电力电子技术第八章第九章部分课后习题答案南航.docx

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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：

1）

2）

3）

4）

功率晶体管的SOA由四部分组成。

集电极最大允许电流leM

基极开路，集电极一发射极之间的最高允许电压晶体管集电极最大允许功率损耗Pcm二次击穿电流水平Is/b

U（BR）ceo

功率场效应管的SOA由三部分组成

1）漏一源击穿电压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B可在压Ub=10V。

如果UcEs=1.0V和强制B值；（C）晶体管功率损耗

8~40间选择。

Rc=11Q，电源电压Ec=200V，基极输入电

Ubes=1.5V。

求：

（a）过驱动系数

Pc。

ODF=5时Rb的值;

（b）

Ub

1&iic

Rbib

Ube

+

UCe

饱和区

解：

（1）取30

UcES1.0时，is

EcUCES

Rc

11

icS18.09

lbs

30

0.603A

-UbUbesb

101.5

Rb

ODF电

ibS

Rb2.8

%

0.603

⑵强制电流增益f

⑶PcUcesIcs1.0

18.09

18.09c

6

竺

2.8

18.09W

8-9电路总电流为20A，用两个MOSFET管并联分担，一个管子的Udsi=2.5V，另一个

是Uds2=3V。

如用串联源极电阻（a）Rsi=0.3Q,Rs2=0.2Q及（b）Rsi=Rs2=0.5Q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，UDSE

EUds1

Rs1

EUds22OA

（1）Rsi0.3,Rs2

0.2时

E2.5E

ID19A,ID2

11A

漏极电流差

ID2

ID12A,ID2ID1

（2）RsiRs2

0.5

E2.5

0.5

E

3

0.5

7.75

20

Id11O.5a,Id2

9.5A

漏极电流差Id2Id1

1A,ID1ID2

32O

O.3O.2

E5.2V

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）ce。

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

du

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

。

dt

2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^U0=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0.2Q,在最低输入电压，最大功率输出时最大占空度和效率。

解：

（1）D9°

Ui

Dmax

U0

石

U。

Uimax

忌61.7%

15

50.5%

271.1

D的范围:

50.5%〜61.7%

Dmin

（2）P

U0I0,

10max

10min

^lax

Pmin

U0

120

15

8A

Ig

2

3A

IG

10min

10

15

D）

LUiTD（1D）

2l0min

討D）

2fl0min

0.67A

Uo（1D）

2fl0min

Uo（1Dmin）

210min

1510.505…L“3..

一20.185103H

2—30103

3

0.1856mH

（3）C

UiD（1D）

8Lf2Uc

u"巴

UiUi

2

8Lf2UC

，Ui取Uimax

27110%

151

27110%

15

80.18561030106100103

0.0556mF

55.6F

4A

UiT

Ig盒D（1D）

Ui®D）,D取Dmin

2Ig

U0

Uimax

151亠

271.1

2430

0.031mH

P0

10W,I0

2

3A时，Uimin

270.9

24.3

D2

41GmaxUiU0

U0

（5）R

0.2

I0U0UiT

4=UiU。

8Li0

-1530103

3

24.3

2

0.0823

0.287

Ui270.9

U0RI0150.28

Ui

24.3

0.031

103

24.315

24.3V,F0120W,I0

0.68

Po

120

yP__P损1200.28290.4%

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U0/Ui。

L1」

Ton

解：

Q导通时，

Q关断时,

UiU0

ii

UiToN

L1

Ld^

L

Toff

i2uLUoT

12L*OFF

i1max

Ilmin

>N1=i2maxX（N1+N2）粗仁i2>>N1+N2）

可得:

11

12

N1N2

N1

N12

解法2:

Qon时,

Qoff

时,

on

—DTN1

UoUi

Ui

Uo

Ui

UoN1N2D

N11D

（磁通平衡，伏秒面积相等）

off

on

off

UoUi

N1N2

N1N2D

（1

D）N1

1N2?

D

丽■1D

Ton1Ui

0严

N1DT

Toff

（1

（N1N2）D

N1（1D）

N2D

N1N1D

Ui）dt

UoUi

N1N2

（1D）T

D）T

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

度为D，求U0/5。

解：

Q导通时,

Ui

L1」

Ton

Q关断时,

Ui

i1

UiToN

L1

UoL屯dt

i

L——

Toff

UiUi2

L

>（N1+N2）=i2max

0Toff

i1max

i1）（NI1+N2）=i2NI1

2

L2

L12

即得:

Uo

N1

Ui

D

一1

N1N21D

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0.05Q,

（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

li

P0

750

95%24.332.5A

Dmax对应Uimin,U0

UiRIj

的情况:

Dmax

UiRIi

U0

24.30.0532.5

45

Dmax

0.496

U060V时，1

RIi24.3

0.0532.5

D

•••可能输出60V

6060

0.62262.2%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Uo。

Q1Q2开通时工作情况与图9-22（a）Q通时工作情况相同。

9-22（a）通过复位线圈N3使磁通复位，而

与图9-22（a）相比

9-5通过D将能量返回电源使磁

相同点：

不同点：

通复位。

（9-23（a））输出接桥式整流成为一个直流

R=0.4Q,晶体管和二极管通态压降分别为

9-7推挽电路

24V,负载电阻为

求：

（1）平均输入电流Ii

（2）效率；

-直流变换器，如要求输出电压

1.2V和1V,匝比n=N1/N2=0.5。

晶体管平均电流；

晶体管峰值电流；

晶体管有效值电流；

晶体管承受的峰值电压，忽略变压器损耗。

-3+N|—0*0——

图9-23

解：

（1）输出电流：

10

24

0.4

24

0.4

60A

Z\2\

推挽功率电路

（2）

U2

Uo

2Ud242*126V

Ui

N1

U2

1

—26V52V

N2

0.5

Ui

Ui

Uq

52V1.2V53.2V

输出功率:

Po

Uo

2242

241440W

R

0.4

输入功率:

P

Uil

i53.2*301596W

Po,

1440

100%

90.23%

Pi

1596

（3）

k

-Ii

1

-3015A

2

2

（4）

1QP

30A

（5）

1Q有效值

11

Ei〒3021.2A

J2V2

（6）

Uce

Ui

U1Ui（UiUq）

30A

linlo0.5

2UiUq2*53.21.2105.2V

补充题：

理想BOOST变换器如图，输入电压ui=120V30W~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，

±20%，输出电压为270V，输出功率为

会发生什么情况?

解：

解：

（1）QU。

Ui

1D

U。

Ujmin

—

U0Uimax

—

D:

46.7%~64.4%

Dmax

Dmin

I0max

I0min

^max

^min

U?

27012080%

270

270120120%

270

46.7%

300

270

30

270

Ig#0（1D）

1.11A

0.11A

LUiTD（1D）

210min

2

U0D（1D）

2fI0min

UoD（1D）2

2f]0min

270*0.467*（1O.467）21.085mH

2*150*1000*0.11

（3）开路时，输出电压会一直增加，损坏电路。