已知三相橋式電路，R=0.8Q,￡=5mH,%=230V,工作于逆變狀態(tài)，￡d=-290V,設(shè)電流連續(xù)。如允許/dmin=30A,請計算夕max，并選擇晶閘管電流定額。答：（1）最大逆變角滿足：^<31°（2）考慮兩倍裕量，晶閘管的額定電流為：/T=0.735/dmax(A)2-32（1）最大逆變角滿足：^<31°（2）考慮兩倍裕量，晶閘管的額定電流為：/T=0.735/dmax(A)2-32繪出三相橋式逆變電路￡=兀/4時，晶閘管7；c和心兩端的電壓波形。分析它們承受的正、反向最大電壓各為多少?答：晶閘管T+c和八兩端的電壓波形如下圖所示:圖解2-16它們承受的正向最大電壓為線電壓峰值:5小=師（丫）它們承受的反向最大電壓為:^T_pk=V6t/2COs|y(V)2-33三相橋式全控電路，輸入相電壓100V,電源變壓器漏感折合到變壓器副邊為1.5mH,設(shè)電流連續(xù)。(1)當/d=50A,計算換相壓降；(2)如果不計晶閘管關(guān)斷時間及安全裕量，計算此時的最小逆變角夕min；(3)計算此時全控橋輸出直流電壓大小。答：(1)當漏感LB=1.5mH時，則換相壓降為：At/d=-^B./d=22.5(V)(2)不計晶閘管關(guān)斷時間及安全裕量，最小逆變角Anin為：力小48。(3)全控橋輸出直流電壓為：《=-179")2-34三相全控橋式電路給某卷揚機負載調(diào)速。電機反電動勢E=400V,電樞繞組等效電阻&=1Q,逆變角夕=60。，電感無窮大,變壓器二次側(cè)相電壓S=220V,漏抗￡B=lmH。在負載(重物)下降時：(1)電動機和晶閘管電路分別處于什么工作狀態(tài)？(2)畫出力、小)的波形；(不計變壓器漏抗)(3)求電樞電壓平均值《、電流平均值/d以及換相重疊角y；(4)此時，回饋到電網(wǎng)的有功功率是多少？(5)若突然增大電路的逆變器角從電動機轉(zhuǎn)速如何變化？說明變化過程。答：(1)電動機處于制動發(fā)電狀態(tài)，晶閘管電路處于有源逆變工作狀態(tài)。(2)如圖解2-17所示〃d "a “b &圖解2-17(3)代入已知數(shù)據(jù)可得：/d=109.7(A)3=-29O.3(V)由換相重疊角計算公式解得換相重疊角為：/=8.9°(4)回饋到電網(wǎng)的有功功率為P=31.85(kW)(1)逆變角￡突然增大時，|1|=卜2.34。285夕|也下降，而電動機因機械慣性轉(zhuǎn)速來不及改變，所以反電動勢E不變，則流過電動機電流/d增大，電動機工作在發(fā)電制動狀態(tài)的電磁轉(zhuǎn)矩片Gr〃d增大，所以引起電動機轉(zhuǎn)速下降。當轉(zhuǎn)速〃下降到一定值時，即反電動勢E達到一定值時，使/d=(Ud^)/&恢復(fù)到原值,使電動機軸上轉(zhuǎn)矩平衡，電動機以較低的轉(zhuǎn)速使重物恒速下降。第3章高頻功率半導(dǎo)體器件3-1按照特性不同，功率二極管可分為哪幾類？分別適用于哪些場合？答：按照耐壓及反向恢復(fù)特性的不同，功率二極管通常分為三類：(1)普通二極管：正向?qū)娏鞫~和反向電壓定額可以達到很高，正向?qū)▔航递^低，但其反向恢復(fù)時間較長，多用于開關(guān)頻率不高(1kHz以下)的整流電路中。(2)快恢復(fù)二極管：亦稱為快速二極管，其恢復(fù)時間相對較短(通常在5gs以下)，正向?qū)▔航蹈哂谄胀ǘO管，反向電壓額定多數(shù)在200?2000V之間，主要-29-用于開關(guān)頻率較高的電力電子裝置中。（3）肖特基二極管：是以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢壘為基礎(chǔ)的二極管，其反向恢復(fù)時間遠小于相同定額的二極管，而且與反向的di/dt無關(guān)。因此，肖特基二極管通常適用于對開關(guān)損耗比較敏感的高頻或超高頻電力電子電路中。根據(jù)材料的不同，肖特基二極管又可以進一步分為普通（硅）肖特基二極管和碳化硅肖特基二極管兩種。前者所能承受的反向定壓定額較低，通常不超過250V,而且發(fā)向漏電流較大，對溫度敏感；后者則能承受較高的電壓定額（高達10kV）,以及更高的工作溫度。3-2何為二極管的反向恢復(fù)？其發(fā)生的前提條件是什么？答：當一個處于正向?qū)ǖ亩O管突然施加反壓時，二極管不能立即關(guān)斷，而是需經(jīng)過一段時間才能重新恢復(fù)反向阻斷能力并進入完全截止狀態(tài)，在此過程中，二極管電流反向，這個過程稱為反向恢復(fù)。其發(fā)生需有兩個前提條件：1）處于正向?qū)顟B(tài)：2）導(dǎo)通過程中突然施加反壓。3-3二極管在恢復(fù)阻斷時為什么會形成反向電流和反向電壓過沖？這種反向恢復(fù)電流在電路使用中會帶來什么問題？答：功率二極管電容效應(yīng)的存在，在二極管導(dǎo)通流過正向電流時，在結(jié)電容中存儲一定的電荷（載流子）。當外加反向電壓時，正向電流下降到零，二極管并不能立即截止。電流進一步減小至反向，釋放結(jié)電容中存儲的電荷，直至全部電荷被復(fù)合，二極管才恢復(fù)阻斷。通常，定義二極管正向電流下降到零時起，到反向電流下降到反向峰值電流10%為止的時間間隔，稱為二極管的反向恢復(fù)時間后。因為二極管的反向電流衰減速度很快，會在外部電路電感（包括各類計生電感）上產(chǎn)生較大的感應(yīng)電壓，從而使二極管兩端產(chǎn)生較高的反向電壓尖峰。3-4二極管的等效結(jié)電容由哪兩種電容綜合而成？它們產(chǎn)生的機理是什么？答：二極管的等效結(jié)電容是勢壘電容Cb和擴散電容Cd的綜合反應(yīng)。勢壘電容：PN結(jié)勢壘區(qū)寬度變化意味著區(qū)內(nèi)存儲的正負離子電荷數(shù)的增減，類似于平行板電容器兩極板上電荷的變化，此時PN結(jié)呈現(xiàn)出的電容效應(yīng)稱為勢壘電容Cb。擴散電容：當PN結(jié)處于正向偏置時，若外加電壓有一增量△〃，空穴（電子）擴散運動在PN結(jié)附近將產(chǎn)生一電荷增量A。，二者之比A0/A”為擴散電容Cd。

3-5請繪出功率二極管反向恢復(fù)過程的電壓電流波形，并簡要敘述其動態(tài)過程。答：波形如圖解3-1所示。在/)時刻之前，二極管處于正向?qū)顟B(tài),在/)時刻之前，二極管處于正向?qū)顟B(tài),示。在h時刻，二極管外加電壓Ude突然反向,圖解3-1圖解3-2給出了考慮結(jié)電容效應(yīng)后二極管在反向恢復(fù)過程中的等效電路圖，其中G為二極管的結(jié)電容，0為結(jié)電容存儲電荷，2為回路中的電感(串聯(lián)電感或寄生電感)。其正向?qū)▔航禐閁f,如圖3-2(a)所二極管電流開始下降。由于存在電感L,二極管電流不會瞬時下降到零，仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)，如圖3-2(b)所示。在時刻，二極管電流下降至零。此時，結(jié)電容存儲的電荷。并不能立即消失，二極管兩端電壓"D仍為正向?qū)▔航?。此后，在反向電壓Ude的作用下，反向電流從零開始增加，如圖3-2(c)所示。在打時刻，反向電流達到最大值/rp，該反向電流使存儲電荷逐漸消失，UD下降至零。3-6流過二極管的電流波形如圖3.22所示。正向?qū)▔航禐?.2V,不考慮反向恢復(fù)特性。(1)選擇二極管正向電流定額。(2)求平均功率損耗。(3)若二極管8M=175。。結(jié)-殼熱阻&=1.2。。\￥,接觸熱阻為0.8KVW,散熱器熱阻為0.5OC/W,環(huán)境溫度500c時，結(jié)溫是多少？圖3.22答：(1)若考慮1.5倍的安全裕量，該二極管允許流過的額定電流/f為/F=14.72(A)(2)平均功率損耗%=11.25(W)(3)結(jié)溫7]=78.125(℃)3-7為什么功率開關(guān)管在開關(guān)瞬態(tài)過程中容易被擊穿？可采取什么措施防止？答：在電路開關(guān)瞬態(tài)過程中，電路將產(chǎn)生很高的電壓或電流變化率，在寄生電感或電容上感應(yīng)大電壓Usb或電流4,可能達到二次擊穿出發(fā)功率A產(chǎn)G/b,進而達到二次擊穿臨界出發(fā)能量EsfPsbkUsfJsbt，產(chǎn)生二次擊穿。采用緩沖吸收保護電路，或采用軟開關(guān)電路，不進可以抑制開關(guān)瞬態(tài)電流和電壓的峰值，還可以是兩者錯開一定的相位，減小開關(guān)期間器件的瞬時功率，從而避開二-32-請畫出SCR、BJT（NPN請畫出SCR、BJT（NPN型）、MOSFET、IGBT的電氣符號？電氣符號如圖解3-3：圖解3-4次擊穿產(chǎn)生的條件，抑制二次擊穿的有效措施。3-8答:3-9請畫出考慮寄生電容與體二極管的功率MOSFET等效電路圖。并分析MOSFET米勒效應(yīng)的產(chǎn)生過程。答：等效電路如下圖。密勒效應(yīng)是指MOSFET的柵源極電壓達到開啟電壓后，在開通瞬間"ds快速下降，密勒電容Cgd也需要放電以適應(yīng)DS電壓變化。此時，驅(qū)動電流被分流，從而使得“GS基本維持不變。3-10何為IGBT的電流拖尾現(xiàn)象？它是怎么產(chǎn)生的？答：1）IGBT的電流拖尾現(xiàn)象是指IGBT在驅(qū)動信號關(guān)斷后，流過開關(guān)管的電流無法快速到零，而是有一個緩慢減小的過程。2）電流拖尾現(xiàn)象對應(yīng)IGBT內(nèi)部PNP晶體管的關(guān)斷過程，由于PNP晶體管基區(qū)載流子高注入，存儲電荷無法用外加反向抽流使其迅速消失，只能靠自然復(fù)合消失，從而出現(xiàn)IGBT關(guān)斷時特有的電流拖尾現(xiàn)象。3-11同SiMOSFET相比，SiCMOSFET在特性上有什么不同。答：1）低電阻特性在相同電壓和電流等級下，SiCMOSFET的導(dǎo)通電阻要顯著小于硅MOSFET,且SiCMOSFET的封裝體積小，有利于提高電路功率密度。2）高速工作特性SiC器件飽和電子漂移速率約為Si器件的3倍，此外SiCMOSFET的體二極管與SiC肖特基二極管相同，具有快速恢復(fù)性能。因此SiCMOSFET工作頻率更高。3）高溫工作特性SiCMOSFET更適用于高溫工作環(huán)境，一方面是由于SiCMOSFET自身損耗小，發(fā)熱量小，溫升相對較小；另一方面，SiCMOSFET的熱導(dǎo)率高，更有利于散熱。第4章非隔離型直流變換電路4-1若需要實現(xiàn)一個直流變換電路，其輸入電壓Un=24V,輸出電壓U0=5V,輸出電流/°=5A,負載電阻請問有哪些方法可以實現(xiàn)上述功能？各有什么特點？答：可以采用以下三種方法來實現(xiàn)：電阻分壓：特點是損耗大，理論效率只有約21%；輸出電壓無法在線調(diào)節(jié)。線性調(diào)節(jié)：特點是損耗大，效率與電阻分壓方法相近；輸出電壓可以閉環(huán)調(diào)節(jié)，穩(wěn)定性好。開關(guān)變換：特點是損耗??；輸出電壓可以閉環(huán)調(diào)節(jié)，穩(wěn)定性好；但高頻開關(guān)會產(chǎn)生EMI問題。4-2如圖4.5所示Buck變換器，開關(guān)管0工作在開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)周期為「，濾波電感加和電容Cf足夠大，但均為有限值，負載電阻為Hid，電路工作在電感電流連續(xù)模式，占空比為。y,負載中的電流脈動忽略不計。（1）推導(dǎo)輸出電壓a的表達式。（2）畫出開關(guān)管。兩端電壓波形（標注電壓大?。┖碗娙蓦娏鱥c的波形。(3)推導(dǎo)輸出電壓脈動的表達式。答：(1)利用濾波電感伏秒平衡原理解得輸出電壓平均值“為Uo=D，U.m(2)波形如圖解4-1所示：圖解4-1(3)輸出電壓脈動AU。的表達式滿足刈凡上巴庫C(8LC64-3如圖4.5所示Buck變換器，輸入電壓為30V±10%,輸出電壓為12V,最大輸出功率120W,最小輸出功率24W,開關(guān)頻率為100kHz,不考慮器件寄生參數(shù)：(1)保證整個工作范圍電感電流連續(xù)時所需的電感值及占空比變化范圍。(2)若要求輸出電壓脈動值控制在50mV以下，計算所需濾波電容大小。(3)若不改變?nèi)魏螀?shù)，將開關(guān)頻率降低為50kHz,電路會發(fā)生什么變化？答：(1)整個工作范圍內(nèi)電感電流連續(xù)時的電感值為：《219.1(〃，)整個工作范圍內(nèi)電感電流連續(xù)時占空比的變化范圍為[0.364,0.444]o(2)代入已知數(shù)據(jù)可得所需濾波電容量為-35-Cf>100(〃F)(3)由濾波電感電流脈動A4f的表達式可知，開關(guān)頻率減低一半，意味著電感的紋波增加一倍，故臨界電流也增加一半，即/oGmin=4A。因此，當變換器的輸出功率小于48W時電路將從連續(xù)進入斷續(xù)模式。4-4Buck變換器，其輸入/輸出參數(shù)為：Uin=100V~200V,U°=50V,額定輸出電流為10A,開關(guān)頻率工=100kHz,不考慮損耗。(1)若選取最大紋波電流A/Lfmaxj^nni.為額定電流的20%,計算濾波電感的大小。(2)在上述電感值下，畫出輸出電流為0.75A,輸入電壓分別為100V和200V時的電感電流波形，標出電流峰值。(3)保持某個輸入電壓不變，逐漸減小負載，電路從CCM變?yōu)镈CM模式，輸出電壓會發(fā)生什么變化，為何？答：(1)由題意可知，輸出電壓固定，輸入電壓變化時，濾波電感的大小為Lf=187.5(|1H)(2)如圖所示?l(A)圖解4-2(3)在電流斷續(xù)區(qū)，當保持占空比2不變時，隨著/。的減小，輸出電壓會增大。4-5理想Boost變換器，輸入電壓為30V±10%,輸出電壓為100V,最大輸出功率為100W,最小輸出功率為20W,工作頻率為100kHz。(1)推導(dǎo)電感電流連續(xù)時電壓傳輸比“/[/in。(2)計算保證整個工作范圍電感電流連續(xù)所需的電感值。(3)當輸出功率為20W時，請分別畫出輸入電壓最大和最小時的電感電流波形標出電流的最大值和最小值。答：(1)電感電流連續(xù)時，由伏秒平衡原理可得電壓傳輸比為_1U.m"Dy(2)整個工作范圍內(nèi)電感電流連續(xù)時所需的電感值為42182.4(〃4)(3)電感電流的波形如圖解4.3所示。?l(A)ls圖解4-34-6Boost變換器，輸入電壓。曲=100?150V,輸出電壓U°=200V,額定輸出電流為10A,開關(guān)頻率/=100kHz,不考慮損耗。(1)若選取電感電流脈動A/Lbmaxgnit為額定輸出時最大輸入電流的20%,計算升壓電感的大小。(2)計算最大臨界連續(xù)電流。答：(1)若選取電感電流脈動A/Lbmax尸rm"為額定輸出時最大輸入電流的20%,則升壓電感值為：4=125(〃〃)(2)最大臨界電流為：歌A)4-7Boost變換器電路如圖4.36所示，輸入電壓為27V±10%,輸出電壓為45V,輸出功率為750W,效率為95%,考慮電感等效電阻R=0.05C。(1)求最大占空比；(2)如要求輸出60V是否可能？為什么？(3)在占空比不變條件下，如果輸出負載突然開路，會發(fā)生什么情況？C(豐Ria圖4.36最大占空比為(2)輸出電壓可能達到60V。(3)若占空比不變，當輸出負載突然開路時有Uin/U。為零，即輸出電壓4=8,這將會損壞電路的元器件。4-8圖4.37所示為電感有中心抽頭的Boost變換器，電感總匝數(shù)為M左邊部分繞組匝數(shù)為M，右邊部分為開關(guān)管。工作在開關(guān)狀態(tài)，電路工作在電感電流連續(xù)模式，開關(guān)管的占空比為Oy。(1)推導(dǎo)”，的表達式。(2)畫出M=N2時輸入電流治及二極管D和開關(guān)管Q的兩端電壓。(3)若輸入電壓為40V,輸出電壓為120V,M=M，計算開關(guān)管0上所承受的最大電壓，以及二極管。與開關(guān)管。的最大峰值電流比值。 ——D+|~"vpr叮廠Um--qYCf二二即卜圖4.37((Nl+N2)D \°(N](l-卬),n(2)波形如圖解4-4所示。圖解44(3)開關(guān)管。上所承受的最大電壓為UQ=80(V)二極管D的最大峰值電流與開關(guān)管。的最大峰值電流比值滿足—=M/(m+m)=i/24-9圖4.38所示為電感有中心抽頭的Buck變換器，電感總匝數(shù)為N,左邊部分繞組匝數(shù)為Ni，右邊部分為電。輸入電壓Um為400V,M：M=1：1，輸出48V/15A,開關(guān)頻率100kHz,開關(guān)管的占空比為Oy,電路工作在電感電流連續(xù)模式。(1)推導(dǎo)a的表達式。(2)定量畫出開關(guān)管0和二極管。的電壓波形(標注出電壓大小)。(3)計算二極管。與開關(guān)管0的最大峰值電流比值。答:(2)波形如圖解4-5所示。圖解4-5(3)二極管D的最大峰值電流與開關(guān)管Q的最大峰值電流比值滿足hnax/bnax~^l/^2=1/24-10如圖4.19所示Buck-Boost變換器。開關(guān)管0工作在開關(guān)狀態(tài)，占空比為。*(1)分別推導(dǎo)電感電流連續(xù)和斷續(xù)時。。的表達式。(2)畫出開關(guān)管。和二極管O的電壓和電流波形，并標出電壓大小(二極管陰極為參考正答：

(1)電感電流連續(xù)時電感電流斷續(xù)時圖解4-64-11解釋“伏秒平衡”和“安秒平衡”的物理意義？請結(jié)合兩種方法推導(dǎo)分析Cuk變換器在電流連續(xù)時的輸入輸出電壓關(guān)系。答：“伏秒平衡”指的是穩(wěn)態(tài)工作時，在一個開關(guān)周期內(nèi)電感電壓的伏秒面積為零，即電感電壓平均值為零。這意味著在一個開關(guān)周期內(nèi)，電感電壓的正伏秒面積等于其負伏秒面積?！鞍裁肫胶狻敝傅氖欠€(wěn)態(tài)工作時，電容電流的安秒面積在一個開關(guān)周期內(nèi)為零，即電容電流平均值為零。這意味著在一個開關(guān)周期內(nèi)，電容電流的正安秒面積等于其負安秒面積。根據(jù)Cuk變換器中電感L\和L2的伏秒平衡原理有4。吠=(41-4)(1-卬1聯(lián)立上式可得4Dy

i-q利用Cuk變換器中電容cb的安秒平衡原理有/oDy7；=/in(l-Dy)7；忽略Cuk變換器的損耗，則其輸入功率等于輸出功率，即有vmiia=vjo聯(lián)立上式可得A,4"Dy4-12試繪制SEPIC和Zeta斬波電路的原理圖，并推導(dǎo)它們在電流連續(xù)時的輸入輸出電壓關(guān)系。答：SEPIC電路圖如圖(a)所示，Zeta電路圖如圖(b)所示。圖(a) 圖(b)圖解4-7(2)穩(wěn)態(tài)工作時，在一個開關(guān)周期內(nèi)，電感心和心的電壓伏秒面積分別是平衡的，根據(jù)兩者的伏秒平衡原理可得u.q(3)穩(wěn)態(tài)工作時，在一個開關(guān)周期內(nèi)，電感心和E的電壓伏秒面積分別是平衡的，根據(jù)兩者的伏秒平衡原理可得u。二qUji第5章隔離型直流變換電路5-1如圖5.1(d)所示正激變換器。(1)請簡要說明變壓器實現(xiàn)磁復(fù)位的原理;并分析變壓器磁化能量在一個開關(guān)周期內(nèi)是如何變化的？(2)變壓器繞組Np=2M時，該電路允許的最大占空比是多少？若實際占空比大于該最大占空比會如何？答：(1)開關(guān)管0導(dǎo)通，輸入電壓加在變壓器原邊繞組。上，此時變壓器磁芯被磁化，其磁通。線性增加；開關(guān)管。關(guān)斷后，變壓器復(fù)位繞組M中出現(xiàn)感應(yīng)電壓，其極性“*”為“負”，使復(fù)位二極管A導(dǎo)通。此時變壓器磁芯去磁,磁通0減小，并在t=7；n+Tr時刻減小到零，變壓器完成磁復(fù)位。(2)當變壓器繞組Np=2M時，該電路允許工作的占空比為Oymax￡NrIN,故最大占空比為2/3。若實際占空比大于2/3則不能完成磁復(fù)位，變壓器飽和會引起磁化電流增大燒毀開關(guān)管。5-2如圖5.1(d)所示為正激變換器，Np：M：N產(chǎn)16:1:16,設(shè)輸出電容足夠大，輸出電壓為一平直的直流電壓，電感電流連續(xù)。(1)請推導(dǎo)電壓傳輸比UMUin。(2)畫出原邊開關(guān)管。和二極管Dr的電壓波形，并標注電壓大小(以Uin作為參

考變量，二極管陰極為參考正)。答：(1)對輸出濾波電感利用伏秒平衡原理有(2)波形如圖所示:考變量，二極管陰極為參考正)。答：(1)對輸出濾波電感利用伏秒平衡原理有(2)波形如圖所示:5-3圖5.23所示為正激變換器(其中/為穩(wěn)壓二極管)。(1)簡要說明變壓器實現(xiàn)磁復(fù)位的原理；指出變壓器磁化能量在0關(guān)斷期間是如何變化？(2)比較該電路與帶磁復(fù)位繞組電路的各自優(yōu)缺點。(3)假設(shè)變壓器的匝比Np：M=10:l,輸入電壓t/in=200V,占空比￡＞尸0.3,負載/?Ld=0.6Q,開關(guān)頻率為50kHz,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值為200V,濾波電感Lf=40uH,濾波電感工作在連續(xù)條件，定量畫出正激電路中開關(guān)管。和二極管?！浮ri、Or2的電壓波形(二極管陰極為參考正)；(4)在(3)條件下，該電路允許工作的最大占空比是多少？

圖5.23答：(1)開關(guān)管。開通時，電源給副邊傳遞能量，同時變壓器正向磁化；開關(guān)管。關(guān)斷時，由于變壓器勵磁電流不能突變，在原邊繞組中出現(xiàn)感應(yīng)電壓，其極性是“*”為“負”，故復(fù)位二極管D導(dǎo)通，穩(wěn)壓二極管匕反向擊穿，穩(wěn)壓工作。此時，原邊繞組承受的電壓等于穩(wěn)壓管的兩端電壓，從而幫助變壓器完成復(fù)位，變壓器中的磁場能量主要消耗在匕中。(2)相比之下，采用穩(wěn)壓管的磁復(fù)位方法更加簡單。但在復(fù)位時，勵磁電感中的能量全部消耗在％中，采用復(fù)位繞組的方法，勵磁電感中的能量在復(fù)位時送回輸入電源，有助于提高效率。(3)波形如圖解5-2所示：(4)"b"圖解5-2在(4)"b"圖解5-2在(3)條件下電路允許工作的最大占空比為0.5。5-4如圖5.5(d)所示雙管正激變換器，變壓器原副邊匝比為(1)請在電路圖中畫出。1(02)導(dǎo)通和截止時原邊電流流通路徑(等效電路圖)；(2)推導(dǎo)電感電流連續(xù)時的電壓傳輸比UMUin；(3)若占空比等于0.4,請繪制出變壓器鐵芯中磁通。的波形示意圖，以及開關(guān)管

21、二極管Ocl、的電壓波形(二極管陰極為參考正)并標出大?。?4)假設(shè)輸入電壓變化范圍為100V±10%,輸出電壓為10V,設(shè)計變壓器匝比K并計算占空比變化范圍(電流連續(xù))。答：(1)如圖解5-3。圖解5-3(2)根據(jù)濾波電感的伏秒平衡原理可得電感電流連續(xù)時的電壓傳輸比UJUm為4K(3)波形如圖解54所示：圖解54(4)由(2)中結(jié)果可知，當輸入電壓最小時，占空比最大，且最大占空比不超過0.5O因此，考慮一定裕量，最大占空比。ymax取為0.45(最大占空比取值不唯一)，則有u.Ar=_!nm!n.￡)=4.05U°y取整，K=4。=0.364uinmax綜上，變壓器匝比設(shè)計為4,占空比變化范圍為0.3647).45。5-5反激變換器，輸入輸出電壓分別為Uin、u。。(1)請繪制反激變換器的電路圖，并推導(dǎo)連續(xù)工作方式(ccm)下a/Mn關(guān)系式，給出具體過程。(2)當負載變化范圍較小時反激變換器一般設(shè)計在CCM方式還是DCM方式？請闡述原因。(3)變換器開環(huán)條件下完全空載能否正常工作，為什么？答：(1)電路圖如下所示：由磁通平衡原理可以得到u。_NpDy4NJ-Dy(2)選擇DCM模式，負載變化范圍小時斷續(xù)模式調(diào)節(jié)困難的問題相對較小。此外，DCM模式相比于CCM模式，同等功率下電感值小，變壓器體積小、成本低；二極管無反向恢復(fù)問題。(3)反激式變換器不可以開環(huán)空載；因為每一次開關(guān)均有輸入能量傳遞到副邊，存儲在電容中，會使得輸出電壓變得無窮大。5-6如圖5.6(d)所示反激變換器。(1)推導(dǎo)DCM下a/Uin關(guān)系式，并分析DCM與CCM的異同。(2)已知輸入電壓為300V,變壓器匝比Np：M=10:l,輸出電壓穩(wěn)定在20V,請畫出CCM和DCM兩種工作方式下開關(guān)管Q和二極管D的電壓和電流波形示意圖，并計算二極管。和開關(guān)管0承受的最大電壓值。(“Q電壓要標出不同階段的電壓表達式)答：(1)DCM下"/Um關(guān)系式1/N17vinlyp'o/'oGmax綜上可知，DCM下輸出電壓。。不僅與Uin有關(guān)，還與輸出電流/。有關(guān)。圖解5-6當開關(guān)管。截止時，其承受的最大電壓為%=4+在。=500")當開關(guān)管。導(dǎo)通時，二極管。承受的最大電壓為4=4+24=50")5-7如圖5.10(c)所示的推挽變換器。(1)請推導(dǎo)推挽直宜變換器的輸入輸出關(guān)系。(2)若開關(guān)頻率為100kHz,輸入電壓48V,輸出額定電流100A,匝比Np：M=4:l,該電路能輸出的最高電壓為多少？(3)該變壓器工作在單向磁化還是雙向磁化？是否存在直流偏磁現(xiàn)象，為什么？(4)開關(guān)管的占空比能否大于0.5,為什么？答：(1)對輸出濾波電感，利用伏秒平衡原理可得(2)由于推挽變換器也相當于一個隔離型Buck變換器，因此能夠輸出的最高電壓(而=12")(3)因為推挽變換器的變壓器的勵磁電流是既可以為正也可以為負，因此該變壓器為雙向磁化。如果推挽變換器中晶體管的正負脈沖寬度或幅值稍有不對稱,或初級線圈不對稱，就會產(chǎn)生直流磁化分量即偏磁，從而導(dǎo)正磁芯飽和。(4)不可以，否則會造成原邊短路。5-8圖5.10(c)所示推挽電路，假設(shè)變壓器為理想變壓器。5、。2的作用是什么？(2)若Us為240?300V直流電壓，Npi=Np2,。卜02、止的導(dǎo)通壓降均為IV,不考慮漏感尖峰，計算01的最大耐壓t/Qmaxo(3)續(xù)流二極管Ofw什么時候?qū)?？是否必須，為什么?4)若沒有。FW，續(xù)流過程是如何完成的？請畫出等效電路，并分析工作過程。答：(1)在開關(guān)管關(guān)斷瞬間，變壓器會瞬間產(chǎn)生高壓，5、。2是作用是避免開關(guān)管承受反壓而擊穿；若副邊是感性負載時，。卜。2也作為返回能量的續(xù)流二極管，即為感性電流提供通路。Qi的最大耐壓為Uq1nM=242-%0n=599(V)(3)當。、。2截止時，續(xù)流二極管Ofw導(dǎo)通。實際上該續(xù)流二極管是可以去掉-49-的，此時副邊兩只整流二極管會同時導(dǎo)通。(4)續(xù)流通過副邊兩個二極管Ori、完成，其等效電路如圖解5-7所示。當晶體管勒、Q均截止時，變壓器各繞組瞬時出現(xiàn)感應(yīng)電壓，其極性為“*”端為“負”，使整流二極管Ou導(dǎo)通，與此同時，濾波電感電流經(jīng)二極管Ori續(xù)流。ip2Np2NdDr2圖解5-75-9如圖5.10(c)所示的推挽電路，去掉續(xù)流二極管。輸入電壓Um為400V±10%,輸出電壓a=24V,最大輸出功率240W,最小輸出功率96W,開關(guān)頻率為50kHz,NP:M為10：1.(1)計算保證整個工作范圍內(nèi)電感電流連續(xù)所需的電感值及占空比變化范圍；(2)請畫出輸出功率為240W、輸入電壓最大時，電感電流九波形、整流管Ori及0R2的電流波形和端電壓波形、變壓器原邊電壓和電流波形、開關(guān)管。I的端電壓波形，并標注出各時間段內(nèi)各變量的幅值。(注：忽略勵磁電流)(3)計算開關(guān)管的平均電流和峰值電流。答：(1)整個范圍內(nèi)電感電流連續(xù)時所需的電感值為LW13.65xlCT^H)電感電流連續(xù)時的占空比變化范圍為0.545?0.667。(2)輸入電壓最大時，電感電流的脈動量= 2/7-片8(A)故電感電流的峰值為14A,最小值為6A。波形如圖5-8所示(3)晶體管承受的電流等于原邊電流，故平均電流：/Q1=/Q2=0.273(A)峰值電流：/Qlmax=/Q2niax=1.4(A)圖5-85-10圖5.14(d)所示半橋變換器，副邊采用雙半波整流電路(略去。FW)。輸入電壓Uin為500V±10%,Ucdi=Ucd2=Uin/2,輸出電壓U。為20V,最大輸出功率600W,最小輸出功率100W,工作頻率為100kHz,Np：Mi：M2為(1)推導(dǎo)電感電流連續(xù)時的電壓傳輸比WUin。(2)計算保證整個工作范圍內(nèi)電感電流連續(xù)所需的電感值及占空比變化范圍：(3)在理想條件下，電感無窮大，畫出最高輸入電壓時，電感電流山，勵磁電流iM，整流管Or卜OR2、開關(guān)管9的電流波形和變壓器原邊繞組的電流和端電壓波形，并標出幅值大小；Imax(2)整個范圍內(nèi)電感電流連續(xù)時所需的電感值為八2.73*103(14)(4)計算開關(guān)管以及整流管的電壓電流應(yīng)力(忽略電感電流紋波)。(1)Imax(2)整個范圍內(nèi)電感電流連續(xù)時所需的電感值為八2.73*103(14)(4)計算開關(guān)管以及整流管的電壓電流應(yīng)力(忽略電感電流紋波)。(1)電感電流連續(xù)時電壓傳輸比UMUin為電感電流連續(xù)時的占空比變化范圍為0.727?0.889。(3)波形如下圖所示:(4)晶體管承受的電壓、電流應(yīng)力UQ=qnmM=55O(V)(7=1,2,3,4)

=^L/omax=3(A)整流管承受的電壓、電流應(yīng)力心廣力毆觸…=55(V)ZDRlmax=ZDR2max='max=3(XA)5-11如圖5.18(e)所示全橋變換電路，。|、。4同時開關(guān)，。2、03同時開關(guān)，開關(guān)頻率為50kHz。(1)請問變壓器磁芯單向磁化還是雙向磁化？(2)若輸入電壓為400V±10%,變壓器匝比Np：M=10：1,則能夠輸出的最高電壓為多少？(3)若輸出電壓為24V,峰值功率IkW.￡f=10)iH,輸入電壓與匝比同(2),試求開關(guān)管以及整流管的電壓電流應(yīng)力。(4)開關(guān)管、整流二極管應(yīng)該選用哪種類型？答：(1)變壓器磁芯是雙向磁化。(2)由于全橋變換器也相當于一個隔離型Buck變換器，因此能夠輸出的最高電壓為/皿=44")(3)全橋變換器四只開關(guān)管的電壓應(yīng)力為%=Ue=440(V)(j=123,4)開關(guān)管的電流應(yīng)力為^Qjmax=4.712(A)整流二極管的電壓應(yīng)力為Udri=Udr2=88(V)整流二極管的電流應(yīng)力為^DRImax=^DR2max=^Lfmax=47.12(A)(4)開關(guān)管選擇MOSFET,輸出整流二極管選擇肖特基二極管。第6章逆變電路6-1有源逆變和無源逆變的定義是什么？兩者有何不同？答：有源逆變，是指將直流電變換成交流電并饋入交流電網(wǎng)的逆變方式；無源逆變，是指將直流電變換成穩(wěn)定可控交流電壓，供獨立負載使用。兩者的主要不同是無源逆變需要控制輸出交流電壓，而有源逆變則只需要控制并入電網(wǎng)的電流。6-2什么是電壓型、電流型逆變器，兩者各有什么特點？對電力電子器件或無源器件的要求有什么不同。答：電壓型逆變器的直流側(cè)輸入為電壓源：而電流型逆變器的直流側(cè)輸入為電流源。電壓型逆變器的輸入端通常并聯(lián)大電容，且在實際工作中由于需要設(shè)置死區(qū)，功率器件需要有反并聯(lián)二極管或體二極管；電流源型逆變器的輸入端通常串聯(lián)大電感。由于輸入電流方向保持不變，為了使開關(guān)器件具有反向阻斷能力，通常在每個功率器件上正向串聯(lián)一個二極管。6-3電壓型和電流型逆變器的二極管各起什么作用？答：電壓型逆變器的二極管主要起到死區(qū)時間內(nèi)的續(xù)流作用;電流型逆變器的二極管主要起到承受反壓，使開關(guān)器件具有反向阻斷能力。6-4在立流側(cè)電壓和額定功率相等的條件下，單相電壓型半橋逆變器與單相電壓型全橋逆變器相比有何優(yōu)缺點？答：半橋逆變器的輸出電壓基波分量有效值為:也'045%71半橋逆變器的輸出電壓基波分量有效值為：- 2y/2U.U°ifb= =0.9Uin7T-54-電壓型單相全橋逆變器使用器件相對較多，但輸出方波電壓幅值為輸入直流電壓,其基波電壓有效值為在輸入直流電壓和負載不變的條件下，單相全橋逆變器的輸出電壓和輸出電流幅值相比單相半橋逆變器均提高了一倍。6-5請闡述PWM的沖量等效原理。設(shè)正弦波(50Hz)半周期的脈沖數(shù)是5,脈沖幅值是相應(yīng)正弦波幅值的兩倍，試按沖量等效原理計算各個脈沖的寬度？答：(1)PWM沖量等效基本原理進行描述，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在同一慣性環(huán)節(jié)上時，慣性環(huán)節(jié)的輸出基本相同。(2)將各個脈沖的寬度用d(i=l,2,3,4,5)表示，則根據(jù)面積等效原理可得：4=O.O955(rad)=O.3O4(ms)O2=0.25(rad)=0.7958(ms)4=0.309(rad)=O.9836(ms)@=0.7958(rad)=0.7958(ms)%=0.095(rad)=0.304(ms)6-6以采用180。方波控制的單相電壓型全橋逆變器為例，試說明阻性負載和感性負載輸出電壓和電流的關(guān)系？答：阻性負載，輸出電流i。與的的波形相同，電流都從0和Q2中流過，反并聯(lián)二極管D,和Di中并不會流過電流。感性負載時，輸出電流i。的相位滯后于輸出電壓兩者波形也不同，交流側(cè)輸出電壓仍為矩形波，但輸出電流的波形和相位與負載阻抗有關(guān)。當a或。2中流過電流時，io與“。方向相同，直流輸入側(cè)向負載提供能量；當功或功中流過電流時，i。與"。方向相反，負載電感中存儲的能量向直流輸入側(cè)回饋。6-7如圖6.1所示的電壓型單相半橋逆變器，采用180。的方波控制方式。(1)請繪制負載電壓波形，以及純阻性、純感性以及阻感負載下的電流波形；(2)寫出逆變器輸出電壓基波分量的幅值、有效值以及第n次諧波電壓幅值表示式。答：(1)電壓和電流波形如圖解6-1所示。

軸出電壓的〃次諧波電壓幅值為:U=—U-(軸出電壓的〃次諧波電壓幅值為:U=—U-(vmi iimt6-8如圖6.12所示三相橋式電壓型逆變電路，采用180。導(dǎo)電方式，C7in=100Vo請分析該逆變電路的換流順序以及每區(qū)間導(dǎo)通的開關(guān)管編號;Q)繪制負載兩端的相電壓和線電壓波形，并標出各臺階的幅值大小;Q)計算輸出相電壓的基波幅值和有效值，輸出線電壓的基波幅值和有效值，輸出線電壓中5次諧波的有效值。答：（1）開關(guān)管Q-Q6依次導(dǎo)通，驅(qū)動信號間隔為60。，在任何時刻都有三只開關(guān)管同時導(dǎo)通，在6個時間區(qū)間各個開關(guān)管的導(dǎo)通狀態(tài)與順序分別為（。1、。2、Q3）t（。2、。3、。"）一（。3、。4、。5）—?（。4、。5、。6）—?（。5、。6、Q1）—?（。6、。1、。2）。（2）波形如圖解6-2所示（3）相電壓基波分量幅值為：0.64%7T相電壓基波分量有效值為a=&n=0,45ao71線電壓基波分量幅值為：心=迪

兀線電壓基波分量有效值為：=—Um-O.78t7in

71線電壓第5次諧波的幅值為：

1IIIIIIrvVVI2ia0!Qaa060rQiaQz1.--U、J1Ui"2UinU一々in"inu吊6Um-UJ6-2UJ4n/3-2UM3—2U./3”U，3-一2U、J-一""-UJ3a33 R?J3一--2UiJ3cotcotcot(f)t(Otcot(Dt(Ot(Otcot(OtcotcotWan,0“NN'0WCN0MCA“AB0〃BC0“BN0〃BN'0〃CN0“AN000 60° 120° 180°240°300°360°圖解6-26-9請闡述SPWM調(diào)制的基本原理。SPWM波形的生成方法有哪兩種？請指出它們各自的特點及應(yīng)用場合。答:（1）正弦脈寬調(diào)制是通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（形狀和幅值)。在逆變器中，由于輸入電壓是直流電壓，因此所產(chǎn)生控制的脈沖通常也是等幅的，但由于逆變器輸出電壓是交流變化的，故脈沖的寬度通常并不固定，而是按特定規(guī)律周期變化(如正弦變化)=SPWM調(diào)制是基于沖量等效原理實現(xiàn)的。將正弦半波分成n等份，就可以把正弦半波看成是由〃個彼此相連的脈沖序列所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于To/〃，但是脈沖的幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，這些脈沖的幅值根據(jù)其所處的相位(時間軸上的位置)按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列用相同數(shù)量的等幅而不等寬的方波脈沖代替，使方波脈沖的中點和相應(yīng)正弦脈沖波的中點重合，且使兩者相對于時間軸面積相等，就得到PWM脈沖序列，這些PWM脈沖幅值相等，而寬度按照正弦規(guī)律變化。根據(jù)沖量等效基本原理，PWM波和正弦半波對慣性負載是等效的。SPWM波形的生成方法主要有兩種，一種是載波調(diào)制法，另一種是直接計算法。(3)載波調(diào)制法的優(yōu)點是實現(xiàn)方式簡單，即使是需要輸出的波形比較復(fù)雜，也僅需要根據(jù)調(diào)制波與載波的相交點在三角形中的高度求出相應(yīng)的寬度即可。直接計算法也稱為特定諧波消除法，通過計算特定開關(guān)角度下正弦波輸出電壓的各次諧波幅值，利用計算機仿真，以特定低次諧波為零或輸出電壓總諧波含量最小為優(yōu)化目標，搜索求解得到一組最優(yōu)開關(guān)控制信號，在較低的開關(guān)頻率下實現(xiàn)輸出波形的最優(yōu)化，具有直流利用率高、系統(tǒng)效率高等優(yōu)點。在大功率變換應(yīng)用場合，開關(guān)頻率不太高，為了盡量減小低次諧波含量，可采用這種特定諧波消除方法。但是，當需要輸出正弦波的頻率、幅值或相位動態(tài)變化時，或需要輸出的波形不能事先確定，只能實時計算得到時，就需要實時計算每個控制周期PWM波形的寬度和動作時刻，這時直接計算法相當繁瑣耗時，很難實現(xiàn)實時計算。6-10請闡述單極性SPWM調(diào)制、雙極性SPWM調(diào)制和單極性倍頻SPWM調(diào)制的基本原理，繪制示意圖。并分析它們有何不同？答：基本原理見教材。示意圖如下：(a)單極性SPWM調(diào)制答:7-1答:7-1它們之間的異同如下表:雙極性單極性單極性倍頻高頻工作開關(guān)管數(shù)量424輸出脈沖頻率開關(guān)頻率開關(guān)頻率兩倍開關(guān)頻率脈沖電壓變化量2Uint/int/in載波極性雙極性單極性雙極性6-11基于SPWM控制的逆變器輸出波形中的諧波與哪些因素有關(guān)？與SPWM的調(diào)制策略，開關(guān)頻率、調(diào)制波的正弦度等有關(guān)。第7章開關(guān)管的緩沖電路請分析考慮開關(guān)管寄生參數(shù)（即開關(guān)不是理想器件）時，Buck變換器開關(guān)模態(tài)及等效電路，并畫出開關(guān)管和二極管的電壓電流波形。答:如圖7-1和7-2所示。7-2緩沖電路的作用是什么？直流變換罌的基本緩沖電路有哪些？它們之間有什么區(qū)答：(1)緩沖電路的作用是改變開關(guān)管的電壓或電流變化軌跡，減小開關(guān)管開通或關(guān)斷時的交疊區(qū)，從而轉(zhuǎn)移或者減小開關(guān)損耗，降低電壓和電力變化率，減小EML(2)RCD緩沖電路：減小開關(guān)管的關(guān)斷損耗;RLD緩沖電路：減小開關(guān)管的開通損耗。圖7-27-2緩沖電路的作用是什么？直流變換罌的基本緩沖電路有哪些？它們之間有什么區(qū)答：(1)緩沖電路的作用是改變開關(guān)管的電壓或電流變化軌跡，減小開關(guān)管開通或關(guān)斷時的交疊區(qū)，從而轉(zhuǎn)移或者減小開關(guān)損耗，降低電壓和電力變化率，減小EML(2)RCD緩沖電路：減小開關(guān)管的關(guān)斷損耗;RLD緩沖電路：減小開關(guān)管的開通損耗。圖7-2開關(guān)管的主要波形(c)Ri，h](d)s，a](e)[〃，%](f)口6，方］(a)而時刻之前(b)[/<),n]廣、二極管反向恢復(fù)々4在h關(guān)斷過程tot\開通過程2SD7-3請在圖7.17所示的Buck電路中加上RCD緩沖電路，并請簡要說明其工作原理。圖解7-32SD7-3請在圖7.17所示的Buck電路中加上RCD緩沖電路，并請簡要說明其工作原理。圖解7-3(2)以圖解7-3為例，其工作原理詳見721.2節(jié)。7-4請思考反激變換器如何加入RCD緩沖電路？并請簡要分析其工作原理。答：(1)如圖解7-5。圖解7-5(2)工作原理如下:a)當開關(guān)管。開通時，原邊繞組必承受輸入輸入電壓，漏感存儲能量。RCD緩沖電路二極管A承受反壓截止，電容Cs上的能量通過電阻凡放電。在。關(guān)斷期間,-63-圖解74電容Cs電壓下降。b)當開關(guān)管。關(guān)斷時，若無RCD緩沖電路，由于存在漏感，關(guān)斷時有較大電壓尖峰。當加入RCD緩沖電路后，當開關(guān)電壓。上升到超過輸入電壓時，二極管A正偏導(dǎo)通，此時漏感能量同時給結(jié)電容和Cs充電。由于Cs遠大于結(jié)電容，故電壓尖峰上升率低，尖峰小。當漏感能量吸收完成后，Cs將開始下降。若RC取值合理，在。再次開通前，電容Cs的電壓應(yīng)下降到副邊折射回原邊的電壓附近，即(Np/Ns)*U。。7-5請分析RCD緩沖電路中緩沖電容Cs和緩沖電阻Rs的設(shè)計要求。答：緩沖電容應(yīng)折衷選取，一般按照滿載時心上升到5〃的時間為開關(guān)管電流下降時間的3~5倍來選取，即：^=Cs^in//o=(3~5)rf"為開關(guān)管關(guān)斷時電流的下降時間。G=(3~5)G"an為了保證緩沖電容電壓下降到零，應(yīng)該滿足：(3~5"rc<Q由此可得：(3~5)CS7-6請簡要敘述RLD緩沖電路中緩沖電感Ls和緩沖電阻Rs的選取要求。答：為了減小緩沖電阻的損耗，緩沖電感量不宜太大，一般按照滿載時八上升到濾波電感電流的時間為開關(guān)管開通時電壓下降時間的3?5倍來選取。為了保證緩沖電感的緩沖作用，應(yīng)該在開關(guān)管關(guān)斷期間使其電流下降到零，這就決定了緩沖電阻的最小值。緩沖電阻應(yīng)該盡量按照最小值選取，因為緩沖電阻越小，開關(guān)管關(guān)斷時的電壓尖峰就越小。7-7請在圖7.17所示的Buck電路中加上無損關(guān)斷緩沖電路，并分析其工作原理。Ploss(on)圖解7-7工作原理：詳見教材7.3.1.2節(jié)。工作原理：詳見教材732.2節(jié)。第8章直流變換電路的軟開關(guān)技術(shù)7-8請在圖7.17Ploss(on)圖解7-7工作原理：詳見教材7.3.1.2節(jié)。工作原理：詳見教材732.2節(jié)。第8章直流變換電路的軟開關(guān)技術(shù)7-8請在圖7.17所示的Buck電路中加上無損開通緩沖電路，并分析其工作原理。圖解7-88-1請畫出零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)的電壓和電流波形圖，并分析兩者的特點。答：如圖解8-1所示。(a)零電流開關(guān)本Dkw2;。、2開通過程關(guān)斷過程Ploss(off)=0 _nPlosMon）=U Ploss（oiT）o——Iq H r開通過程 關(guān)斷過程（b）零電壓開關(guān)圖解8-1軟開關(guān)時開關(guān)管的電壓和電流波形零電流開關(guān)特點：在開關(guān)管開通時，限制其電流的上升率，使其緩慢上升，減小了電流和電壓交疊區(qū)內(nèi)電流的大小；而在開關(guān)管關(guān)斷前，使其電流減小到零，從而完全消除關(guān)斷損耗；零電壓開關(guān)特點：在開關(guān)管開通前，使其電壓下降到零，從而完全消除關(guān)斷損耗；而在開關(guān)管開通時，限制其電壓的上升率，使其緩慢上升，減小了電流和電壓交疊區(qū)內(nèi)電壓的大??；因此，零電流開關(guān)主要控制流過開關(guān)管的電壓變化情況，而零電壓開關(guān)主要控制開關(guān)管兩端電壓的變化情況。8-2單管直流變換器的軟開關(guān)方法有哪幾種，各有什么特點。答：單管直流變換器的軟開關(guān)有以下幾種：1）準諧振變換器：這類變換器的特點是，在一個開關(guān)周期中，諧振元件參與能量變換的某一個階段，不是全程參與。QRCs分為ZCS和ZVS兩類。這類變換器需要采用頻率調(diào)制方法。2）零開關(guān)脈寬調(diào)制變換器：它們是在QRCs的基礎(chǔ)上，加入一個輔助開關(guān)管，將諧振元件的諧振過程分為兩個階段，一個用來實現(xiàn)零電壓開通（或零電流開通）,另一個實現(xiàn)零電壓關(guān)斷（或零電流關(guān)斷）。加入輔助開關(guān)管后，變換器可以實現(xiàn)PWM控制。與QRCs不同的是，諧振元件的諧振工作時間應(yīng)該比開關(guān)周期短的多，一般為開關(guān)周期的1/10~1/5.零開關(guān)PWM變換器也可分為ZCSPWM變換器和ZVSPWM變換器。3）零轉(zhuǎn)換PWM變換器：與零開關(guān)PWM變換器一樣，這類變換器也是工作在-66-PWM方式。不同的是，其輔助諧振電路只是在主開關(guān)管開關(guān)時工作很短一段時間，以實現(xiàn)其軟開關(guān),其它時間則停止工作，這樣輔助諧振電路的損耗很小。零轉(zhuǎn)換億ero-Transition)PWM變換器可分為零電壓轉(zhuǎn)換(Zero-Vbltage-Transition,ZVT)PWM變換器和零電流轉(zhuǎn)換(Zero-Current-Transition,ZCT)PWM變換器，不過ZCTPWM變換器應(yīng)用較少。8-3請比較準諧振變換器與零電壓轉(zhuǎn)換(ZVT)PWM變換器的優(yōu)缺點。答：1)準諧振變換器中，諧振電感和諧振電容一直參與能量傳遞，開關(guān)管和諧振元件的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力較大。而且，準諧振變換器需要采用頻率調(diào)制方法，由于開關(guān)頻率是變化的，其變壓器、輸入濾波器和輸出濾波器不易優(yōu)化設(shè)計。2)零電壓(ZVT)變換器的特點有：①采用PWM控制方式，實現(xiàn)恒定頻率控制；②輔助電路只是在開關(guān)管開關(guān)時工作，其他時候不工作，輔助電路損耗??；③輔助電路不是串聯(lián)在主功率回路中，而是與主功率回路并聯(lián)，減小了輔助電路的損耗；④輔助電路的工作，不會增加主開關(guān)管的電壓和電流應(yīng)力。8-4如圖8.31所示的Buck電路，輸出電感心足夠大，一個開關(guān)周期內(nèi)電流基本保持不變。(1)若要將其變?yōu)槿Ｊ降牧汶娏鏖_關(guān)準諧振變換器(ZCSQRC),需要增加哪些元件？請在圖中補充。(2)若輸入電壓為Uin，請畫出該變換器諧振電感電流、二極管。電流、諧振電容電壓、開關(guān)管。兩端電壓的波形，并標出幅值大小。(3)結(jié)合主要波形，分析該電路的基本工作原理。(4)若要對輸出電壓進行控制，該電路通常采用何種調(diào)制方式，為什么？答：(1)需要增加諧振電感、電容和一個反并聯(lián)二極管。完整電路圖如圖解8-2所示圖解8-2BuckZCS-QRC電路圖(2)如圖解8-3所示(3)略，圖解8-2BuckZCS-QRC電路圖(2)如圖解8-3所示(3)略，詳見教材8.2.2；(4)采用FPM方法，即通過調(diào)節(jié)變換器的開關(guān)頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓。8-5如圖8.32所示的零電壓開關(guān)準諧振Buck電路。輸入電壓為40V,輸出電壓為20V,負載電流變化范圍為5?15A,若諧振電容Cr取為20nF。試計算:(1)保證最小負載電流條件下實現(xiàn)ZVS,諧振電感匕的取值。(2)在上述條件下，計算開關(guān)管承受的最