电力牵引变流技术课题

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1、课题四开关电源开关电源是一种高效率、高可靠性、小型化、轻型化的稳压电源，是电子设备的主流电源。广泛应用于生活、生产、军事等各个领域。各种计算机设备、彩色电视机等家用电器等都大量采用了开关电源。本课题介绍了开关电源的相关知识：开关器件（电力晶体管、电力场效应晶体管）、DC/DC变换电路、开关状态控制电路以及软开关技术。一、本课题学习目标与要求1．掌握开关电源主要器件（大功率晶体管GTR、功率场效应晶体管MOSFET）的工作原理和特性。2．掌握DC/DC变换电路的基本概念和工作原理。3．了解PWM控制电路的基本组成和工作原理。4．熟悉PWM控制器集成芯片。5．了解软开关的基本概念。二、

2、主要概念提示及难点释疑1．电力晶体管在电力电子技术中，GTR主要工作在开关状态。晶体管通常连接称共发射极电路，NPN型GTR通常工作在正偏（Ib>0）时大电流导通；反偏（Ib<0）时处于截止高电压状态。因此，给GTR的基极施加幅度足够大的脉冲驱动信号，它将工作于导通和截止的开关工作状态。2．电力场效应晶体管当D、S加正电压（漏极为正，源极为负），UGS=0时，D、S之间无电流通过；如果在G、S之间加一正电压UGS，当UGS大于某一电压UT时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使P型半导体反型成N型半导体而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。电

3、压UT称开启电压或阀值电压，UGS超过UT越多，导电能力越强，漏极电流越大。3．DC/DC变换电路50DC/DC变换电路是将一种直流电源变换为另一种直流电源的电力电子装置。常见的DC/DC变换电路有非隔离型电路、隔离型电路和软开关电路。（1）降压斩波电路降压斩波电路是一种输出电压的平均值低于输入直流电压的电路。输出电压平均值为式中k为斩波器的占空比（2）升压斩波电路升压斩波电路的输出电压总是高于输入电压。输出电压平均值为　（3）升降压斩波电路升降压斩波电路可以得到高于或低于输入电压的输出电压。输出电压为：上式中，若改变占空比k，则输出电压既可高于电源电压，也可能低于电源电压。由此可

4、知，当0

5、o将高于式中的计算值，并随负载减小而升高，在负载电流为零的极限情况下，。（8）推挽电路当滤波电感L的电流连续时，有如果输出电感电流不连续，输出电压Uo将高于式中的计算值，并随负载减小而升高，在负载电流为零的极限情况下，。4．开关状态控制电路开关状态的控制方式主要有占空比控制和幅度控制两大类。占空比控制又包括脉冲宽度控制和脉冲频率控制两大类。目前，集成开关电源大多采用PWM控制方式。5．软开关技术50在原有硬开关电路的基础上增加一个很小的电感、电容等谐振元件，构成辅助网络，在开关过程前后引入谐振过程，使开关开通前电压先降为零，这样就可以消除开程中电压、电流重叠的现象，降低、甚至消除开

6、关损耗和开关噪声，这种电路称为软开关电路。具有这样开关过程的开关称为软开关。三、学习方法1．对比法。电力晶体管和电力场效应晶体管的学习要对照模拟电子技术中所学的晶体管和场效应管，其结构、工作原理、特性以及参数都类似。2．讨论分析法：读者要学习与他人讨论分析问题，并了解其他读者的学习方法和学习收获，提高学习效率。四、典型题解析例4-1降压式斩波电路，输入电压为27V±10%，输出电压为15V，求占空比变化范围；解：降压斩波电路输出电压，则，则，则      例4-2 升压式斩波电路，输入电压为27V±10%，输出电压为45V，输出功率为750W，效率为95%，若等效电阻为R=0.05

7、Ω。（1）      求最大占空比；（2）      如果要求输出60V，是否可能？为什么？解：输入电流的平均值为设Ii为理想的常值，则50（1）当取最小值时，k为最大值（2）如果要求输出电压60V，此时占空比为理论上说明此电路是可以输出60V电压的。      例4-3 有一降压斩波电路，U=120V，负载电阻R=6Ω，开关周期性通断，通30μs，断20μs，忽略开关导通压降，电感L足够大。试求：（1）      负载电流及负载上的功率。（2）      若要求负载