电力电子学第三章课后作业答案

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1、3.1.直流-直流电压变换中开关器件的占空比Q是什么？推证图3.1(c)所示脉宽时间为心、脉宽角度为°、周期为几、幅值为人的方波脉冲电压"。⑴的直流平均值及各次谐波的幅值。解答：占空比Q是开关管导通时间①与开关周期心的比值。图3.1(c)中方波脉冲电压勺⑴nJ以表示为如下傅立叶表达式："2V匕,(血)=+£—sm(“Dr)・cos(〃血)B=1H71其中常数项为直流平均值，即Vo=DVs各余弦项为各次谐波，其幅值为；2匕・，&、2匕./八、。a-—sin(/?—)=—sm(nD7i)H7T2/?兀32脉冲宽度调制PWM和脉冲频率调制PFM的优缺点是什么？解答：脉冲宽度调制方式PWM,

2、保持心不变(开关频率不变)，改变口调控输出电压匕。脉冲频率调制方式PFM。保持口不变，改变开关频率或周期调控输出电压上。°实际应用屮广泛采用PWM方式。因为采用定频PWM开关时，输出电压中谐波的频率固定，滤波器设计容易,开关过程所产牛电磁干扰容易控制。此外由控制系统获得可变脉宽信号比获得可变频率信号容易实现。但是在谐振软开关变换器屮为了保证谐振过程的完成，采用PFM控制较容易实现。3.3.Buck变换器中电感电流的脉动和输出电压的脉动与哪些因数有关，试从物理上给以解释。解答：电感电流的脉动量与电感量厶、开关频率/：、输入电压匕、输出电压纭有关，输出电压的脉动虽与电感量厶、电容量C、开

3、关频率/；：输出电压町衬关。电感量厶、电容量C越人其滤波效果越好，而开关频率/；越高，滤波电感的交流阻抗3厶就很人，它对直流电压的阻抗基本为0,同时滤波电容的交流阻抗乂厶很小。3.4.Buck变换器断流工况下的变压比M与哪些因数有关，试从物理上给以解释。解答：Buck变换器在电流断续工况下其变压比M不仅与占空比D有关，还与负载电流的人小、电感厶、开关频率几以及电压诊等有关。3.5.图3.2(a)、3.5(a)电路稳态时在一个开关周期中，电感电流的增量A/产0,电感厶的磁通增量是否为零，为什么？电容C的电流平均值为零，电容C端电压的增量是否为零,为什么？解答：电路处于稳态吋，在一个开关

4、周期内电感电流的增E^=0，同吋电感厶的磁通增量/A=0,因为如果一个周期内电感的磁通增量4”工0,那么电感上的磁通将无法复位,也即电感上的能量不断累积，最终将达到饱和，其至烧毁电感，所以稳态工作时应使一个开关周期内电感厶的磁通增量J^=0o电容c的电流平均值为0,那么电容C端电压的增量也为0,因为稳态时一个周期内电容上的充电电荷等于放电电荷，即电容上电荷增量40=0,而电容端电压增量4叫=仝，故电容°端电压的增量也为0。C3.6.Buck变换器中电流临界连续是什么意思？当负载电压％、电流厶一定时在什么条件下可以避免电感电流断流？解答：Buck变换器屮电感电流临界连续是指处于电感电流

5、连续和电感电流断流两种工况的临界点的工作状态。这时在开关管阻断期结束时，电感电流刚好降为零。当负载电压沧、电流厶一定时增人电感量厶和提高开关频率都可以避免电感电流断流。3.3.开关电路实现直流升压变换的基本原理是什么？解答：为了获得高于电源电压冬的直流输出电压诊，―•个简单而有效的办法是在变换器开关管前端插入一个电感厶如右图所示。在开关管T关断时，利用图中电感线圈厶在其电流减小时所产牛•的反电势-（在电感电流减小时，eL=-LdiL/dt为正值），将此电感反电势勺与电源电压匕串联相加送至负载，则负载就町获得高于电源电压Vs的直流电压纭，从而实现直流升压变换。3.4.Boost变换器为

6、什么不宜在占空比D接近1的情况下工作？解答：因为在Boost变换器中，开关悖导通时，电源与负载脱离，其能量全部储存在电感屮，当开关管关断时，能量才从电感屮释放到负载。如果占空比D接近于1,那么开关接近于全导通状态，儿乎没冇关断时间，那么电感在开关管导通期间储存的能虽没冇时间释放,将造成电感饱和，直至烧毁。因此Boost变换器不宜在占空比》接近1的情况下工作。同时，从Boost变换器在电感电流连续工况时的变压比表达式M=VOIVS=I（-D）也可以看岀，当占空比D接近1时，变压比M接近于无穷人，这显然与实际不符，将造成电路无法正常工作。3.5.升压-降压变换器（Cuk变换器）的工作

7、原理及主要优点是什么？解答：Cuk变换器在一个开关周期中，7；?期间，令开关管T导通，这时电源经电感L1和T短路，L1电流线性增加，电源将电能变为电感L1储能，与此同时电容C1经T对C2及负载放电，并使电感L2电流增人而储能。在随后的心/期间，开关管T阻断，电感L1电流经电容C1及二极管D续流，此时，电感L2也经D续流，L2的磁能转化为电能对负载供电。Cuk变换器的优点是仅用一个开关管使电路同时具冇升、降压功能；而该变换器输入输出电流脉动小。3.6.如何理