电力电子作业及答案

1、设计图3.2(a)所示的Buck DC/DC 变换器。电源电压Vs=147～220V ，额定负载电流11A ，最小负载电流1.1A ，开关频率20KHz 。要求输出电压Vo=110V ；纹波小于1%。要求最小负载时电感电流不断流。计算输出滤波电感L 和电容C ，并选取开关管T 和二极管D 。

解：①滤波电感L ：

v 1100≡v ，电流连续时M=D=

s

v v 0

。 当s v =147v 时，D=110/147=0.75;当v 220=s v 时，D=110/220=0.5。

所以在工作范围内占空比D 在0.5~0.75之间变化。要电流连续必须最小负载电流

)1(20

min D Lf V I I s

OB o -=≥，应按最小的占空比5.0=D 确定实际运行中的临界负载电流)1(20

D Lf V I s

OB -=

，即要求： H H D I f V L O s 25.11

.110202)

5.01(110)1(23min 0=⨯⨯⨯-⨯=-≥

为确保最小负载电流、最小占空比时，电感电流连续，可选取mH L 5.1=。

②开关关Ｔ和二极管Ｄ的选择：

由)93(-式。电感电流脉动的最大峰－峰值L i ∆为：

L i ∆＝A A D Lf V I I s L L 8.11020105.1)

5.01(110)1(3

30min max =⨯⨯⨯-⨯=-=

-- 所以：A A i I I L O L 9.11)2/8.111(21

max max =+=∆+=

A A i I I L O L 1.10)2/8.111(2

1

max min =-=∆-=

开关关Ｔ和二极管Ｄ通过的最大峰值电流都是A I L 9.11max =，开关管Ｔ承受的最大正向电压为v V s 220=，二极管Ｄ承受的最大反向电压也是v V s 220=。若取电流过载安全系数为5.1倍，取过电压安全系数的2倍，则可选V A 500/20的MOSFET P -开关管和快恢复二

极管。

③滤波电感C ：

由 )1()(2812

22

00D f f LCf D V V s

c s -=-=∆π式，可确定输出电压文波小于１％时，所需的Ｌ、c 值：01.0)1()(22200≤-=∆D f f V V s

c π，D 越小，00/V V ∆越大，故有： kHZ HZ D f LC f s

c 27.15

.0101

.021*******.0221

3=-⨯⨯⨯⨯=-⨯≤=

ππ

π 为此要求：F F Lf C c

μππ5.101027.1105.141

41623222

=⨯⨯⨯⨯=≥

- 取mH L F c 5.1,12==μ，故有：

HZ

LC

f c 17.121==

π

验算：%1%84.0)5.01()2017.1(22

200<≤-=∆πV V ，满足要求。

2、图3.5(a)所示Boost 变换器，输入电源电压 Vs=10～30V ，输出电压被控为恒值V ，开关频率fs=40kHz ，最大输出功率100W ，电流Iomax=2.08A ，最小输出功率10W ，电流Iomin=0.208A ，要求变换器工作时电感电流连续，求最小升压电感L 值及输出电压纹波小于1%时的滤波电容C 。

解：①滤波电感L ：

电感电流连续时由D

V V D V V M s

s -=

-==1)1/(1/00式，，得到 。0/1V V D s -=又。V V 480≡当。时，当时，375.0D 30V ;792.0D 10s ====V V V s 电源电压s V 变

化时，占空比D 变化范围是792.0~375.0。

临界负载电流OB I ，可由2000)1(2)1(2D D Lf V

D D V V Lf V I s

s s OB -=-⨯=

时334.03/1≈=D ，OB I 有最大值。s OBm Lf V I 2

27

/

0=D 值越接近0.334，OB I 越大。 令最小负载电流m in O I 大于临界负载电流OB I ，可由上式，即,)1(220

min D D Lf V I s

O ->

则： mH H D D I f V L O s 42.0208.010402)375.01(375.048)1(2322

min 0=⨯⨯⨯-⨯⨯=-⨯≥

取L=0.5mH 。

验算：L=0.5mH,D=0.375时，临界负载电流为：

A I A A I O O

B 208.0176.01040105.02)375.01(375.048min 3

32=<=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=-

确保了电感电流连续，。D

V V M s -==110 ②滤波电感C ： 由式

s c s s f f D RC f D V Cf DI V V =⨯⨯==∆110000，输出电压纹波：01.01

100≤=⨯⨯=∆s

c s f f D RC f D V V D 越大，则00/V V ∆越大，故：

KHz HZ D f RC f s c 505.0792

.0104001.001.01

3=⨯⨯=⨯≤= 负载电阻Ｒ越小，则00/V V ∆越大，最小电阻。Ω=Ω==2308.2/48/max 0min O I V R c

f R C min 1≥

F F C μ8610

505.0231

3

=⨯⨯≥ 取F

C μ100=

验算：HZ HZ F C 43510100231

f 1006

c =⨯⨯=

=-时，μ

%1%861.01040435

792.03

00<=⨯⨯=∆V V ，满足要求。

3、设计图3.12(b)所示的单端反激DC/DC 变换器。输入直流电压Vs=12V ±10%，开关频率fs=100KHz ，额定负载电流1A ，最小负载电流0.1A ，要求输出电压Vo 恒定为48V ，电压纹