第5章 直流-直流开关型变换器 习题答案.docVIP

第5章 直流-直流开关型变换器 习题 第1部分：简答题 1.开关器件的导通占空比是如何定义的？直流－直流开关型变换器有哪几种控制方式，各有何特点？其中哪种控制方式最常用，为什么？ 答：导通占空比被定义为开关期间的导通时间占工作周期的比值，即 ， 直流－直流开关型变换器有三种控制方式： 1）脉冲宽度调制PWM，特点为：周期不变，通过改变导通时间来调节占空比。 2）脉冲频率调制PFM，特点为：导通时间不变，通过改变周期来调节占空比。 3）混合型调制，特点为：导通时间和周期均可改变，来调节占空比。 其中PWM最常用，因为载波（开关）频率恒定，滤波器设计较容易，且有利于限制器件的开关损耗。 2.画出带LC滤波的BUCK电路结构图。并回答下列问题：实用的BUCK电路中为什么要采用低通滤波器？为什么要接入续流二极管？设计滤波器时，滤波器的转折频率应如何选取，为什么？ 答：带LC滤波的BUCK电路结构图如下： 1）实用Buck电路采用低通滤波器可以滤除高次谐波，使输出电压更接近直流。 2）续流二极管的作用是：当开关VT断开时，构成续流回路，释放电感储能。 3）滤波器的转折频率fc应远小于开关频率fs，以滤除输出电压中的高次谐波。 3.画出BOOST电路结构图，并简述BOOST电路中二极管和电容的作用。 答：BOOST电路结构图如下： 二极管的作用：规定电流方向，隔离输出电压。 电容的作用：在开关断开期间，保持负载电压。 4.简述稳态电路中电感和电容上电压、电流的特点，并分析其物理意义。 答： 1）稳态时，电感上的电压在1个周期上平均值为零，即伏秒平衡。物理意义是: 稳态时电感中磁通在1个周期内净变化量为零。 2)稳态时，电容上的电流在1个周期上平均值为零，即安秒平衡。物理意义是：稳态时电容上电荷在1个周期内净变化量为零。 5.为什么BUCK电路可以看作是直流降压变压器，而BOOST电路可以看作是直流升压变压器？这种变换器与真正的变压器相比有何异同之处？ 答： 1）因为在连续导通模式下，Buck和BOOST电路都可以通过调节占空比D,使变压比Uo/Ud在0～1和大于1的范围内连续调节，因此从变压角度看，可将它们视为直流降压变压器和升压变压器。 2）和真正变压器相比，相同之处在于：Uo/Ud，Io/Id的表达式相同。 不同之处在于：对于Buck电路，尽管平均电流Id与Io之间也符合变压器的变比关系，但id瞬时值不是直流，含有与开关频率有关的脉动量。BOOST电路不能空载工作。 6.关于输出电压的脉动，回答下列问题：1）输出电压的脉动率是如何定义的？2）其它条件不变时，电容值的变化对输出电压的脉动率的大小有何影响，并定性地分析产生这种影响的原因？3）其它条件不变时，器件开关频率的变化对输出电压的脉动率的大小有何影响，并定性地分析产生这种影响的原因？4）以BUCK电路为例，说明如何进行合理的设计，以保证较小的输出电压的脉动率。 答： 1）输出电压脉动率= 2）电容值越大，输出电压脉动率越小。理由是：电容越大，滤波效果越好，越小，使输出电压脉动率减小。 3）器件开关频率越高，输出电压脉动率越小。理由是：开关频率越高，输出电压中包含的高次谐波的频率越高，经电容滤波后衰减越大，则越小，使输出电压脉动率减小。 4）BUCK电路在连续导通模式下，输出电压脉动率为： 可见，合理选择LC，即使可LC足够大，则可保证足够小的输出电压的脉动率。 7.什么是寄生元件效应，该效应对BOOST电路的变压比有何影响？从控制角度，应如何减小寄生效应的不良影响。 答： 1）电感，电容，开关，二极管等元件上的损耗产生了寄生元件效应，当D接近1时，实际的变压比有所下降。 2）应用时，一般要限制占空比D使其不要过大，以使寄生效应不明显。 8.关于DC－DC可逆变换器（斩波电路），回答下列问题：1）简述为什么BUCK电路和BOOST电路只能工作于输出特性Vo-Io平面中的一个象限中。2）什么是可逆斩波电路？简述可逆斩波电路的种类，并结合其电路结构的特点说明其为什么能实现可逆运行。3）在桥式DC－DC变换器中，为什么每个桥臂中的两个器件通常工作在互补开关方式下？每个桥臂中的两个器件在其开关过程中为什么要设置死区时间？4）全桥DC－DC变换器通常采用哪两种控制方式，它们的控制效果有何差别？ 答： 1）BUCK电路和BOOST电路输出电流是单方向的，电压也不能反向，故只能工作于输出特性V0-I0平面中的一个象限内。 2）电能可以双向流动的斩波电路叫可逆斩波电路。 可逆斩波电路分为半桥可逆斩波电路，全桥可逆斩波电路。下面以半桥可逆斩波电路（如下图所示）为例，说明其可逆运行的原理。 半桥可逆斩波电路可看作是降压斩波电路和升压斩波电路的组合。其中V1和VD1构成降压斩波电路，向