电力电子技术第八章第九章部分课后习题答案(南航)

补充题：SOA的构成？

答：功率晶体管的SOA由四部分组成。 1) 集电极最大允许电流IeM

2) 基极开路，集电极—发射极之间的最高允许电压U(BR)ceo 3) 晶体管集电极最大允许功率损耗PCM 4) 二次击穿电流水平IS/B

功率场效应管的SOA由三部分组成 1) 漏—源击穿电压U(BR)DS 2) 等功耗线PDM

3) 最大允许漏极电流IDM

8-5图8-5中晶体管的β可在8~40间选择。RC=11Ω，电源电压EC=200V，基极输入电压UB=10V。如果UCES=1.0V和UBES=1.5V。求：（a）过驱动系数ODF=5时RB的值；（b）强制β值；（c）晶体管功率损耗PC。

ibRcicEcUce=0icUce＞1VEcRc饱和区放大区(Ib)Ib4＞Ib3＞ubRbib+QUceube-(a)0Ib2＞ube0Ib1Ib=0Ecuce(b)(c)截止区解：(1)取??30

UCES?1.0时，iibs?

CS?EC?UCES200?1.0??18.09ARC1118.09?0.603A?30U?Ubes10?1.5ib?b?RbRb??8.5??R?ibb?ODF??5??ibS0.603Rb?2.8?ICS18.09??6Ib?8.5??? 2.8??(3)PC?UcesIcs?1.0?18.09?18.09W(2)强制电流增益?f?iCS

8-9电路总电流为20A，用两个MOSFET管并联分担，一个管子的UDS1=2.5V，另一个是UDS2=3V。如用串联源极电阻（a）RS1=0.3Ω，RS2=0.2Ω及（b）RS1=RS2=0.5Ω来均流，求每个晶体管电流和两管漏极电流之差。

解：设S接地，U

DS?E

E?UDS1E?UDS2??20A RS1RS2（1）RS1?0.3?,RS2?0.2?时

E?2.5E?3??20 0.30.2 E?5.2V ID1?9A,ID2?11A

漏极电流差ID2?ID1??2A，ID2?ID1

（2）RS1?RS2?0.5

E?2.5E?3??20 0.50.5 E?7.75 ID1?10.5A,ID2?9.5A

漏极电流差ID2?ID1?1A，ID1?ID2

补充题：①IGBT的SOA构成？

答：IGBT的正偏安全工作区与场效应晶体管相似，由ICM、U(BR)ceo和等功耗线决定的。由于IGBT含有GTR的特性，在某些情况下也会出现二次击穿的问题。

②何为掣住效应，有何措施避免？

答：当集电极电流在到一定程度，Rb上的压降使NPN晶体管导通，从而进入正反馈状态而失去控制作用，成为晶闸管状态，这就是所谓掣住效应或栓锁效应。

针对掣住效应的原因，有两种措施：

①在关断时，IGBT由导通转为截止，受到重加集电极电压上升率的限制。过大的电压上升率会引起掣住效应。措施：仔细设计缓冲电路，降低集电极电压上升率

du。 dt②在导通期间，负载发生短路，IGBT的集电极电流急剧增大，如不加限制，就可能进入掣住状态。措施：设计保护检测电路，检测集电极电压，若其升高，则减小UGE，抬高UCE，从而降低IC。

③拖尾现象如何产生？

答：IGBT有两种载流子参与导电，少数载流子需要复合时间IGBT的开关速度就变慢了。同时，在关断时不能用加反向电压强迫少数载流子加快复合来缩短开关时间，少数载流

子消失由少子寿命决定，这就出现IGBT特有的关断时电流拖尾现象。

9-1降压式变换器电路如图，输入电压为27V±10%，输出电压为15V，最大输出功率为120W，最小输出功率为10W。若工作频率为30kHz，求（1）占空度变化范围；（2）保证整个工作范围电感电流连续时电感值；（3）当输出纹波电压ΔU0=100mV时滤波电容值；（4）电感临界连续电流为4A时电感量，及最小输出时的占空度；（5）如线圈电阻为0.2Ω，在最低输入电压，最大功率输出时最大占空度和效率。

解：（1）D?U0U iDU0max?U?1527?90%?61.7%imin

DU0min?U?1527?1.1?50.5% imaxD的范围:50.5%~61.7%

（2）P?U0I0，I0?PU 0IPmax0max?

U?12015?8A0

I0min?PminU?10?2?0.67A0153 I2G?I0min?3A

I?UiTG2LD(1?D)

L?UiTD(1?D)2I0min

UOD(1?D) ?DU(1?D)2fI?o0min2fI0min?Uo(1?Dmin)2?I0min

?15?1?0.5?02?2?50.18?53?30?130?0.1856mH

（3）C?UiD(1?D)8Lf2?U C?13H0

Ui

?U0?U0???1??Ui?Ui??8Lf2?UC，Ui取Uimax?27?110%

15??15?1??27?110%???8?0.1856?10?3?302?106?100?10?3?0.0556mF ?55.6?F（4）IG?4A

IG?

UiTD(1?D) 2LL?UiTD(1?D)U0，D取Dmin?

2IGUimax

15??15??1??27?1.1?? ?2?4?30?0.031mH

P0?10W,I0?

2A时，Uimin?27?0.9?24.3 3U01? 2Uimin1?I04IGmaxD??

D2??I0U0

4IGmax?Ui?U0?

I0U0UT4i?Ui?U0?8L2?15?30?103?0.031?10?3?3

24.3??24.3?15?2?0.0823D?0.287

（5）R?0.2?，Ui?27?0.9?24.3V，P0?120W，I0?

120?8A 15D?U0?RI015?0.2?8??0.68 Ui24.3

y?P0120??90.4%

P0?P损120?0.2?82

9-2升压式变换器另外两种接法如图9-2(a)，晶体管工作在工关状态，电感电流连续，占空度为D，求U0U1。

iLi1maxi2maxi1mini2mint

解：Q导通时，Ui?L1diL1?i?L11 dtTONUiTON L1diL?i?L dtTOFF

?i1?

Q关断时，Ui?U0?L

?i2?Ui?U0TOFF L i1max×N1=i2max×(N1+N2) I1min×N1=i2×(N1+N2)

?i1N1?N2? ?i2N1

LN1又 1?

L?N1?N2?22可得：

U0N1?N2DN1?N2D1N2D??1???? UiN11?D(1?D)N11?DN11?D

解法2： （磁通平衡，伏秒面积相等） Qon时， ??on??0Ton0U1Uidt?iDT N1N1U?Ui1(Uo?Ui)dt?o(1?D)T

N1?N2N1?N2Qoff时，??off??Toff???on???off

UiU?UiDT?o(1?D)T N1N1?N2Uo?Ui(N1?N2)D?UiN1(1?D)UN?N2D?o?1UiN1?N1D度为D，求U0U1。

解：Q导通时，Ui?L1

升压式变换器另外两种接法如图9-2(b)，晶体管工作在工关状态，电感电流连续，占空

diL1?i?L11 dtTONUiTON L1diL?i?L dtTOFF

?i1?

Q关断时，Ui?U0?L

?i2?Ui?U0TOFF L i1max×(N1+N2)=i2max×N1 i1×(N1+N2)=i2×N1

L1(L1?L2)2? 且 2L2L1即得：

UoN1D???1 UiN1?N21?D

9-3升压式变换器等效电路如图9-13，输入电压27V±10%，输出电压45V，输出功率750W，假定效率95%，若电感和晶体管导附加等效电阻0.05Ω，（1）求最大占空度；（2）如要求输出60V，是否可能？为什么？

解：Uimax?27?2.7?29.7V

Uimin?27?0.9?24.3V

Ii?P0750??32.5A

?Uimin95%?24.3Dmax对应Uimin，U0?的情况：

Ui?RIi

1?DUi?RIi24.3?0.05?32.5? U0451?Dmax?

Dmax?0.496

U0?60V时，1?D?

∴可能输出60V

Ui?RIi24.3?0.05?32.5 ?6060D?0.622?62.2%?1

9-5单端反激变换器采用如图9-5所示电路，两个晶体管同时开关。问该电路与图9-15有何异同，比较两个电路的特点。如果题图9-5所示电路为正激式，如果输出电容改为图9-22(a)的滤波电路，请与图9-22电路比较各有什么异同。

答：与图9-15相比 相同点：均能输出稳定电压U0，均可作开压变换器。 不同点：图9-15通过增加Ii，使Pi增大，补偿输入功率稳定U0，而9-5则通过大电感变压器稳定U0。

与图9-22(a)相比 相同点：Q1Q2开通时工作情况与图9-22(a)Q通时工作情况相同。 不同点：9-22(a)通过复位线圈N3使磁通复位，而9-5通过D将能量返回电源使磁通复位。

9-7 推挽电路（9-23(a)）输出接桥式整流成为一个直流-直流变换器，如要求输出电压24V，负载电阻为R=0.4Ω，晶体管和二极管通态压降分别为1.2V和1V，匝比n=N1/N2=0.5。

求：（1）平均输入电流Ii （2）效率；

（3）晶体管平均电流； （4）晶体管峰值电流； （5）晶体管有效值电流；

（6）晶体管承受的峰值电压，忽略变压器损耗。

图9-23 推挽功率电路

解：（1）输出电流：I0?24?60A 0.424Ii?nI0?0.5??30A

0.4

（2）U2?Uo?2UD?24?2*1?26V

U1?N11U2??26V?52V N20.5Ui?U1?UQ?52V?1.2V?53.2V

UO242??1440W 输出功率：PO?R0.4输入功率：Pi?UiIi?53.2*30?1596W

2??

Po1440?100%??90.23% Pi1596

（3）IQ?11Ii??30?15A 22（4）IQP?30A （5）IQ有效值?

11Ii??30?21.2A 22

（6）Uce?Ui?U1?Ui?(Ui?UQ)?2Ui?UQ?2*53.2?1.2?105.2V

补充题：

理想BOOST变换器如图，输入电压ui=120V±20%，输出电压为270V，输出功率为30W~300W，工作频率为150kHz，电感电流连续。求：

（1）占空比变化范围 （2）最小电感值L （3）如果变换器负载突然开路，会发生什么情况？ 解：解：（1）?Uo?Ui1?D?D?Uo?Ui UoDmax?Dmin?U0?Uimin270?120?80%??64.4%U0270U0?Uimax270?120?120%??46.7%U0270D:46.7%~64.4%

（2）P?U0I0，I0?P U0I0max?

Pmax300??1.11AU0270Pmin30??0.11AU0270

I0min?

IG?

UiTD(1?D) 2LUTD(1?D)L?i2I0minU0D(1?D)2fI0min2

?

2UoD(1?D2)270*0.467?*(10.467)??1.08mH5 ?2fI0min2*150*1000*0.11（3）开路时，输出电压会一直增加，损坏电路。

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