现代电力电子技术作业要点

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1、第一次作业1、电压型和电流型开关器件的工作原理(1)电压型(MOSFETIGBT):通过在控制端与公共端之间施加一定的电压信 号即可实现器件的导通或关断的控制。实际上是该电压信号在器件的两个主电路 端子之间产生可控的电场，进而来改变流过器件的电流大小和通断状态。MOSFET作原理：导通条件：漏源电压为正，栅源电压大于开启电压。关断条件：漏源极电压为正，栅源极电压小于开启电压。IGBT工作原理：导通条件：集射极电压为正，栅射极电压大于开启电压； 关断条件：栅射极电压小于开启电压。(2)电流型(SCR GTO GTR :通过在控制端注入或抽出一定的电流实现器件 的导通或关断的控制。SCR工作原理：

2、导通条件：正向阳极电压，正向门极电压；关断条件：必须使阳极电流降低到某一数值之下(约几十毫 安)。两种强迫关断方式：电流换流和电压换流。GTOT作原理：与普通品闸管相同。开关速度高于普通晶闸管，di/dt承受能力大于晶闸管。GTRT作原理：导通条件：集射极加正向电压，基极加正向电流； 关断条件：基极加负脉冲。2、二极管的反向击穿机理反向击穿：PN结具有一定的反向耐压能力，但当反向电压过大，超过一定 限度，反向电流就会急剧增大，破坏 PN结反向偏置为截止的工作状态。反向击穿按照机理不同分为雪崩击穿、齐纳击穿两种形式。雪崩击穿：反向电压增大，空间电荷区的电场强度增大，使从中性区漂移进 入空间电荷区

3、的载流子被加速获取很高动能， 这些高能量、高速载流子撞击晶体 点阵原子使其电离(碰撞电离)，产生新的电子空穴对，新产生的电子与空穴被 加速获取能量，产生新的碰撞电离，使载流子迅速成倍增加，即雪崩倍增效应，导致载流子浓度迅速增加，反向电流急剧增大，最终PN结反向击穿。齐纳击穿：重掺杂浓度的PNK, 一般空间电荷区很窄，空间电荷区中的电场 因其狭窄而很强，反偏又使空间电荷区中的电场强度增加， 空间电荷区中的晶体 点阵原子直接被电场电离，使价电子脱离共价键束缚，产生电子空穴对，使反向 电流急剧增加。3、开通和关断缓冲电路的基本类型有哪些(1)根据缓冲电路的作用时刻，可将其分为关断缓冲电路和开通缓冲电

4、路。如 将关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起，则称其为复合缓冲电路。关断缓冲电路：又称为du/dt抑制电路，用于吸收器件的关断过电压和换相 过电压，抑制du/dt ,减小关断损耗。开通缓冲电路：又称为di/dt抑制电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和 di/dt ,减小器件的开通损耗。(2)根据组成缓冲电路的元件类型，可将其分为无源和有源缓冲电路。无源缓冲电路：由无源元件构成，如 RG RCD LCD缓冲电路，无源缓冲电 路不需要控制和驱动电路，所以电路简单，在工程设计中得到广泛应用。有源缓冲电路：不仅包含无源和有源元件，还包括一些控制电路和全控性开 关器件的驱动电路，所以电路构成复杂。（3

5、）还可分为耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路耗能式缓冲电路（如RC RCDg冲电路）：缓冲电路中储能元件的能量消耗 在其吸收电阻上。馈能式缓冲电路（如LCDg冲电路）：缓冲电路能将其储能元件的能量回馈 给负载或电源，也称无损吸收电路。4、开关器件驱动电路的基本要求基本要求：改善器件动静态性能：作为功率开关希望减小器件损耗，驱动电路应保证器件的充分导通和可靠关断以降低器件的导通和开关损耗。 实现与主电路的电隔离：由于大多数主电路是高电压格局，要求控制信号与 栅极间无点耦合。 具有较强的抗干扰能力：目的是防止器件在各种外干扰下的误开关，保证器 件在高频工况下可靠工作。 具有可靠地保护能力：当主电路或驱

6、动电路自身出现故障时，驱动电路应迅速封锁输出驱动信号并正确关断器件以保证器件的安全。（1）电压驱动型器件（电力 MOSFET IGBT）的驱动电路的基本要求 为快速建立驱动电压，要求驱动电路具有较小的输出电阻。 使电力MOSFET通的栅源极间驱动电压一般取 1055M使IGBT开通的栅 射极间驱动电压一般取15 20V。 关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取-5 -15V）有利于减小关断时 问和关断损耗。在栅极用入一只低值电阻（数十欧左右）可以减小寄生振荡，该电阻阻值 应随被驱动器件电流额定值的增大而减小。（2）电流驱动型器件的驱动电路的基本要求SCR!虫发电路的基本要求： 触发脉冲的宽度应

7、保证品闸管可靠导通，比如对感性和反电动势负载的变流 器应采用宽脉冲或脉冲列触发。 触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的35倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达 12A/us。 触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性 的可靠触发区域之内。应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。GTO1虫发电路的基本要求：开通控制与普通品闸管相似，但对触发脉冲前沿的幅值和陡度要求高，且一 般需在整个导通期间施加正门极电流， 使GTO!断需施加负门极电流，对其幅值 和陡度的要求更高。GTR!虫发电路的基本要求：开通的基极驱动电流应

8、使其处于准饱和导通状态，使之不进入放大区和深饱和区。关断时，施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗，关断后同样应在基射极之间施加一定幅值（6V左右）的负偏压。5、半导体器件应用中需要哪些保护？都有什么手段？主要有四种保护：（1）过电压保护：电路保护法，器件法（RC保护、压敏电阻、硒堆等）；（2）过电流保护：电子保护电路法，器件保护法（熔断器、断路器、短路器等）；(3) di/dt保护：用电感，开通缓冲吸收。(4) du/dt保护：RC阻容保护，关断缓冲吸收电路。6、半导体器件的性能参数有哪些？说明其意义。(1)电力二极管正向平均电流If(av):指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温

9、度(简称壳温，用Tc表示)和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均 值。正向压降Uf :指电力二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流 时对应的正向压降。反向重复峰值电压Urrm :指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。最高工作结温Tjm :指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。Tjm通常在125175c范围之内。反向恢复时间& ：指二极管电压反相后，结电容中存储电荷耗尽所需时间。浪涌电流Ifsm :指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过 电流。(2)晶闸管断态重复峰值电压Udrm :是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在 器件上

10、的正向峰值电压。反向重复峰值电压Urrm：是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在 器件上的反向峰值电压。通态(峰值)电压Utm :晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的 瞬态峰值电压。通态平土电流It(av)：国标规定通态平均电流为晶闸管在环境温度为 40c和 规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波 电流的平均值。维持电流Ih ：维持电流是指使晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为 几十到几百毫安。擎住电流Il ：擎住电流是晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流。浪涌电流Itsm :指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温

11、的不重复性最大正向过载电流。断态电压临界上升率du/dt ：在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸 管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。通态电流临界上升率di/dt ：在规定条件下，品闸管能承受而无有害影响的 最大通态电流上升率。(3) GTO最大可关断阳极电流Iato：用来标称GTO定电流。电流关断增益：最大可关断阳极电流Iato与门极负脉冲电流最大值Igm之比。开通时间ton :延迟时间与上升时间之和。关断时间toff : 一般指储存时间和下降时间之和，而不包括尾部时间。(4) GTR电流放大倍数B、直流电流增益hFE、集电极与发射极间漏电流Iceo、集电极和发射极间饱和压降Uces

12、、开通时间ton和关断时间toff 。最高工作电压：GTRt所加的电压超过规定值时，就会发生击穿。集电极最大允许电流Icm :规定直流电流放大系数hFE下降到规定的1/21/3时所对应的Ic。集电极最大耗散功率Rm :指在最高工作温度下允许的耗散功率。(5) MOSFET跨导Gfs、开启电压UT以及开关过程中的各时间参数。漏极电压Uds :标称电力MOSFET压定额的参数。漏极直流电流Id和漏极脉冲电流幅值Idm :标称电力MOSFET流定额的参栅源电压Ugs :栅源之间的绝缘层很薄，Ugs >20V将导致绝缘层击穿。极问电容：Cgs、Cgd和Cds。漏源间的耐压、漏极最大允许电流和最大

13、耗散功率决定了电力MOSFET安全工作区。(6) IGBT最大集射极间电压Uces：由器件内部的PNP®体管所能承受的击穿电压所确 定的。最大集电极电流：包括额定直流电流Ic和1ms脉宽最大电流Icp。最大集电极功耗Pcm :在正常工作温度下允许的最大耗散功率第二次作业1、以单相PWM整流电路为例，分析电路中各功率器件的导通状态和电压电流 极性。说明其PWM整流电路的不同工作状态。(1)整流状态图1: us>0、T3通断图2: us>0、T2通断us>0时。当T3导通，us通过T3、D4向Ls储能，直流侧电容向负载供电； 当T3关断，Ls中储存的能量通过D1、D4释

14、放，与电源us一起向负载供电。当 T2导通，us通过D1、T2向Ls储能，直流侧电容向负载供电；当 T2关断，Ls 中储存的能量通过D1、D4释放，与电源us一起向负载供电。图3: us<0、T1通断图4: us<0、T4通断us<0时。当T1导通，us通过D2、T1向Ls储能，直流侧电容向负载供电； 当T1关断，Ls中储存的能量通过D2、D3释放，与电源us一起向负载供电。当 T4导通，us通过T4、D3向Ls储能，直流侧电容向负载供电；当 T4关断，Ls 中储存的能量通过D2、D3释放，与电源us一起向负载供电。(2)逆变状态图5i0<0, us>0 时，T1

15、、T4 导通，Un=+u0； io<0, Us<0 时，T2、T3 导通,Un = U0。此时负载馈能,与电源US一起向Ls储能。图6is>0, D1、T2 或 T3、D4 导通；is <0, D2、T1 或 T4、D3 导通。电源 Us沿Ls短接，此时Un=0, Ls储能。负载R则依靠C0放电维持。(3) SVG状态图7通过;f$制MOST的通断，将直流侧电压U。逆变为与交流侧电网电压同频的输出电压Un。当仅考虑基波频率时，SVG可等效为一个与电网同频率的幅值和相位均可控的交流电压源，改变Un的幅值及与Us的相位差，使得Is超前Us 900 , 从而使电路向交流电源送

16、出无功功率。(4)任意容性或感性运行图8类似于SVG运行状态，通过对Un的幅值及与Us的相位差的控制，可以使I S超前或滞后Us任一角度，从而使电路工作在任意容性或感性状态。2、PWM整流电路的间接电流和直接电流控制的原理和特点 (1)间接电流控制图9间接电流控制系统结构图原理：直流给点电压U0与实际的直流电压U0比较后送入PI调节器，经PI调节得到与交流输入电流的幅值成正比的直流电流指令信号I。上面的乘法器是I。乘以与交流输入电压同相位的正弦信号，再乘以电阻Rs,得到交流输入电流在Rs 上的压降Uri。下面的乘法器是I。乘以比网测电压超前90°的余弦信号，冉乘以 电感Ls的感抗，得

17、到交流输入电流在Ls上的压降Ulsi。交流输入电压网减去Uri和 ULS1得到Un ,用该信号与三角载波比较后得到 PWM开关信号，进而控制整流桥 得到需要的控制效果。特点：简单易实现；基于系统的静态模型设计，其动态特性较差。在信号运算过 程中用到电路参数Ls和Rs,当Ls和Rs的运算值和实际值有误差时，会影响到 控制效果。直接电流控制图10直接电流控制系统结构图原理：直流给点电压U0与实际的直流电压U。比较后送入PI调节器，经PI调节得到与交流输入电流的幅值成正比的直流电流指令信号I。与交流输入测量电压相乘得到交流电流的指令信号i*s。该指令信号和实际交流电流信号is比较后,通过滞环对各开关

18、器件进行控制，便可使实际交流输入电流跟踪指定值。特点：直接电流控制结构简单，电流调节响应快，控制运算中未使用电路参数, 系统对扰动鲁棒性好。3、画出一个全桥高频同步整流电路原理图，说明工作原理图11单相全桥同步整流电路原理图工作原理：（1） us>0时，MOSW MOS4Hl （门极和源极均为高电平）， MOS2口 MOS31断（门极和源极均为低电平）。i s - MOS 1负载一 MOS4勾成回路。（2） 4<0时，MOS却MOS3Hl （门极和源极均为高电平）， MOS相MOS41断（门极和源极均为低电平）。i s -MOS2负载一 MOS3勾成回路。4、说明SR倍流同步整流电

19、路（驱动）工作原理。工作原理：（1）图12 us>0时SR倍流电路电流流向当us>0时，VF2的门极和源极均为高电平，其导通；VF1的门极和源极均为 低电平，具关断。is 一L1 一负载一 VF2构成回路（电源供能，L1储能）；同时,L2经负载一 VF2构成回路释能,有is= iL1,iL=iL1+iL2（2）图13 us<0时SR倍流电路电流流向当us<0时，VF1的门极和源极均为高电平，其导通；VF2的门极和源极均为 低电平，具关断。is 一L2一负载一 VF1构成回路(电源供能，L2储能)；同时,L1经负载一 VF1 构成回路释能,有is= iL2,iL=iL1+

20、iL2 。5、提高整流电路的功率因数还有什么措施？提高品闸管相控整流电路功率因数的措施有：(1)小触发(控制)角运行；(2)采用两组对称的整流器串联；(3)增加整流相数；(4)设置补偿电容；(5)采用不可控整流加直流斩波器调压。第三次作业1、单相双管型斩波交流调压分为有电流检测和无电流检测两种，说明各自工作 原理和特点。(1)无电流检测的非互补控制方式图1单相双管型斩波交流调压电路* 丁1 + 11111 11Uf©M n 口 口 口 口寸工3六卷挂质致7U-图2无电流检测的电路时序图工作原理：us正半周，VT2G VT4G恒为正值，VT3Gm0, VT1G的PWMft冲。VT1 导

21、通时，is经VT1 VD2负载Z构成回路。VT1关断时，i0经VT>VD”负载 Z续流，或经Z-VT-VD1向电源回馈。us负半周，则VT1G VT3GIS为正值,VT4G 三0, VT2G为PWM永冲。VT2导通时，is经负载Z一VT2-VD1构成回路，。VT2 关断时，i0经VTAVDQ负载Z续流，或经Z-VT1-VD2向电源回馈。特点：感性和容性负载时，u0会出现(2)有电流检测的非互补控制方式“失控区”。旭桂贞载 QVT：cVT4CVTgVT1GVTAVTg1口口口门口 11I>rirmn口门口 ni-nnnn图3有电流检测的电路时序图工作原理：在u0与i0同极性区域，控制

22、信号时序分布与无电流检测的相同，非 同极性区域则有差异。如u0过零反向，i0仍>0区域,VT2- 0,VT4G为PW嘛冲 列,VT4G=0时,i0经VT1 一VDN负载Z构成回路，向电源回馈能量，此时u0=us。VT4G>0寸,i0经VT-VD”负载Z续流，此时u0 =0。因此,u0的波形与阻性负 载的波形相同。特点：非阻性负载时输出电压电流波形与阻性负载时相同，消除了失控现象。2、画出由18个开关管组成的三相矩阵式直接交流变换器电路，描述工作原理。输人a)b)图4矩阵式变频电路a）主电路拓扑b） 一个开关单元c）三相输入相电压构造输出相电压 工作原理：用图4a中第一行的3个开关S

23、11、S12和S13共同作用来构造u相输出电压 uu,就可利用图4c的三相相电压包络线中所有的阴影部分。对三相交流电压进 行斩波控制，即进行PWMI制。理论上所构造的uu的频率可不受限制，但其最 大幅值仅为输入相电压幅值的0.5倍。u相输出电压uu和各相输入电压的关系为：uu=仃门扇+仃12q+b13uc式中 uac仃11、仃12和。3为一个开关周期内开关S11、S12、S13的导通占空比，且。11十%2十仃13=1。在不同开关周期中采用不同占空比，即可得到与三相输入电压频率和波形都不同的u相输出电压。同样的方法控制上图矩阵的第 2行和第3行各开关，可以得到类似于 u相的表达式。把这些公式合写

24、成矩阵形式，即UI仃11仃12仃13Ual仃11仃12Uv° 21 仃 22 仃 23Ub，其中仃=仃2122 22久一1仃 310 32 仃 33 -Uc -i仃31仃32二 13仃23 是调制矩阵，它是时间''二 33的函数，每个元素在每个开关周期中都是不同的。 求得调制矩阵仃，就可得到所 希望的三相输出电压。3、单相单管型斩波交流调压如下图，说明其中交流输入端电感和电容的作用。3口 VO1之VBU m工 弓广VD9 VTi5 1 VDn图5单相单管型斩波交流调压电路、用叫sin一仍）+ X 则金器-6-si申UV-1）&-以 +的孑 Jr J DUgm八

25、 T - J00Ls和Cs组成低通滤波器，可滤除交流侧电流中的高次谐波。由上式可见， 交流侧电流除基波外，还含有（kN ±1）次谐波。提高载波比N可使最低谐波次数 （N 1次）提高，有利于输入滤波。若考虑载波比N>>1,在输入侧附加合适的小容量低通滤波Ls、Cs,使其截止频率cos小于us、is中的最低次谐波（N1）， 即s<（N 1），则可滤除交流侧电流中的谐波。4、分析单相双管型斩波交流调压电路在感性负载时的工作特性。存在什么问 题？如何改进？D VD;； E l 访 Lhz0%谛三小小VT1CVT工VT3GEgI U 口,：! nn i力川EUI图6单相双管型

26、斩波交流调压电路及其时序图感性负载的i0滞后于u0,在u0与i0不同号区域，如u0过零反向，i0仍>0, 电流经VT1 -VD"负载Z构成回路，保持原来的方向，向电源回馈能量，直到i0 也过零反向。在这段时间，电路状态保持不变，u0=us如图中所示，出现 失控 区”。为消除非阻性负载的失控现象，可采用有电流检测的非互补控制方式，根据 电压和电流的极性来决定控制信号的时序分布。具体控制方式见 1中（2）有电 流检测的非互补控制方式。第四次作业1、查阅资料，说明隔离型（有变压器） 本特点。Cuk变换器的基本电路，工作原理和基Lh其工作原理同Cuk型变换器原理是一样的。当S导通时，U

27、i对L1充电。当 S断开时，Ui+EL1对C11及变压器原边放电，同时给C11充电，电流方向从上向 下。附边感应出脉动直流信号，通过 VD对C12反向充电。在S导通期间，C12 的反压将使VD关断，并通过L2、C2滤波后，对负载放电。C11,Cl2 的作用是变压器初、次级绕组均无直流流过。C12是用于传递能量的，所以Cuk电路是电容传输变换电路。磁心在两个方向磁化，不需要加气隙， 体积可以做得很小。可以进行升降压，输入电源电流和输出负载电流均连续。2、分析Boost-QRC的四个工作阶段的电路状态。Boost ZVS QRCBoost-ZVS QRC（半波模式）电路拓扑(t0 t1)(t1 t

28、2)(t2 t3)(t3 t4)Boost - ZVS QRC（半波模式）各开关状态等效电路t0t1 : t0时刻关断VT,电流Ie流过Cr对Cr进行恒流充电，Uc.线性增加直至 Ucr =U 0 ；t1t2: Do导通，Lr与Cr谐振工作。谐振电感电流i；从0开始增加，到达tia时 刻iLr =I e , Ucr到达最大值Ucrmax。tla时刻后iLr> I E , Cr开始放电，Ucr开始下降 到t2时刻减小为0；t2t3： Dvt导通，将VT的电压钳在零压，此刻 VT可零压导通。至 L = Ie时, Dvt自然截止（时间很短），VT开通电流转移到VT,此刻谐振电感Lr两端的电 压

29、为Uo。到t3时亥IJ, iLr减小为0, Do自然截止；t3t4:谐振电感Lr和谐振电容Cr停止工作，Ie经VT续流，负载由输出滤波 电容提供能量。3、查阅资料，了解软开关 PWM-DC/DC换器的电路种类和特性。软开关 PWM-DC/DC换器主要有 ZVS-PWM ZCS-PWMZVT-PWMZCT-PWMI 种。本1VDG+"vdZVS QRC的基本开关单ZCS QRC的基本开关单元ZVS MRC的基本开关单元ZVS-QRC、ZCS-QRC准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波， 电路的开 关损耗和开关噪声都大大下降。但负面问题为：谐振电压峰值很高，要求器件耐 压必须提高；谐振

30、电流的有效值很大，电路中存在大量的无功功率的交换， 造成 电路导通损耗加大；谐振周期随输入电压、负载变化而改变，因此电路只能采用 脉冲频率调制（PFM方式来控制，变频的开关频率给电路设计带来困难。C，:S L， L I I、L、/一、11 S s L，左N - VDZVS-PW施路的基本开关单元ZCS-PWM 电路的基本开关单元ZVS ZCS- PWMf ZVS ZCS- QRCfe路组成相似，区别是引入了一个可控元 件（一般引入的可控元件，ZVS PWMHJ是与Lr相并联，ZCSPW恻是与Cr相 串联）。通过引入的可控元件打断电路原来的谐振进程， 插入一段可控时间问隔， 通过控制引入的可控元

31、件的开通或关断时间，改变这段时间间隔的长短，借以进行PW喻出调节。电压和电流基本上是方波，只是上升沿和下降沿较缓，开关承 受的电压明显降低，电路可以采用开关频率固定的 PWME制方式。ZVT-PW蛇路的基本开关单元ZCT-PWM 电路的基本开关单元ZVT ZCT-PWMI谐振电路元件与主开关管串联改为相并，以减小由于谐振 给电路带来的电压电流应力以及额外损耗。 输入电压和负载电流对电路的谐振过 程影响很小，电路在很宽的输入电压范围内和从零负载到满载都工作在软开关状 态。电路中无功功率的交换被削弱到最小，这使得电路效率进一步提高。4、Buck-ZCT PWMT作原理和各状态等效电路图。ab）a）

32、初始状态I0经D0流通，uCr上负下正为负值；b） t0时亥ij VT '近似零流开通（受Lr抑制），Lr、Cr经D0谐振;c)d)c） iLr过零反向变负（自上而下为正方向）,VD'自然导通，VT'可零压关断; d）谐振至iLr= 10, D0零流截止，VT可近似零流开通；efe） iLr反向过零变正（一个谐振周期）,VD '零流截止，D1自然导通，Lr、Cr经D1、VT继续谐振；f） iLr过零欲反向，D1零流截止，谐振终止，I0经VT流通，电路以常规PWM方式运行，时间长短取决于占空比和电路频率;g） h)g) VT'再次近似零流开通，Lr、Cr经

33、E、VT构成谐振回路,为VT零流关断作 准备；h) iLr过零反向变负,VD'自然导通(VT'可零压关断)，Lr、Cr经I0构成谐振回 路，iLr 反向 T , iVT J ；i)j)i) iLr= -I0, VD自然导通,VT零流关断,iLr反向T至最大,而后反向；;j) iLr= -I0, VD零流截止,iLr维持I0恒流向负载释放能量，这段时间很短暂;k)l)k) uCr= 0 , D0自然导通，Lr、Cr再次谐振；l ) iLr反向过零欲变正，VD '零流截止，整个谐振结束，uCr恢复到初值，10经D0流通，电路恢复到初始状态。5、分析Buck-ZVT PWMH

34、作原理，画出一个典型工作原理周期的相关电压、电 流波形。t0前t1t0t0 前：VT, V断态，uCr=E , i0 =I0（L0 较大）经 D0续流；t0t1 : t0时VT近似零流开通（受Lr抑制）,iLr线性T ,iD0 J , t1时iLr= I0, iD0=0, D0自然截止；t1 t2t2t3t1t2: D0断开，Lr、Cr谐振（Cr放电，uCr逐渐减小，iLr继续增加储能）t2 时刻，iLr=iLrmax、uCr=0；t2t3 : Cr欲反向,VD导通,VT及Lr两端电压被钳位在零，iLr=iLmax ;t3 t4t5t4t3t4 : t3时刻，VT零压开通，VT '迅速

35、关断，。Lr经Ca D2释能（由于VK D2导通，Ca相当于并联在VT'两端，VT'近似零压关断），Lr的能量向Ca转移 （若Ca取值恰当，Lr全部能量转移给Ca恰好使uCa=E。否则，若Ca取值偏大，uCa 将达不到E,偏小则uCa=E/t，多余能量会传给负载）。t4时刻，iLr=0,D2零流截t4t5:电路为常规PWMfe路，E经VT向负载供电；t5 t6t5t6: t5时刻，VT近似零压关断（Cr抑制），D3零压导通（uCa=E）。E向Cr充电,Ca向负载放电。t6时亥ij, uCa=0, D0零压导通，D3零压截止，回到初始状态Buck-ZVT PWMfe路一个工作周期

36、相关电压、电流波形6、根据升压型PFC原理结构图，查阅资料说明每个环节的作用和实现原理。7、PFC中的电流连续、电流断续和临界模式各有什么优缺点？8、说明PFC常用控制策略的基本原理和特性。9、如何理解“降压型PFC滤波困难、噪声大、开关管电压应力大以及控制驱动 电平浮动”？BUCK PFC 电路降压式电路的输入电流不连续，造成滤波困难；在高频情况下开关损耗急剧 增大、电路转换效率降低、电磁噪声增加；工作过程中开关管所承受的最大电压 为输入电压的最大值，造成电压应力大；开关管门极驱动信号地与输出地不同， 导致控制驱动电平浮动、驱动较复杂。10、在APFC的常规控制方式中，DCMK CCMK式的

37、实现手段都有哪些？为什么 说平均电流方式在DCMF口 CCM奠式下均适用？DCMK式控制方式：包频控制方式、包导通时间控制方式；CCMK式控制方式：平均电流型、峰值电流型、滞环电流型、单周期控制。因为平均电流方式是迫使电感电流 iL的平均值跟踪电流基准而接近正弦 并与输入电压同相位，所以其在 DC防口 CCMK式下均适用。11、根据电路原理图和基本波形分析 APFC勺单周期控制方式的工作原理和工作过程DTS ：rs ,ClockVMDVm工作原理：由hnq =Mn知，若在任一开关周期都设法保证 电是一个纯电阻，就 实现了 iin又t Vin的线性跟踪，达到功率因数校正目的。又因为 Mn=V0(

38、1-D) 一 iinRn =Vo(1 -D),两边同乘以 RS (电流取样电阻)得 Qin =区(1-D)=Vm(1-D) =VmV一 Vm = V。，在电路整个工作过程中，保RnVoRn证V。和Vm基本恒定不变，就可使Rn为纯电阻，实现了 iin对Vn的线性跟踪。为 了保证电路整个工作过程中 V。和Vm基本恒定不变，可使输出端的电容C。足够 大一 V。恒定不变。输出电压V。经电阻分压得到的采样值与输出电压基准 Vref比较 后，其差值通过PI调节得到Vm (引入PI调节目的一利用其无差调节功能维持 V。 恒定)，目的是保证V。与期望输出Vref的差值为零，进而使Vm在电路整个工作过 程中也基

39、本保持恒定。工作过程：当每个时钟脉冲到来时，RS触发器的Q端输出正脉冲使开关 VQ 导通一 iin上升。同时复位开关S关断，积分器开始对Vm积分输出DVm。Vm与积 分器输出DVm相减，其差值与iinRs进行比较，两者相等时，比较器翻转并输出负 脉冲使得开关VQ关断一 iin下降。同时开关S导通使积分器复位置零，为下一周 期做好准备。下一周期同样，周而复始。12、CCM DCMW种方式控制中一般都用乘法器，说明乘法器功能。举例说明。乘法器的功能：调节直流电压；进行功率因数校正，提高交流侧PF值。如上图在CCMfe流控制模式中：将直流电压给定信号和实际直流电压比较后 进行电压调节，将电压调节的输

40、出和整流后的正弦半波电压信号相乘得到直流电 流的基准信号，该基准信号和实际直流电感电流信号比较后进行电流调节，电流调节输出通过PWMfe生器产生PW嘛冲对开关管进行控制，便可使输入直流电流 跟踪指令值，这样交流侧电流波形将近似成为与交流电压同相的正弦波，使得交流侧PF值接近于1。13、除去单端正激和单端反激之外，间接 DC-DC变换器还有哪些基本类型？画 出电路结构。除去单端正激和单端反激之外，间接DC-D吸换器还有半桥型电路、全桥型 电路、推挽型电路。半桥型电路全桥型电路耳£ V%一明再推挽型电路第五次作业1、单相电压型逆变器，阻感性负载，分析其一个工作周期的电压电流波形和各 管子

41、工作状态。单相电压型逆变电路工作波形方波逆变：、T1、T4通,单相电压型逆变电路 工作状态：UAB =E, iAB>0且逐渐增大，直流侧向负载提供能量;、D2、D3通，Uab =-E, iAB>0且逐渐减小，负载侧电感将将吸收的无功能量反馈回直流侧；、T2、T3通,Uab =-E, iAB<0且逐渐增大，直流侧向负载提供能量；、D1、D4通，Uab =E, iAB<0且逐渐减小，负载侧电感将将吸收的无功能量反馈回直流侧。2、单相全桥逆变器，串联负载谐振型负载电路。试分析逆变器的各功率管的工 作状态。串联谐振单相全桥逆变电路第一阶段：首先触发晶闸管 SCR1 SCR4,电

42、流通过正端流入，经过SCR1串联振 荡负载、SCR4再由负端流出，此时补偿电容C充上了左正右负的电压。第二阶段：由于电流波形为正弦波，当电流反向的时候，电流就通过与SCR1 SCR4 同桥臂的续流二极管D1、D4续流，同时给SCR1 SCR41口上了反压，使SCR1 SCR4 关断。第三阶段：经过一段时间，当SCR1 SCR4完全关断后，同时触发晶闸管SCR2ffi SCR3此时由于晶闸管SCR2 SCR3W端均力口有正压,因此马上就能导通。电容 C 通过续流二极管D1、晶闸管SCR20路和续流二极管D4晶闸管SCR圳路放电。 当电容C放电完成后，续流二极管D1、D4中不再通过电流，整个回路电

43、流走向为： 正端流入，经过SCR2串联振荡负载、SCR3侦端流出。电容C开始反向充电，充 上左负右正的电压。第四阶段：当电流再一次反向时，电流将通过续流二极管 D2、D3续流，同时给 SCR2 SCR劲口上反压，使晶闸管SCR2 SCR族断。第五阶段：当SCR2 SCR3关断后，触发SCR1 SCR4,电容C通过D2、SCR1回路 和D3 SCR刎路放电。当电容C放电完成后，续流二极管D2、D3中不再通过电 流，整个回路电流走向为：正端流入，经过SCR1串联振荡负载、SCR4负端流出。 电容C开始充电，充上左正右负的电压。以后开始重复以上过程。3、电压型逆变器与电流型逆变器的区别有哪些？从结构

44、和特性等方面阐述。7、电压型逆变器和电流型逆变器各有什么特点？、直流侧为电压源，或并联大电容相当于电压源，直流侧电压基本无脉动，直 流回路呈现低阻抗；、由于直流电压源的钳位作用，交流输出电压为矩形波且与负载阻抗角无关，而交流输出电流波形和相位因负载阻抗不同而不同；、当交流侧为阻感负载时需提供无功功率， 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， 逆变桥各臂并联反馈二极 、电压型逆变器同一桥路的上下桥臂换相之间需留一定死区时间以防桥路短路。电流型逆变器：、直流侧为恒流源，或串联大电感相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直 流回路呈现高阻抗；、交流输出电流为矩

45、形波，与负载阻抗角无关。输出电压波形和相位因负载阻 抗不同而不同；、对于阻感负载一般需并联电容以提供负载所需无功，直流侧电感起缓冲无功 能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流不反向，因此不必给开关器件反并联 二极管；、开关管一般需串联二极管以增强抵御反压能力，且一般需串联小电感以防止开关管换相时过大的di/dt。电流型逆变同一桥路的上下桥臂换相之间需有一定 重叠时间以防负载开路。、控制则与电压源型类似，只是电压源型主要控制电压波形，电流源型则主要 控制电流波形。4、图示描述说明全桥移相电压型逆变器的工作原理。KD27T单相电压型逆变电路单相全桥逆变电路的移相调压方式工作波形移相电压型逆变器的工

46、作原理为，通过调节a （移相臂滞后固定臂的角度） 来改变输出电压波形、从而改变输出电压基波有效值 小，实现桥内调压和输出功 率的调节。其具体工作过程为： 、T1、T4通,Uab =E, iAB>0且逐渐增大，直流侧向负载提供能量；、T4、D3通，Uab =0, iAB>0且逐渐减小，负载侧续流；、D2、D3通,Uab =-E, iAB>0且逐渐减小，负载侧向直流侧回馈能量;、T2、T3通，Uab =-E, iAB<0且逐渐增大，直流侧向负载提供能量；、D1、T2通，Uab =0, iAB<0且逐渐减小，负载侧续流；、D1、D4通,Uab =E, iAB<0且

47、逐渐减小，负载侧向直流侧回馈能量。5、SPWMfi PW瞰生成方法可分为计算法、调制法、跟踪法。说明原理。 计算法：根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，将 PWMfc形中各脉冲的宽度和间隔准确计算出来， 按照计算结果控制逆变电路中各 开关器件的通断，就可以得到所需要的 PWMfc形。 调制法：把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波 （一般 为三角波）。在载波与调制波的交点时刻对开关管的通断进行控制， 得到所期望的 PWMfc形。 跟踪法：把希望输出的电流或电压波形作为指令信号，把实际电流或电压波 形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较得到所期望的 PWMS号，

48、进而来决定逆 变电路各功率开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化。6、根据倍频式SPWM®理图，描述其工作原理，说明为什么在功率管开关频率不变的情况下能够使输出PWMK的频率提高一倍？8、说明倍频式PW眼术原理。画出电路和波形图，说明各阶段逆变器工作状态。工作/技术原理：倍频式SPW逆变电路一般都是将三角载波信号反相后,与原信号叠加在一 起构成2倍的载波信号uc1和uc2,其中uc1（载波尸-uc2 （再现）。虽然载波频 率增加一倍，但各开关管的通断频率不变。调制信号ur与uc1交点产生互补的脉 冲序列ug1、ug3, ur与uc2交点产生互补脉冲序列 ug4、ug2。负载电压

49、uAB正 半周时则是ug1与ug4的逻辑与而成，负载电压 uAB负半周时则是ug2与ug3 的逻辑与而成。工作状态（正半周时）：t0 t1 : T1、T4 导通，uAB=E iAB>0 Tt1 t2 : T1、D2 导通续流，uAB=Q iAB>0 ；t2 t3 : T1、T4 导通，uAB=E iAB>0 Tt3 t4: T4、D3 导通续流，uAB=Q iAB>0 ；t4 t5 : T1、T4 导通，uAB=E iAB>0 Tt5 t6: T1、D2 导通续流，uAB=Q iAB>0 ；t6 t7 : T1、T4 导通，uAB=E iAB>0 Tt

50、7 t8: T4、D3 导通续流，uAB=Q iAB>0 ；t8 t9 : T1、T4 导通，uAB=E iAB>0 T负半周工作状态类似于正半周如上述示例中，载波信号频率为5,与再现信号叠加一起构成的表观载波 信号频率为10,但在一个调制波周期中，各开关管的通断频率却依然为 5。负载 电压uAB正半周是ug1与ug4逻辑与而成，由于ug1与ug4的与逻辑在一个载波 周期内有两次状态转换，故输出电压uAB的电平也有两次变化，但其间开关管只 开关一次。所以在开关管开关频率不变的情况下， 载波信号频率加倍，进而能够 使输出PWMK的频率提高一倍。9、画出逆变控制中的准固定频率的电流滞环跟踪基本原理图，描述原理。工作原理：准固定频率的电流滞环跟踪是在电流滞环跟踪控制的基础上的改进，引入了频率反馈环节。频率检测电路检测到频率值然后与频率给定值比较，比较值作为频率调节器（一般为PI调节器）的输入，频率调节器的输出与输出电流 瞬时值和给定电流的差值同时控制滞环比较器的环宽。当开关频率高于给定频率 时，滞环变宽使开关频率下降，反之亦然。滞环比较器输出的PWMW号经过锁存 和驱动环节控制开关管的通断。这样就可以在保留电流滞环跟踪控制优点的同 时，克服了其开关频率不固定的缺点。