第5章 直流-直流变流电路
5-1 简述图5-1a 所示的降压斩波电路的工作原理。
答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V 导通一段时间on t ，由电源E 向L 、R 、m E 供电，在此期间，E u =0。然后使V 关断一段时间off t ，此时电感L 通过二极管VD 向R 和m E 供电，00=u 。一个周期内的平均电压E t t t U of
on on
+=0。输出电
压小于电源电压，起到降压的作用。
5-2 在图5-1a 所示的降压斩波电路中，已知E=200V ，R=10Ω，L 值极大，V E m 20=，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs ，on t =20μs 时，计算输出电压的平均值0U 和输出电流平均值0I 。
解：由于L 值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为
)(10040
200*200V E T t U on ===
输出电流平均值为
)(810
20
10000A R E U I m =-=-=
5-4 简述图5-2a 所示升压斩波电路的基本原理。
答：假设电路中电感L 值很大，电容C 值也很大。当V 处于通态时，电源E 向电感L 充电，充电电流基本恒定为1I ，同时电容C 上的电压向负载R 供电，因C 值很大，基本保持输出电压为恒值Uo 。设V 处于通态的时间为on t ，此阶段电感L 上积蓄的能量为
on 1t EI 。当V 处于断态时E 和L 共同向电容C 充电并向负载R 提供能量。设V 处于断态的
时间为off t ，则在此期间电感L 释放的能量为()off 1o t I E U -。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：
()off 1o on 1t I E U t EI -=
化简得：
E t T
E t t t U off
off off on o =+=
式中的1/off ≥t T ，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。
5-5 在图5-2a 所示的升压斩波电路中，已知E=50V ，L 值和C 值极大，R=25Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=50μs ，ton=20μs 时，计算输出电压平均值Uo ，输出电流平均值Io 。
解：输出电压平均值为：
U o =
E t T off =5020
5050?-=(V) 输出电流平均值为：
I o =
R U o =25
3
.83=(A) 5-6 试分别简述升降压斩波电路和Cuk 斩波电路的基本原理，并比较其异同点。
答：升降压斩波电路的基本原理：当可控开关V 处于通态时，电源E 经V 向电感L 供电使其贮存能量。此后，使V 关断，电感L 中贮存的能量向负载释放。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反。
E E t T t E t t U α
α-=-==
1on on off on o 改变导通比，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<<1/2
时为降压，当1/2<
<1时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。
Cuk 斩波电路的基本原理：当V 处于通态时，E —L 1—V 回路和R —L 2—C —V 回路分别流过电流。当V 处于断态时，E —L 1—C —VD 回路和R —L 2—VD 回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。
E E t T t E t t U α
α-=-==
1on on off on o 两个电路实现的功能是一致的，均可方便的实现升降压斩波。与升降压斩波电
路相比，Cuk斩波电路有一个明显的优点，其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。
5-8 分析图5-7a所示的电流可逆斩波电路，并结合图5-7b的波形，绘制出各个阶段电流流通的路径并标明电流方向。
答：将一个周期分为4个区间。
在[0，t1）区间，电流为负，电压为正，则V2肯定是关断的（若V2开通则电压为0），无论V1开通还是关断，电流方向为：电源E的负端—-电机M—-电阻R—-电感L---二极管VD2---电源E的正端，如图(b)所示。
在(t1，t2]区间，电流为正，电压为正，则V2肯定是关断的（若V2开通则电压为0），V1开通（因为电流上升），电流方向为：电源E的正端-—开关管V1—-电感L---电阻R-—电机M ---电源负E的端，如图(c)所示。
在[t2，t3)区间，电流为正，电压为0，则V1肯定是关断的（若V1开通则电压为正），无论V2开通还是关断，电流方向为：电机M负端-—二极管VD1—-电感L---电阻R-—电机M正端，如图(d)所示。
在(t3，t4)区间，电流为负，电压为0，则V1肯定是关断的（若V1开通则电压为正），无论V2开通（因为电流负方向上升），电流方向为：电机M正端-—电阻R-—电感L---开关管V2—-电机负M端，如图(f)所示。
题5-8—图(a)
题5-8—图(b) 题5-8—图(c)
题5-8—图(d) 题5-8—图(e)
5-10 多相多重斩波电路有何优点
答：多相多重斩波电路因在电源与负载间接入了多个结构相同的基本斩波电路，
V2
D2
使得输入电源电流和输出负载电流的脉动次数增加、脉动幅度减小，对输入和输出电流滤波更容易，滤波电感减小。此外，多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波单元之间互为备用，总体可靠性提高。
5-11 试分析正激电路和反激电路中的开关和整流二极管在工作时承受的最大电压，输入输出电压关系。 1）正激电路
开关在工作时承受的最大电压 i S U N N u )1(3
1
+
= 整流二极管在工作时承受的最大电压，电流连续时i VD U N N u 3
2
1=（对于电流断续时，不做要求）。 输入输出电压关系
电流连续模式
T t N N U U on 12i o =，在负载为零的极限情况下i 1
2o U N N
U = 2）反激电路
开关在工作时承受的最大电压 O i S U N N U u 3
1
+
= 整流二极管在工作时承受的最大电压i VD U N N U u 2
1
0+=。 输入输出电压关系
电流连续模式off
on
12i o t t N N U U =，在负载为零的极限情况下i o ∞→U
5-12 试分析全桥，半桥和推挽电路中的开关和整流二极管在工作时承受的最大电压，输入输出电压关系。 1）全桥电路
开关在工作时承受的最大电压 i S U u =
按书图5-18的原理图，整流二极管在工作时承受的最大电压i VD U N N u 3
2
=。 输入输出电压关系 滤波电感电流连续时 T t N N U U on 12i o 2=，在负载为零的极限情况下 i 1
2o U N N
U = 2）半桥电路
开关在工作时承受的最大电压 i S U u =
按书图5-16的原理图，整流二极管在工作时承受的最大电压i VD U N N u 3
2
=。 输入输出电压关系 滤波电感电流连续时T t N N U U on 12i o =，在负载为零的极限情况下 i
i 12o 2U
N N U = 3）推挽电路
开关在工作时承受的最大电压 i S U u 2=
按书图5-20的原理图，整流二极管在工作时承受的最大电压i VD U N N u 3
2
2=。 输入输出电压关系 滤波电感电流连续时
T t N N U U on 12i o 2=，在负载为零的极限情况下 i 1
2o U N N
U =