电力电子作业及答案[精品文档]

1、设计图3.2(a)所示的Buck DC/DC 变换器。

电源电压Vs=147～220V ，额定负载电流11A ，最小负载电流1.1A ，开关频率20KHz 。

要求输出电压Vo=110V ；纹波小于1%。

要求最小负载时电感电流不断流。

计算输出滤波电感L 和电容C ，并选取开关管T 和二极管D 。

解：①滤波电感L ：v 1100≡v ，电流连续时M=D=sv v 0。

当s v =147v 时，D=110/147=0.75;当v 220=s v 时，D=110/220=0.5。

所以在工作范围内占空比D 在0.5~0.75之间变化。

要电流连续必须最小负载电流)1(20min D Lf V I I sOB o -=≥，应按最小的占空比5.0=D 确定实际运行中的临界负载电流)1(20D Lf V I sOB -=，即要求： H H D I f V L O s 25.11.110202)5.01(110)1(23min 0=⨯⨯⨯-⨯=-≥为确保最小负载电流、最小占空比时，电感电流连续，可选取mH L 5.1=。

②开关关Ｔ和二极管Ｄ的选择：由)93(-式。

电感电流脉动的最大峰－峰值L i ∆为：L i ∆＝A A D Lf V I I s L L 8.11020105.1)5.01(110)1(330min max =⨯⨯⨯-⨯=-=-- 所以：A A i I I L O L 9.11)2/8.111(21max max =+=∆+=A A i I I L O L 1.10)2/8.111(21max min =-=∆-=开关关Ｔ和二极管Ｄ通过的最大峰值电流都是A I L 9.11max =，开关管Ｔ承受的最大正向电压为v V s 220=，二极管Ｄ承受的最大反向电压也是v V s 220=。

若取电流过载安全系数为5.1倍，取过电压安全系数的2倍，则可选V A 500/20的MOSFET P -开关管和快恢复二极管。

③滤波电感C ：由 )1()(28122200D f f LCf D V V sc s -=-=∆π式，可确定输出电压文波小于１％时，所需的Ｌ、c 值：01.0)1()(22200≤-=∆D f f V V sc π，D 越小，00/V V ∆越大，故有： kHZ HZ D f LC f sc 27.15.0101.021*******.02213=-⨯⨯⨯⨯=-⨯≤=πππ 为此要求：F F Lf C cμππ5.101027.1105.14141623222=⨯⨯⨯⨯=≥- 取mH L F c 5.1,12==μ，故有：HZLCf c 17.121==π验算：%1%84.0)5.01()2017.1(22200<≤-=∆πV V ，满足要求。

2、图3.5(a)所示Boost 变换器，输入电源电压 Vs=10～30V ，输出电压被控为恒值V ，开关频率fs=40kHz ，最大输出功率100W ，电流Iomax=2.08A ，最小输出功率10W ，电流Iomin=0.208A ，要求变换器工作时电感电流连续，求最小升压电感L 值及输出电压纹波小于1%时的滤波电容C 。

解：①滤波电感L ：电感电流连续时由DV V D V V M ss -=-==1)1/(1/00式，，得到 。

0/1V V D s -=又。

V V 480≡当。

时，当时，375.0D 30V ;792.0D 10s ====V V V s 电源电压s V 变化时，占空比D 变化范围是792.0~375.0。

临界负载电流OB I ，可由2000)1(2)1(2D D Lf VD D V V Lf V I ss s OB -=-⨯=时334.03/1≈=D ，OB I 有最大值。

s OBm Lf V I 227/0=D 值越接近0.334，OB I 越大。

令最小负载电流m in O I 大于临界负载电流OB I ，可由上式，即,)1(220min D D Lf V I sO ->则： mH H D D I f V L O s 42.0208.010402)375.01(375.048)1(2322min 0=⨯⨯⨯-⨯⨯=-⨯≥取L=0.5mH 。

验算：L=0.5mH,D=0.375时，临界负载电流为：A I A A I O OB 208.0176.01040105.02)375.01(375.048min 332=<=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=-确保了电感电流连续，。

DV V M s -==110 ②滤波电感C ： 由式s c s s f f D RC f D V Cf DI V V =⨯⨯==∆110000，输出电压纹波：01.01100≤=⨯⨯=∆sc s f f D RC f D V V D 越大，则00/V V ∆越大，故：KHz HZ D f RC f s c 505.0792.0104001.001.013=⨯⨯=⨯≤= 负载电阻Ｒ越小，则00/V V ∆越大，最小电阻。

Ω=Ω==2308.2/48/max 0min O I V R c f R C m i n1≥F F C μ8610505.02313=⨯⨯≥取FC μ100=验算：HZ HZ F C 43510100231f 1006c =⨯⨯==-时，μ%1%861.01040435792.0300<=⨯⨯=∆V V ，满足要求。

3、设计图3.12(b)所示的单端反激DC/DC 变换器。

输入直流电压Vs=12V ±10%，开关频率fs=100KHz ，额定负载电流1A ，最小负载电流0.1A ，要求输出电压Vo 恒定为48V ，电压纹波小于1%。

假定开关管T 及二极管D 1通态电压降均为1V 。

计算变压器变比N2/N1，计算必须的电感L1，确定C 值并选择开关管T 及二极管D 1。

解：开关管Ｔ及二极管1D 导通时压降为１Ｖ，%,1012±-V V s 则变压器1N 绕组电压1V 的变化范围为（19.012-⨯）～（11.112-⨯）Ｖ＝９.８～１２.２Ｖ。

,480v V =则二极管导通时变压器2N 绕组电压()V V V 491482=+=。

取占空比Ｄ＝０.５，选取变压器变化比12/N N用1V 代替s V D D N N V -=1120中的s V ，用2V 代替s V DDN N V -=1120中的0V ，得到：45.45.05.01114911212=-⨯=-⨯=D D V V N N 取。

5.4/12=N N在012021021111V V N N V VN N V V N N D sss ⨯+=⨯+⨯=式中，用2V 代替得到：代替Ｖ用ｓ10V ,V 21120121111V V N N V V N N D s⨯+=⨯+=为：值故最小，最小值为的最大值为越小，Ｖ越大，越大，一定时，　１min 22112,49)148(,8.92.12/V V D D V V v v D V V =+=4716.0492.125.411min =⨯+=D最大D 值max D 为： 526.0498.95.411max =⨯+=D临界负载电流为： 021221)1(21)(V D f L N N I sOB -= 令最小负载电流为：210221min )1(2D fL V N N I I s OBO -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=≥则要求：()H H L μ341.010********.0149)5.41(3221≈⨯⨯⨯-⨯⨯≥ 取则：,401H L μ=()A I A A I O OB1.0085.010100104024716.01495.41min 3622=<=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=- 输出电压脉动计算公式与BOOST 电路相同，由01.0110000≤=⨯⨯==∆s c s s f f D RC f D V Cf DI V V ，其中。

RCf c 1= D 越大，R 越小，所以：，越大。

本题中,481/48R 526.0D min max 0Ω===∆V V kHZ HZ D f RC f s c 9.1526.01010001.001.013=⨯⨯=⨯≤=要求：F f R C c μ96.10109.148113=⨯⨯=∙≥取Ｃ＝F μ12验算：满足要求。

%,1%91.0100736.1526.0,736.11012481006<=⨯=∆=⨯⨯=-V V KHZ HZ f c 选开关管及二级管：负载电流,10A I =折算至变压器侧：1NA N N I 5.4112'0=⨯= 1N 绕组的等效电感s s DT L V D I N N i i H L 1012110max 1121I ,40+-∙=∆+==由μ式，开关管Ｔ导通期间电流最大值：1012max 1max 21L DT V D I N N I I s s T +-∙== A ⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯+-⨯=-361010*********.02.12526.0115.4 A A 3.10)8.05.9(=+= 图中，二极管1D 在Ｔ关断瞬间m ax 1i i T =时开始导通，这时1N 绕组电流max 1I 转到2N 绕组电流绕组初值电流为：由有最大值2max D 201,20,I N i i i D = m a x 12120I N N i =式：。