作业

2.5比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？

答：肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管。

2.7维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？

答：晶闸管流过的电流大于维持电流；通过外部电路使晶闸管流过的电流低于维持电流。

2.8若流过晶闸管的电流波形如题2.8图所示，电流峰值为Im，试求该电流的波形系数，并计算晶闸管的额定电流。

答：IT(AV)?IT?Kf?12????/3Imsin?td(?t)?3Im 4?

12?IT???/3(Imsin?t)2d?t?0.45Im

IT(AV)?1.88

不考虑电流裕量，晶闸管额定电流为0.45Im/1.57=0.29 Im

2.10晶闸管串入2.10图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。

答：在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有触发脉冲，但是流过晶闸管电流低于维持电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。

题2.10图

2.11为什么GTO的内部结构与普通晶闸管相似，但却可以通过施加门极负电流使其关断？

答：GTO是一种多元的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。这种结构使得门极和阴极间的距离大为缩短，P2基区的横向电阻很小，便于从门极抽出较大的电流；其a2较大，使得晶体管V2对门极电流的反应比较灵敏，同时其α1+α2≈1.05，更接近于1，使得GTO导通时饱和程度不深，更接近于临界饱和，从而为门极控制关断提供有利条件。

3.5 如题3.5图所示为理想Buck变换器，已知：Ud=100V，开关频率为20kHz，占空比为D=0.6，电阻为R，电感为L，电容为C。试计算在电流连续状态下的： （1）输出电压；

（2）电感电流的最大值和最小值； （3）开关管和二极管的最大电流； （4）开关管和二极管承受的最大电压。

idUEO+EVTUGuL-iLiLUdVDCicRiouoVT+uL-iiUdVDCRuOia)

解：在电流连续状态下 UdVT题3.5图u

+LVD

-ib)VTLVDCRiCRuUdu（1）输出电压Uo?D?Ui?D?Ud?0.6?100?60V

1?5?10?5s （2）Ts?320?10c)d) ton?D?Ts?0.6?5?10?5?3?10?5sIo?Uo R

稳态电流脉动

VT导通时?iL??Ui?UoUton； VT关断时?iL??o(Ts?ton)； LLUU?Uo1ILmax?Io??iL??o?iton

2R2LUU1ILmin?Io??iL??o?o(Ts?ton)

2R2L已知Uo=60V , Ui=Ud=100V代入上述表达式得

ILmax60100?60606?10?4?5???3?10?? R2LRL6060606?10?4?5?5??(5?10?3?10)?? R2LRLILmin （3）由于电流连续，开关管和二极管的最大电流均为电感电流最

大值，为ISmax?IDmax?ILmax606?10?4?? RL（4）开关管和二极管承受的最大电压均为变换器输入电压 USmax?UDmax?Ui?100V

3.7 Boost变换器中，输入电压在18~30V之间变化，若要求输出电压固定在48V，假定工作在连续导通状态下，求： （1）占空比范围；

（2）连接R=3Ω的电阻负载时的输入电流和输出电流的平均值。 解：（1）Boost变换器输出电压 Uo?1Ui 1?D 从而得到 D?1?Ui Uo 已知Uo?48V

当Ui?Uimin?18V时有占空比最大值Dmax?1? 当Ui?Uimax?30V时有占空比最小值Dmin?1? 占空比范围0.375~0.625

Uimin18?1??0.625 Uo48Uimax30?1??0.375 Uo48（2）输出电流平均值 Io?Uo48??16A R3根据理想变换器输入输出功率平衡原理

UiIi?UoIo，得平均输入电流Ii?UoIo Ui当Ui?Uimin?18VIim?aUoIo4?8?xUimin18时有最大平均输入电流

16?42A. 67当Ui?Uimax?30VIimin?UoIo48?16??25.6A Uimax30时有最小平均输入电流

3.17试设计一个变压器隔离的Buck变换器，已知：Ui=300V，输出电压15V，开关频率为40kHz,占空比D=0.45，不考虑开关管与整流二极管的管压降。设计内容：

（1）画出变压器隔离的Buck变换器的电路拓补（包括去磁电路）（2）计算变压器变比。

解：（1）变压器隔离的Buck变换器的电路拓补

VD+UiN3*VD2*N1iDVT*N2VD1uoC+RLL

（2）由于Uo??D?Ui得到n?1nD?Ui Uo代入数值Ui=300V , Uo=15V , D=0.45有 变压器的变比n?

4.5电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？

答：在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起到缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。

在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由直流侧电感来缓冲。当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时，电流不反向，依然经电路中的可控开关器件流通，因此不需要并联反馈二极管。

4.9正弦脉宽调制SPWM的基本原理是什么？载波比N、电压调制系数M的定义是什么？在载波电压幅值Vcm和频率fc恒定不变时，改变调制参考波电压幅值Vrm和频率fr为什么能改变逆变器交流输出基波电压V1的大小和基波频率f1？

答：SPWM的基本原理可以用冲量等效原理进行描述：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性环节上时，其惯性环节的输出基本相同。这里所谓的“冲量”就是指窄脉冲的面积，而“惯性环节的输出

0.45?300?9 15基本相同”是指输出波形的频谱中，低频段基本相同，仅在高频段略有差异。

令调制波频率为fr，载波频率为fc，则称N=fc/fr为载波比；令调制波的幅值为Urm，载波幅值为Ucm，则称M=Urm/Ucm为调制度。

4.16半控型单相全桥电流型方波逆变器可采用哪几种换流方式？试分析这几种换流方式的基本原理及对逆变器所接负载有何要求。 答：基于晶闸管的半控型逆变器的换流方式可采用强迫换流和和负载换流。

强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的金闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。通常是利用附加电容上的能量实现，也称为电容换流。其对所接负载无要求。

负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载时即负载电流超前于伏在电压时可实现负载换流。其所接的负载要求为容性负载。

5.1 试画出题5.1图所示电路中负载上的电压和电流波形。

udEmUOid?2??t答：

O?2??t

5.5 晶闸管三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相的自然换相点是同一点吗？若不是，它们在相位上差多少度？

答：不是；相差180度。

5.8 三相半波共阴极晶闸管整流电路，反电动势阻感负载，U2=100V，R=5Ω，电感极大，求当α=30°、E=50V时Ud和Id，并画出ud和iVT1的波形。 答：Ud=1.17 U2cosα=101V

Id=(Ud – E)/R=10.2A

ud0Id?tiVT10?t

5.11 三相桥式晶闸管全控整流电路，U2=200V，R=5Ω，大电感负载，当α=30°时，考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 答：Ud=2.34U2cosα=405(V)； Id=Ud/R=81(A) ； IdVT1=Id/3=27(A) ； IVT1=Id/3=47(A)

考虑安全裕量后：额定电压取值范围为1469.7V，

额定电流取值范围为IVT1/1.57*（1.5～2）≈44.9 A～59.9A

6*U2*（2～3）≈979.8

V～

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