合肥工业大学开关电源试卷及答案

合肥工业大学开关电源试卷及答案

考生姓名：____________________

专业班级：____________________

学号：____________________

考试时间：[X]分钟。

满分：100分。

一、选择题（每题3分，共30分）。

1. 开关电源的主要优点不包括以下哪项？

A. 效率高。

B. 体积小。

C. 输出纹波大。

D. 重量轻。

2. 以下哪种电路常用于开关电源的功率变换？

A. 整流电路。

B. 逆变电路。

C. 放大电路。

D. 滤波电路。

3. 开关电源中，PWM控制方式的全称是？

A. 脉冲频率调制。 B. 脉冲宽度调制。

C. 脉冲幅度调制。

D. 脉冲相位调制。

4. 开关电源的输出滤波电容一般采用哪种类型的电容？

A. 电解电容。

B. 陶瓷电容。

C. 云母电容。

D. 纸介电容。

5. 反激式开关电源的变压器工作在什么状态？

A. 连续导通模式。

B. 不连续导通模式。

C. 临界导通模式。

D. 以上都有可能。

6. 开关电源中，为了防止开关管在关断时出现过高的电压尖峰，通常采用什么措施？

A. 加吸收电路。

B. 增大开关管的耐压值。

C. 减小负载电流。

D. 提高开关频率。

7. 以下哪种元件常用于开关电源的隔离？ A. 电容。

B. 电感。

C. 变压器。

D. 电阻。

8. 开关电源的控制芯片主要功能不包括？

A. 产生PWM信号。

B. 过流保护。

C. 功率放大。

D. 过压保护。

9. 正激式开关电源与反激式开关电源相比，其主要特点是？

A. 变压器需要额外的复位电路。

B. 输出功率较小。

C. 效率较低。

D. 电路结构更简单。

10. 开关电源的电磁兼容性设计主要考虑哪些方面？

A. 减少电磁干扰的产生。

B. 提高对电磁干扰的抗扰度。

C. A和B都需要考虑。

D. 只需要考虑A。

二、填空题（每题3分，共30分）。 1. 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管__________的时间比例，维持稳定输出电压的一种电源。

2. 常见的开关电源拓扑结构有反激式、正激式、__________、推挽式等。

3. PWM控制芯片的核心部件是__________。

4. 开关电源的输出纹波主要由开关频率和__________等因素决定。

5. 为了提高开关电源的效率，通常采用__________的开关管。

6. 开关电源中的电感主要起到__________和储能的作用。

7. 反激式开关电源在开关管导通时，变压器__________能量。

8. 开关电源的过流保护通常通过检测__________来实现。

9. 电磁干扰（EMI）分为传导干扰和__________干扰。

10. 开关电源的输出电压调整率是指在负载变化时，输出电压的__________。

三、简答题（每题10分，共20分）。

1. 简述开关电源的工作原理。

2. 说明开关电源中PWM控制方式的优点。

四、计算题（20分）。

已知某反激式开关电源的输入电压为220V（交流有效值），经过整流滤波后得到直流输入电压300V，变压器的原边与副边匝数比为10:1，开关管的导通时间为10μs，开关周期为20μs，负载电阻为10Ω。求：

输出电压的平均值；

输出电流的平均值；

开关电源的输出功率。 答案及解析。

一、选择题。

1. 答案：C。解析：开关电源的优点包括效率高、体积小、重量轻等，输出纹波大是其缺点，不是优点，所以选C。

2. 答案：B。解析：逆变电路常用于开关电源的功率变换，将直流电能转换为交流电能，再通过变压器等进行后续处理，整流电路是将交流变为直流，放大电路主要用于信号放大，滤波电路用于滤除杂波，所以选B。

3. 答案：B。解析：PWM控制方式全称是脉冲宽度调制，通过改变脉冲的宽度来调节输出电压或电流，脉冲频率调制是PFM，脉冲幅度调制是PAM，脉冲相位调制是PPM，所以选B。

4. 答案：A。解析：电解电容容量较大，常用于开关电源的输出滤波，陶瓷电容、云母电容、纸介电容容量相对较小，一般用于高频滤波等其他场合，所以选A。

5. 答案：D。解析：反激式开关电源的变压器工作状态可以是连续导通模式、不连续导通模式或临界导通模式，具体取决于电路参数和工作条件，所以选D。

6. 答案：A。解析：加吸收电路可以有效防止开关管在关断时出现过高的电压尖峰，增大开关管耐压值成本较高且不是常规措施，减小负载电流与防止电压尖峰关系不大，提高开关频率主要影响效率等其他方面，所以选A。

7. 答案：C。解析：变压器具有隔离作用，常用于开关电源中实现输入和输出的电气隔离，电容、电感、电阻一般不用于隔离，所以选C。

8. 答案：C。解析：控制芯片主要功能包括产生PWM信号、过流保护、过压保护等，功率放大一般由专门的功率放大电路完成，不是控制芯片的主要功能，所以选C。

9. 答案：A。解析：正激式开关电源的变压器需要额外的复位电路，其输出功率可以较大，效率较高，电路结构相对复杂，所以选A。 10. 答案：C。解析：开关电源的电磁兼容性设计既要减少电磁干扰的产生，又要提高对电磁干扰的抗扰度，所以选C。

二、填空题。

1. 导通和关断。

2. 半桥式。

3. 比较器。

4. 滤波电路参数。

5. 低导通电阻。

6. 滤波。

7. 储存。

8. 电流。

9. 辐射。

10. 相对变化量。

三、简答题。

1. 开关电源的工作原理：开关电源主要由输入整流滤波电路、功率变换电路、控制电路和输出整流滤波电路等组成。输入的交流电压经过整流滤波后变为直流电压，功率变换电路中的开关管在控制电路的作用下，按照一定的频率和占空比进行导通和关断。当开关管导通时，能量存储在电感或变压器中；当开关管关断时，存储的能量释放给负载，通过控制开关管的导通和关断时间比例（占空比），可以调节输出电压的大小，最后经过输出整流滤波电路得到稳定的直流输出电压。

2. PWM控制方式的优点： - 效率高：通过调节脉冲宽度来控制输出电压，开关管在导通和关断时的损耗相对较小，提高了电源的效率。

- 响应速度快：可以快速地改变占空比，从而快速调节输出电压，对负载变化和输入电压变化有较好的响应。

- 精度高：能够实现较为精确的电压或电流控制，满足不同负载的要求。

- 易于实现数字化控制：便于与数字电路结合，实现复杂的控制策略。

四、计算题。

已知变压器原边与副边匝数比为10:1，输入直流电压为300V，根据变压器的电压变换关系：U_o=frac{N_2}{N_1}U_i（其中U_o为输出电压，N_1、N_2分别为原边和副边匝数，U_i为输入电压），可得输出电压的平均值为：U_o=(1)/(10)×300 = 30V。

由欧姆定律I_o=frac{U_o}{R}（其中I_o为输出电流，R为负载电阻），可得输出电流的平均值为：I_o=(30)/(10)=3A。

开关电源的输出功率P_o=U_oI_o=30×3 = 90W。