电力电子总结完美版

一、填空题

1、对SCR 、TRIAC 、GTO 、GTR 、Power MOSFET 、这六种电力电子器件，其中要用交流

电压相位控制的有SCR TRIAC 。可以用PWM 控制的有GTO GTR Power MOSFET IGBT;要用电流驱动的有SCR TRIAC GTO GTR (准确地讲SCR 、TRIAC 为电流触发型

器件)，要用电压驱动的有Power MOSFET IGBT ；其中工作频率最高的一个是Power MOSFET ，功率容量最大的两个器件是SCR GTR;属于单极性的是Power MOSFET;可能发生

二次击穿的器件是GTR,可能会发生擎住效应的器件是IGBT ；属于多元集成结构的是Power

MOSFET IGBT GTO GTR 。

2、SCR 导通原理可以用双晶体管模型来解释，其触发导通条件是阳极加正电压并且门极有触发电流，其关断条件是阳极电流小于维持电流。

3、GTO 要用门极负脉冲电流关断，其关断增益定义为最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值的比即off β=ATO GM

I I ，其值约为5左右,其关断时会出现特殊的拖尾 电流。 4、Power MOSFET 通态电阻为正温度系数；其定义式为=

|DS DS U GS I ≥0，比较特殊的是器件体内有寄生的反向二极管，此外，应防止其栅源极间发生擎住效应。

5、电力二极管额定电流是指最大工频正弦半波波形条件下测得值，对于应用于高频电力电子电路的电力二极管要用快恢复型二极管，但要求其反向恢复特性要软。

6、在电力电子电路中，半导体器件总是工作在开关状态，分析这类电路可以用理想开关等效电路；电力电子技术的基础是电力电子器件制造技术，追求的目标是高效地处理电力。

7、硬开关电路的电力电子器件在换流过程中会产生较大的开关损耗，主要原因是其电压波形与电流波形发生重叠，为了解决该缺陷，最好使电力电子器件工作在零电压开通，零电流关断状态；也可采用由无源元件构成的缓冲技术，但它们一般是有损耗 的。

8、电力电子电路对功率因数的定义与线性电路理论的定义在本质上的差别是有基波因数。

9、交流调压电路采用由两个SCR 反并联接法组成交流开关作为控制，若交流电路的大感性

负载阻抗角为80度，则SCR 开通角的移相范围80度到180度。

10、SCR 三相全控变流电路带直流电动机负载时，其处于整流状态时触发角应满足小于90度 条件；其处于有源逆变状态时触发角应满足大于90度 条件；SCR 的换流方式都为电网

换流。

11、有源逆变与无源逆变的差异是交流侧接在电网上还是接在负载上；加有续流二极管的任何整流电路都不能实现有源逆变的原因是负载被二极管短路不能产生负电压。逆变角的定义是α>90度时的控制角βπα=-

12、电压源逆变器的输出电压是交流方 波；其逆变桥各臂都要反并联 二极管。

13、SPWM 的全部中文意思是正弦脉冲宽度调制，这种技术可以控制输出交流的大小；产

生SPWM 波的模拟法用自然采样法。而计算机则采用规则采样法。

14、单端正激式DC/DC 变换电路要求在变压器上附加一个复位 绕组，构成磁复位 电路；

反激式DC/DC 变换电路与Buck-Boost 直流斩波器类似。 15、肖特基二极管具有工作频率高 ，耐压低 的应用特点。肖特基二极管具有反向恢复时间短，正向压降小，耐压低，效率高等特点。

16、GTR 关断是工作点应在 截止 区，导通时工作点应在 饱和 区；它有可能因存在 二

次击穿而永久失效的缺陷。

17、快恢复二极管的开关时间是反向恢复时间，高频使用时还要求其反向恢复速度快、特性

软 。

18、SCR 三相半波可控整流电路的输出电压中所含交流分量的最低次谐波为 3 次，此电路

中的SCR 地自然换相点为α=30度。

19、输入电压为100V ，输出功率为1000W 的推挽式逆变器，其开关器件用占空比为0.4的PWM 波控制，在理想条件下加在器件上的最高电压达 200V ；对这种电路的基本要求是

各个电路元件都要参数一致。

20、SCR 三相桥式全控整流电路的输出电压所含交流分量的谐波为6K(K 为正整数)次谐波，

以线电压为纵坐标，则其第一相的自然换相点在横坐标电角度的位置为30度 。 21、达林顿管为 电流 控制型器件，IGBT 为 电压 控制型器件。

23、GTR 器件的最重要的开关参数是 开通时间和关断时间 ；快恢复二极管的最重要的开关

参数是 反向恢复时间 。

24、单相桥式全控整流电路中的SCR 最大移相范围，在大电感负载下，对有接续流二极管的

为 π ，对不接续流二极管的为 π/2 。 25、单极型半导体器件的定义是 只有一种载流子参与导电的半导体器件 。 26、电力电子器件的功率损耗有 通态损耗、短态损耗和开关损耗 这几个部分。

28、IGBT 的拖尾电流是指其在 关断 期间出现的 较大电流 现象。 29、在电力电子器件上附加的缓冲电路的主要目的是 防止过电压、过电流 。

30、有源逆变的定义是 交流侧接在电网上 ，发生逆变失败的原因是①触发电路不可靠②晶闸管发生故障③在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失④换相裕量角不足，引起换相失败。加在续流二极管的任何整流电路都不能实现有源逆变的原因是 无法提供负极性电压。

31、GTR 的SOA 区由 最高电压ceM U 集电极最大电流cM I 和最大耗散功率cM P 和二次击穿临

界线SB P 。

32、IGBT 发生擎住效应的主要原因是 集电极电流过大（静态擎住效应）或CE u d /dt 过大（动

态擎住效应）。

33、Power MOSFET 的跨导定义是D GS

dI dU 。 34、SPWM 与PWM 的区别是前者指的是 脉冲宽度按正弦规律变化且与正弦波等效 。

35、可以使用单极性PWM 控制的电路是 单相桥式逆变电路 ，它与双极型控制的电路不同

在于其输入的PWM 波有三个电平。

36、对SCR 触发电路的同步要求指的是触发电路与电源之间保持 同频率、同相位 。SCR

能关断的条件是 外电压和外电路作用下使电流降至接近于0的某一数值下 。

37、SCR 三相半波可控整流电路的输出电压中所含交流分量的最低次谐波为 150 HZ 。自然

换相点为 相电压30度处 。其SCR 的最大导通角为 120度 。在纯电感负载下，对有接续流二极管的最大触发角为 150度 。不接续流二极管的为 90度 。 38、直流斩波电路在改变负载的直流电压时，常用控制方式有 脉宽调制、脉频调制 两种。

39、在单相交流调压电路中，负载为电阻性时移相范围是 0到180度 ，负载为阻感性负载

时移相范围是?απ≤≤。

40、根据流过变压器是 直流脉动电流 和 交流电流 间接直流组合电路可分为 单端 和 双

端 电路两大类。

41、采用间接直流组合交流电路（隔离型）是因为 输出端与输入端需要隔离 、某些应用中

需要相互隔离的多路输出、输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1、交流环节采用

较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量 。

43、负载换流逆变电路输出电容作用是 使负载过补偿，工作在容性 ，采用电力电子器件是

晶闸管 。

44、电路的换流方式有 器件换流、电网换流、负载换流、强迫换流 ，可以实现器件换流的

电力电子器件是 IGBT Power MOSFET GTO GTR 。

45

，根据软开关技术发展的历程可以分为 准谐振电路、零开关PWM 电路和零转换PWM 电路 。

46、 载波信号和调制信号不保持同步的调制方式 是异步调制，其特点是 通常载波频率c

f 固定不变，而信号波频率r f 变化，载波比N 是变化的 ； 载波比N 等于常数，并在变频时

使载波和信号波保持同步的方式 是同步调制，其特点是 载波比N 不变 。

47、交交变频电路中制约输出频率提高的因素是 电压波形畸变以及由此产生的电流波形畸

变和电动机转矩脉动 。

48、三相全桥可控整流电路中，SCR 触发角α的最大可控相角，在极大电感负载下，对有

接续流二极管的电路为 120° ，对不接续流二极管的电路为 90°。 49、全桥逆变电路中发生器件共态导通现象的原因是 功率开关关断需要时间 ，要避免该现

象发生，必须 先通后端（或留有死区时间）。

50、电力电子开关在关断感性电路时应该有 du/dt 抑制（或缓冲）电路，而在开通直流容性

电路时应该有 di/dt 抑制 电路。

二、简答题

1、分析晶闸管的开通与关断。

答：如图，开通过程：由于晶闸管内部的正反馈过程需要时间，再加上外电路电感的限制，

晶闸管受到触发后，其阳极电流的增长不可能是瞬时的。 延迟时间td (0.5~1.5μs)，上升时

间tr (0.5~3μs)，开通时间tgt=td+tr 。延迟时间随门极电流的增大而减小,上升时间除反映

晶闸管本身特性外，还受到外电路电感的严重影响。提高阳极电压,延迟时间和上升时间都

可显著缩短。关断过程：由于外电路电感的存在，原处于导通状态的晶闸管当外加电压突然由正向变为反向时，其阳极电流在衰减时必然也是有过渡过程的。反向阻断恢复时间trr 正向阻断恢复时间tgr，关断时间tq=trr+tgr，关断时间约几百微秒。在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通，而不是受门极电流控制而导通。

2、在理想条件下，单相全桥式SPWM正弦波逆变器要求

1）画出单极性SPWM调制波形

i>0时，+Ud，0，-Ud各自对应哪些功率器件开通

2）负载电流

o

i<0时，+Ud，0，-Ud各自对应哪些功率器件开通

负载电流

o

答：1）如图

2）A：电压为正时，V1和V4导通，电压为零时，V1导通，V4关断，VD3导通与V1形成回路续流，电压为负时，VD2和VD3导通

B：电压为正时，VD1和VD4导通，电压为零时，V2导通，V1关断，VD4导通与V2形成回路续流，电压为负时，V2和V3导通

3、全桥式逆变电路阻感负载情况下，输出电压及电流波形如图所示，指出主控开关管的耐压为多少，电流最大值为多少（设输入电压为400V，纯电阻负载最大输出功率为3000W，无移相）。若负载含极大电感且存在移相，t0~t6各时间段电流流通哪些器件？二极管有何作用？

答：输入电压Ui=400V ，最大输出功率Po=3000W 。主控开关管耐压为400V 。假设效率为

100%，则输入的最大平均电流为3000/400=7.5A ，主控开关管最大电流为7.5A 。 to~t1时，

V1和V4导通形成回路，t1~t2时，V1和VD3导通形成回路，t2~电流为零时,VD3和VD2

导通形成回路，电流为零~t3时，V2和V3导通形成回路，t3~t4时，V2和VD4导通形成回

路，以后的过程和前面类似。逆变桥各臂都并联了反馈二极管，是为了给交流侧向直流侧反

馈的无功功率提供通道。

4、定性画出SCR 器件的输出-触发特性伏安图，在途中标明SCR 重要的电压、电流参量名

称。

答：如下：

Ubo:正向转折电压 DSM U :断态不重复峰值电压 DRM U :断态重复峰值电压

RRM U :反向重复峰值电压 RSM U ：反向最大瞬态电压 H I ：维持电流

5、在理想条件下，Boost 式DC/DC 工作在电感电流连续模式，绘出其在一个周期中的各阶

段等效电路图并导出其电压表达式。

答：如下：

Boost 电路图：

当晶闸管导通时的等效电路图：E

R

当晶闸管关断后的等效电路图：

E R

当电路工作于稳态时，一个周期T 中电感L 积蓄的能量与释放的能量相等，即EI 1t on =(Uo-E)

I 1t off ,化简得Uo=（t on+ t off ）*E/ t off =T*E/ t off 。

6、在理想条件下，导出Buck 式DC/DC 的电感电流连续下的输出电压表达式。

答：从负载上看，在整个周期L 中流出的电流等于等于流出的电流，由伏秒积平衡有（E-Uo ）

ton=Uotoff,得Uo=aE 。

7、某人设计一个工作频率为150KHZ ，功率为500W 的隔离型单端正激式DC/DC 电路。如

图所示，但通电试验时不能工作，请指出该电路所有的设计错误处（包括元件是否合适），

说明理由并改正电路错误之处（要求改正后电路仍为正向式DC/DC 电路）

答：如下：

控制

电路.V1

VT1

设计错误之处：（1）VT1不能用GTR ，应用Power MOSFET;

工作频率为150KHZ ，GTR 不能满足要求；

改正：在图上画出Power MOSFET 。

(2)输出侧遗漏续流二极管；

输出侧要加续流二极管；

改正：在图上画出续流二极管。

(3)应该有磁复位绕组；

无磁复位绕组，T1很快会饱和；

改正：在图上画出磁复位绕组。

8、在理想条件下，绘出输入电压为100V,输出功率为1000 W ，工作频率为1.0HZ 的半桥式

变换器电路的各控制开关（此时各开关管的控制信号的占空比均为0.4）的电压、电流波形。

答：波形图如下：S1和S2承受的峰值电压均为Ui=100V,电流连续时Uo=80*N2/N1

9、在理想条件下，单相全桥式DC/DC变换器电路中的输入电压为300V，最大输出功率为

1200W，各开关管的开关占空比为0.4。（1）求主开关管的耐压为多少？（2）画出任一并联于输入端的一组两个开关管的电压波形。

答：（1）Ui

(2)

9、下图是单相交交变频电路的原理图及其输出电压电流波形，请分别指出电压电流图中的1、3、4、6四种状态下变流器的工作状态，并标出相对应的电压和电流方向。

解：时段1：P组阻断、N组逆变，电压方向：上正下负；电流方向：从下到上；

时段3：P组整流、N组阻断，电压方向：上正下负；电流方向：从上到下；

时段4：P组逆变、N组阻断，电压方向：上负下正；电流方向：从上到下；

时段6：P组阻断、N组整流，电压方向：上负下正；电流方向：从下到上；

10、单端正激及反激变换器的变压器、升压型变换器的储能电感、降压式变化器的滤波电感等铁心的工作状态各属于哪一类？

答：单端正激及单端反激变换器的变压器，属于第II类工作状态，特点是单向磁化，无直流偏置。升压型变化器的储能电感、降压式变换器的滤波电感等铁心属于第III类工作状态，特点是单向磁化，有较大直流偏置。

11、画出电力电子开关器件RCD阻容吸收电路，并说明吸收电路各元件的作用。

答：

R：吸收spike能量

RC：抑制瞬时过电压和过大的电压上升率

二极管：加强开通过程中的过电压吸收

12、画图说明电力电子高频功率磁性元件的三类磁芯工作状态和各自特点。

答：铁心的工作状态

第Ⅰ类工作状态

此类铁心线圈的外加激励电压（或电流）是一个纯交变量，正负半周的波形、幅值及导通脉宽都相同，如推挽或桥式变换器中的主变压器都工作于此类工作状态

第Ⅱ类工作状态

加于铁心线圈的激励电压为单向脉冲，一般是矩形脉冲。例如单端正激式变换器的主变压器及一般脉冲变压器或驱动变压器，都工作于这类工作状态

第III类工作状态

直流滤波电感、储能电感或平波电抗器等电感中，流过电感线圈的电流具有较大的直流分量，并叠加一交变分量。一般情况下，交变分量的平均值比直流分量要小得多。在电流不连续时，两者相等

这类工作状态与第Ⅱ类工作状态的共同之处是：都是单向磁化，都工作于局部磁滞回线。但与第Ⅱ类工作状态的明显不同之处是：

1）交变磁化分量较小；

2）由于含量有较大的直流分量，线圈电流最大值Im较大，相应产生激磁磁场较大；

3）希望铁心储能大。

各类工作状态对应图形如下：

13、给出Power MOSFET在第一象限的静态输出伏安特性图，在图中相应位置上标明能表示其重要性的电压电流名称，同时在图中相应位置上标明开关工作区位置。

答：如下：

14、直流电动机电流可逆斩波电路，（1）指出图中1、2、3、4各阶段对应何种工作状态（2）分别绘出图中1、2两个阶段电流的路径和流向。

V构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈答：1：V2和2D

到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第2象限；2：电流可逆斩波电路中，Vl和VDl构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第l象限； 3、4极端通过二极管续流。

V导通，电源向负载供电：

1

1V 关断，VD ，续流：

2V 也导通，L 上蓄能:

2V 关断，2D V 导通，向电源回馈能量

17、一个直流可逆拖动系统，设图中直流电动机的电压极性为工作在正转，问（1） 若

系统处于正组开机且触发角为60°而反组关机的状态，指出此时系统的工作状态并说明电

流的流向（2）若要求系统工作在反转电动机状态，指出此时系统的电路接线与控制要求（3）

若两组都处于开机，会出现什么现象？

答：（1）第一象限：正转，电动机作电动运行，正组桥工作在整流状态电流流向如上

图所示。（2）反组工作在整流状态，正组关机。（3）两组变流器同时导通，因为没有环流电

抗器，将会产生很大的短路电流，把晶闸管烧毁。

18、说明“与晶闸管相比，晶体三极管不是真正的开关器件”这句话的含义。

答：晶闸管总是在导通和关断两个工作状态之间切换，所以是真正意义上的开关器件。晶

体管工作在开关状态即工作在截止区或饱和区，在开关过程中，一般要经过放大区，所以

与晶闸管相比，不是真正的开关器件。

19、说明用SCR 全控整流/逆变电路构成有源逆变的条件是什么？

答：①要有直流电动势，其极性需和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流侧的

平均电压。②要求晶闸管的控制角α＞π/2，使Ud 为负值。此外，欲实现有源逆变，只

能采用全控电路。

20、说明DC/AC 中输出正弦交流电压能用SPWM 方式控制的原理。

答：将正弦波N 等分，可将其看作N 个脉冲系列组成的波形，将上述脉冲用相同数量等

幅不等宽矩形脉冲代替，使矩形中点与相应正弦波中点重合，各脉冲负值相等宽度按正弦

规律变化，由面积等效原理知，其输出响应波形与正弦波基本相同。

21、画出单端反激式交换器主电路图并说明高频变压器各绕组的同名端并导出其在理想条

件下电感电流连续下的输出电压表达式（思考正激式）。

答：如图，同名端如图所标

根据变压器变比和伏秒积平衡得反激电路在电流连续时的输出电压表达式为

21i on o off

U N t U N t =。 22、与GTR 相比，对场控型器件（如MOSFET ）的驱动电路有什么要求？

答（1）具有较小的输出电阻；

（2）开通的栅源电压一般取10~15V ；

（3）关断时施加一定幅值负驱动电压利于减小关断时间和关断损耗；

（4）栅极串一低电阻以减小寄生振荡。

24、什么是电导调制效应？

答：当PN 结上流过的正向电流较大时，由P 区注入并积累在低掺杂N 区的少子空穴浓度

将很大，为了维持半导体的电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，使得其电阻率明

显下降，也就是电导率大大增加，这就是电导调制效应。

三、计算题

3、 1、SCR 单相全桥整流电路，带阻性负载为5Ω，已知SCR 的触发角为60度角，电源电

压Ui=200V 。（1）求输出电压Ud ，输出电流Id 及其有效值I;(2)绘出输出电压与任意一

个SCR 的电压波形图；（3）若改接在另一个由反电动势E=50V ，阻感性（电感极大、

阻性为5Ω）负载构成的负载上，再求出此时的输出电压，输出电流Id 。

解：（1

）2231

sin()()0.45(1cos )3t d t U π

ππ

ωωπ=+?=135V （2）

（3）d U

= 223

1sin()()0.9cos 3t d t U πππ

ωωπ=?=90V

d I = (d U -E)/R=(90-50)/5=8A

2、三相桥式全控整流电路，U 2=100V ，带电阻电感负载，R =5Ω，L 值极大，当

α=60?时，要求：

①画出u d 、i d 和i VT1的波形；

②计算U d 、I d 、I dT 和I VT ；

③电路的功率因数λ。

解：当α=60?时，输出电压刚好不出现负值①u

、i 和i 的波形如下：

i

②U d 、I d 、I dT VT U d ＝2.34U 2cos α＝2.34×100×cos60°＝117（V ）

I d ＝U d ∕R ＝117∕5＝23.4（A ）

I DVT ＝I d ∕3＝23.4∕3＝7.8（A ）

I VT ＝I d ∕3＝23.4∕3＝13.51（A ）

③I1= I= Id ,ν=I1/I=3/π=0.955，λ=νcos α=0.4775

3、在下图所示的Buck-Boost 斩波电路中，已知E=100V ,R=40Ω，电感电流连续，开关频率

fs=10KHZ,器件V 占空比为0.4，假设器件均为理想。1）计算输入电流平均值I ，输出电流

平均值Io ；2）在一个开关周期上画出如下波形，输出电压uo,器件上电流iv ；3）计算器件

V 和VD 上电流平均值Idv 和IdvD 。

解：（1）α=0.4，Uo=

1αα

-Ui=66.67V ,I=Io=Uo/R=1.67A;

(2)

（3）Idv=αI=0.668A,IdvD=（1-α）I=1.002A 。

4、 在理想条件下，反激型开关变换器电路，已知输出电压为48V ，输入电压变化范围为12V

±15%,输出额定负载1A ，最小负载电流为0.1A ，工作频率为100KHZ ，副原边绕组匝数

比为N2/N1=4.5。电感器的L 值可以保证电路的电感电流连续，采用PWM 控制方法，使

电路的输出电压恒定，不计开关管和二极管的通态压降。1）导出输出电压的表达式；2）

求出开关管的占空比D 与导通时间T ON 范围；3）指出各开关器件应选择何种类器件；4）

画出开关管的电压电流波形和整流二极管电流波形。

解：（1）21i on o off

U N t U N t ==48V ； （2）由（1）知

21on off N t N t =3.48~4.71，又N2/N1=4.5,T=0.01ms,得D=0.776-0.825，T ON=4.37us-4.52us ；

（3）S 选择Power MOSFET,VD 选择快恢复二极管；

（4）

5、 SCR 单相全桥整流电路，已知SCR 的触发角为60度角，电源电压Ui=220V ，试对以下

三种负载情况分别求出输出直流电压Ud 和直流电流Id 。（1）输出接电感值极大，电阻

值为5Ω的阻感负载（2）负载条件同1，但在输出端接个稳流二极管（3）输出负载为

阻感负载且加反电动势，其中电感值很大，电阻值为5Ω，反电动势为48V 。

解：（1）d U

= 2231sin()()0.9cos 3t d t U πππωωπ=?=99V

d I = d U /R=99/5=19.8A

(2) d U

=2231

sin()()0.45(1cos )3t d t U π

ππ

ωωπ=+?=148.5V d I = d U /R=148.5/5=29.7A

(3) d U

= 223

1

sin()()0.9cos 3t d t U πππ

ωωπ=?=99V

d I = (d U -E)/R=(99-48)/5=10.2A

6、 理想条件下的Buck 型DC/DC 电路，已知输出电压为24V ，输出功率为24.48W ，输入

电压变化范围为36~48V ，工作频率为100KHZ ，采用PWM 控制方法使电路的输出电压

恒定。1）求出开关的占空比D 与导通时间Ton 的变化范围；2）求出使Buck 电路处于

临界连续状态时的电感值；3）求出开关管、二极管的电压、电流最大值。

解：（1）o U E α==24V ，得D=0.5~0.67，T=10us,Ton=5us~6.7us

(2) R =23.53Ω，T=10us,imax=1.02A,imin=0.51A ,则⊿i=0.51A,电感量L=(Ui-Uo)*Ton/

⊿i ，即L=Uo(1-D)*T/0.51,上式对D 求导，当D=0.5时，得Lmin=235.3uH 。

（3）最大电压48V ，最大电流1A 。

7、 对于理想条件下的Buck 电路，已知输出电压为12V ，输入电压为24~48V ，输出电阻为

10Ω，工作频率为100KHZ，L值极大，采用PWM控制方法使输出电压恒定，求（1）输入电流范围；（2）控制开关管的导通时间范围；（3）各开关管的最大电压和最大电流。解：（1）按功率守恒去算；（2）2.5us~5us;(3)最大电压48V，最大电流可由（1）求得

8、在理想条件下，Boost型DC/DC斩波电路，已知输出电压为48V，输入电压变化范围为

12~36V，输出电阻为10Ω，工作频率为100KHZ，电感器为L值可以保证电路的电感电流连续，采用PWM控制方法使电路输出电压恒定，求：（1）求出开关管的占空比D 与导通时间Ton的范围；（2）指出各开关器件应选择何种类器件；（3）满足上述电路条件的电感器设计值。

解：

（1）

当Ui=Uimin时，Dmax=1-Uimin/Uo=1-12/48=0.75;

当Ui=Uimax时，Dmin=1-Uimax/Uo=1-36/48=0.25;

D的范围为[0.25,0.75]。

开关周期为Ts=1/fs=1/100ms=10us;

开关管导通时间范围为[2.5us,7.5us]。

（2）二极管应该选择快恢复二极管；

开关管应该选择Power MOSFET。

（3）电感电流连续。输出电流为Io=Uo/R=48/10=4.8A;

I1=1/(1-D)Io=9.6A

临界连续负载电流为I1=[(Uo*T)*D*(1-D)]/2*L;

当占空比D=1/2时，有最大值L=（Uo*T）/8*I1

=48/(100*10^3*8*9.6)=6.25uH

9、SCR三相半波整流电路，阻感负载，电感很大，可以保证电感电流连续，已知输入交流

电源变压器次级电压为220V，电阻值为44Ω，若触发角为30度，（1）试计算此时输出电流平均值Id，有效值I及额定值；（2）若考虑电源变压器有漏抗，则应认为会出现什么现象。

解：（1）U d＝1.17U2cos ＝1.17×220×cos30°＝223（V）

I d＝U d∕R＝223∕5＝44.6（A）

I dVT＝I d∕3＝44.6∕3＝14.86（A）

I VT＝I d∕3＝25.74（A）

（2）①出现换相重叠角γ，整流输出电压平均值Ud降低

②整流电路的工作状态增多。

③晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全开通。

④换相使电网电压出现缺口，成为干扰源

⑤换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须

加吸收电路。

10、理想条件下的单相桥式方波逆变器，其输入电压为300V，纯电阻负载，最大输出

功率为1200W，损耗不计，请画出其主电路图，输出电压，电流波形，并给出主控开关管的电压和电流参数（开关管的电压、电流裕量定为2倍）。

解：

基波幅值：

基波有效值：

主控开关参数：电压额定值为600V,电流额定值为6A。

四、重点总结

第一章

电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术

电力变换通常可分为四大类：交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流

电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础，而变流技术则是电力电子技术的核心

电力电子器件制造技术的理论基础是半导体物理，而变流技术的理论基础是电路理论

第二章

各种常用电力电子器件工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路称为主电路。

电力电子器件：是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。

电力电子器件在导通或阻断状态下，并不是理想的短路或者断路。导通时器件上有一定的通态压降，阻断时器件上有微小的断态漏电流流过。尽管其数值都很小，但分别与数值较大的通态电流和断态电压相作用，就形成了电力电子器件的通态损耗和断态损耗。

电力电子器件由断态转为通态（开通过程）或者由通态转为断态（关断过程）的转换过程中产生的损耗，分别称为开通损耗和关断损耗，总称为开关损耗。

通常来讲，电力电子器件的断态漏电流都极其微小，因而通态损耗是电力电子器件功率损耗的主要原因。当器件的开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素。

电力电子器件的分类

d

o1m d

4

1.27

U

U U

π

==

d

o1d

0.9

U U

π

==

1）按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将电力电子器件娄为以下三类：

2）按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，可以将电力电子器件（电力二极管除外）分为电流驱动型和电压驱动型

3)根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间有效信号的波形，又可将电力电子器件（电力二极管除外）分为脉冲触发型和电平触发型

4）按照电力电子器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为单极型器件（也称多子器件）、双极型器件和复合型器件

不可控器件——电力二极管

1. 静态特性（漏电流、导通电压）

2. 动态特性

3. 主要参数：a.正向平均电流 b.正向压降 c.反向重复峰值电压

4. 电力二极管的主要类型

1) 普通二极管(整流二极管)：多用于开关频率不高的整流电路，反向恢复时间较长

2) 快恢复二极管:正向电压低、恢复时间短

3) 肖特基二极管:以金属和半导体接触形成，4个优点、3个弱点

半控型器件——晶闸管

1. 晶闸管(SCR)的结构和工作原理

P1N1P2N2

a.给阳极和阴极施加正向电压，

b.给触发电流，产生强烈的正反馈

晶闸管在以下几种情况下也可能被触发：1）阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应；2）阳极电压上升率du/dt 过高；3）结温较高4）光直接照射硅片

典型全控型器件

1) 门极可关断晶闸管（GTO ）

与SCR 相比：1.饱和程度较浅; 2.多元集成结构，可以从门极抽出较大的电流

2) 电力晶闸管（GTR ）

安全工作区(四条临界线) 工作在截止区和饱和区

3) 电力场效应管（MOSFET ）

栅源加正向电压→反型→在漏源正向电压的作用下，单子导电

无电导调制效应

工作在截止区和非饱和区

4) 绝缘栅双极晶体管（IGBT ）

在电力场效应管的基础上多一层P 区

正向偏置安全工作区和反向偏置安全工作区

工作在正向阻断区和饱和区

第三章

单相半波可控整流电路单相全波可控整流电路

单相桥式半控整流电路单相桥式全控整流电路

三相半波可控整流电路三相桥式全控整流电路

电容滤波单相不可控整流电路电容滤波三相不可控整流电路大功率可控整流电路触发角和导通角的概念

触发角:从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲止的电角度

导通角:晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度

晶闸管承受的最大正、反向电压;移相范围

3.1.2 单相桥式全控整流电路

1.电阻负载的工作情况

4个晶闸管、最大正向电压、最大反向电压、触发角

最大正、反向电压分别是u2和u2

对一组处于工作的桥臂，当断态时，每个晶闸管承受的电压是变压器二次侧电压的一半（考虑方向）;导通时，电压为零

对不处于作状态的桥臂，当断态时，每个晶闸管承受的电压是变压器二次侧电压的一半（考虑方向）;当负载导通时，每个管承受的电压为变压器二次侧电压

当两组桥臂都不工作时，每个晶闸管承受的电压是变压器二次侧电压的一半（考虑方向），波形Ud、Utv1,4 I2

2.带阻感负载的工作情况

与电阻负载相比：每组晶闸管导通时间为180度，负载电流为一条直线；不会出现两组桥臂都不工作的情况，因此，断态时每个晶闸管承受的电压一定等于变压器二次侧电压

移相范围为0~90，这是由于受到输出电压平均值必需>=0，处于整流状态的限制

晶闸管的移相反围：0~90（有表达式看出）晶闸管的导通角为180（有波形看出）

最大正、反向电压都是u2

3.带反电动势负载时的工作情况

停止导通角触发角被推迟

4.带反电动势阻感负载时的工作情况

类似于感性负载（克服掉反电动势的作用），注意扣掉反电动势

3.1.3 单相全波可控整流电路

与单相桥式全控整流电路的对比

3.1.4 单相桥式半控整流

与单相桥式全控整流电路相比：带阻性负载时波形一样，感性时由于电力二极管不存在续

流作用，因此，电压波形不会连续。（错误，依然存在续流,但电压为零）

实际应用中需加设续流二极管,避免失控

当由电感维持电流时，电流不经过变压器二次绕组,负载电压为零

3.2.1 三相半波可控整流电路

为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波流入电网。共阴极接法

三个二极管对应的相电压中哪一个最大，则该相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压。

一周期内三个二极管轮流导通120度

在相电压的交点处均出现了二极管换相，即电流由一个二极管向另一个二极管转移，称这些交点为自然换相点。

变压器二次侧绕组电流有直流分量

对于阻性负载:

导通时只要电压为正即可导通，没有电压必需大于其它两相的限制

导通角的移相范围是：0~150

对于阻感性负载:

理解不同触发角导致负载电流的不同

平均电压Ud、负载电流平均值Id、晶闸管承的最大反向电压URM 、UFM

3.2.2 三相桥式全控整流电路

把既能工作在整流状态又工作在逆变状态的整流电路称为变流电路

产生有源逆变的条件：

1）要有直流电动势，其极性需和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流侧的平均电压

2）要求晶闸管的控制角大于90度，使Ud为负值

必须指出，半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压Ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用全控电路

第四章

单相半桥逆变电路单相全桥逆变电路带中心抽头变压器的逆变电路

三相电压型桥式逆变电路

单相桥式电流型逆变电路

三相电流型逆变电路

多重逆变电路多电平逆变电路

当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变。

当交流侧直接和负载连拉时，称为无源逆变

4.1.1换流方式

1）器件换流

利用全控型号器件的自关断能力进行换流

2）电网换流

由电网提供换流电压

3）负载换流

由负载提供换流电压。凡是负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可以实现负载换流

4）强迫换流（电容换流）

设置附的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电流的换流方式。强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换流

换流方式的两大类:

逆变电路根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。它们也分别被称为电压源型逆变电路和电流源型逆变电路

第五章

降压斩波电路 升压斩波电路 升降压斩波电路 Cuk 斩波电路 Sepic 斩波电路 Zeta 斩波电路 电流可逆斩波电路 桥式可逆斩波电路 多相多重斩波电路

正激电路 反激电路 半桥电路 全桥电路 推挽电路

全波整流 全桥整流 同步整流

DC/DC 变换器

实现功能：直流电幅值变换; 直流电极性变换; 直流电路阻抗变换

非隔离型：Buck 电路Boost 电路Buck-Boost 电路

隔离型：反激式变换电路正激式变换电路半桥变换电路全桥变换电路推挽变换电路 PWM 脉冲宽度调制

工作过程中，开关频率不变化，开关导通的时间按照要求变化。D=t on /T

PWM 脉冲频率调制

工作过程中，开关接通的时间不变，开关频率按照要求变化。

混合式

工作过程中，开关接通的时间和频率都变化。

降压型（Buck)斩波电路——电流连续

负载电压与电源电压的关系为:DU U O