电力电子技术第5章-复习题-答案

第5/10章 直流-直流变换电路 习题与答案

第1部分：填空题

1.直流斩波电路完成的是直流到 另一种直流 的变换。

2.直流斩波电路中最基本的两种电路是 降压（Buck ） 电路和 升压（Boost ） 电路。

3.斩波电路有三种控制方式： 脉宽调制（PWM ）、脉频调制（PFM ） 和 PWM/PFM 混合调制 ，其中最常用的控制方式是：脉宽调制（PWM ） 。

4.脉冲宽度调制的方法是： 开关周期 不变， 开关导通 时间变化，即通过导通占空比的改变来改变变压比，控制输出电压。

5.脉冲频率调制的方法是: 开关导通 时间不变， 开关周期 变化，导通比也能发生变化，达到改变输出电压的目的。该方法的缺点是： 开关频率 的变化范围有限。输出电压、输出电流中的 谐波频率 不固定，不利于滤波器的设计 。

6.降压斩波电路中通常串接较大电感，其目的是使负载电流 平滑 。

7.升压斩波电路使电压升高的原因：电感L 在开关管导通期间将电能转换为磁能储存起来，以实现电压泵升 ，电容C 在开关管导通期间给负载供能以使输出电压连续平滑 。 8.升压斩波电路的典型应用有 直流电动机传动 和 功率因素校正（APFC ） 等。

9.升降压斩波电路和Cuk 斩波电路呈现升压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0.5小于1 ；呈现降压状态的条件是开关器件的导通占空比为 大于0小于0.5 。

10.设Buck 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =10V ，占空比D =0.6，则输出

电压U O ＝ 6V 。

11.设Boost 型DC-DC 变换器工作于CCM 模式，设输入电压U i =12V ，占空比D =0.8，则输出

电压U O ＝ 60V 。

13.开关型DC-DC 变换电路的三个基本元件是 开关管 、 电感 和 电容 。

14. 斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第 1 象限，升压斩

波电路能使电动机工作于第 2 象限，电流可逆 斩波电路能使电动机工作于第1和第2象限。

15.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，可使电动机工作于第 1、2 象限。

16.复合斩波电路中，电流可逆斩波电路可看作一个 降压 斩波电路和一个 升压 斩波电

路的组合；多相多重斩波电路中，3相3重斩波电路相当于3个 降压 斩波电路并联。 第3部分：计算题

1、已知一BUCK 型DC-DC 变换器的输入电压为V U V i 2010≤≤,输出电压U O 为5V ，纹波电压为O O U U %5.0=∆，负载电阻的变化范围为：Ω≤≤Ω101L R ，试： 1） 画出BUCK 变换器的主电路图

2） 求工作频率为10KHZ 和50KHZ 下所需临界电感、电容值 3） 选择晶体管的型号规格。

解：1）BUCK 变换器的主电路图如下所示

R L

+ -

2）占空比的范围：

i O U U D =

⇒min max i O i O U U D U U ≤≤，即：105205≤≤D ，

所以，5.025.0≤≤D

由于，临界电感为f R D L L

C 2)1(-=

，代入min D D =和max L L

R R =可得工作频率为10KHZ 和50KHZ 下所需临界电感分别为：

H f R D L L C μ3751010210

)25.01(2)1(3

10=⨯⨯⨯-=-=

H f R D L L C μ751050210

)25.01(2)1(3

50=⨯⨯⨯-=-=

3）取电感量为临界电感量的2倍，则 H L L C μ750375221010=⨯==

H L L C μ150********=⨯==

由此可得不同工作频率下的峰值电感电流为：

A Lf D U I I O O TP 25.51010107502)

25.01(5152)1(3

610=⨯⨯⨯⨯-+=-+

=-

A Lf D U I I O O TP 25.51050101502)

25.01(5152)1(3

610=⨯⨯⨯⨯-+=-+

=-

4) 根据

28)

1(LCf D U U O O -=

∆，移项可得

F

C μ250)1010(5%5.0107508)

25.01(52

3610=⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=

-

F C μ50)1050(5%5.0101508)

25.01(52

3610=⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=

-

5) 晶体管的电压、电流峰值为：

V U U i TM 20max ==

A I I TP TM 25.5==

2、已知BUCK 变换器的输入电压i U 范围为24~36V ，负载电阻L R 变化范围为Ω108~12，输出电压U O 为18V 。若工作频率f =30KHZ 。试： （1）画出BUCK 变换器主电路图

（2）若变换器在整个范围内工作在连续模式，求占空比变化范围； （3）求保证整个工作范围电感电流连续时的电感值； （4）当输出纹波电压O O U U %2=∆，求滤波电容值； （5）如取电感临界连续电流为2A ，求所需的电感量。 解：1）Buck 变换器的主电路图如下所示：

L

+ -

2）变换器的输出电压为：i O DU U =，所以，

5.03618

max min ===

i O U U D 75.024

18

min max ===i O U U D

所以，占空比的变化范围为：75.0~5.0 3）临界电感为：

i

O i

L O O C fU U U R D fP U L 2)

()1(22-=-= 所以，保证整个工作范围内电感电流连续时的电感值为：

H fU U U R D fP U L i O i L O O C μ90036

10302)

1836(1082)()1(23

max max max min min 2max =⨯⨯⨯-⨯=-=-= 4）取电感值H L μ900=,根据纹波要求，有：

F U U Lf U U U C O i O i O μ20018%5.036)1030(109.08)1836(188)(233max 2max min =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯=∆-=-

所以，可取滤波电容的值为F μ470。 5）根据临界电感公式：i

O i

L O O C fU U U R D fP U L 2)

()1(22-=-=可知，电感临界连续电流为2A 时，所需的最小电感量为：

H D fP U L O O C μ75)5.01(18

21030218)1(23

2

min 2min =-⨯⨯⨯⨯=-=