Ю.К. Розанов, М.В. Рябчицкий, А.А. Кваснюк. Силовая электроника, 2007.
2. О.З. Попков. Основы преобразовательной техники, 2007.
3. В. И. Мелешин. Транзисторная преобразовательная техника. Техносфера, 2005 г.
Для ответа на экзаменационный вопрос используется материал лекций. При необходимости используется материал задач сам. работ и домашних заданий. При ответе на вопрос, если указано "на примере схемы по выбору" - использовать любую из рассмотренных схем, остальные возможные схемные решения - назвать (например, рассмотреть полумостовой преобразователь, и указать, что также возможен и мостовой, нарисовать его схему). Необходимо владеть материалами не только данного курса, но и курса Основ преобразовательной техники (работа выпрямителя, как управляемого, так и неуправляемого, инвертор тока, инвертор напряжения), курса Полупроводниковые приборы и Схемотехника и наноэлектроника (характеристики и процессы в диоде, диоде Шоттки, биполярном и полевом (МДП) транзисторе).
Примеры задач экзаменационных билетов:
Если параметры элемента не указаны (например, сопротивление обмотки дросселя), считать элемент идеальным (т.е., например, в дросселе потери не учитывать)
1. Дано: схема - преобразователь 1-го рода. Частота коммутации 200 кГц; напряжение питания 12 В; индуктивность дросселя 2 мкГн; эквивалентное сопротивление обмотки дросселя 0,02 Ом; размах пульсаций выходного напряжения 20 мВ; отклонение во время подброса напряжения (сброса нагрузки) 0,15 В; сопротивление канала открытого транзистора 10 мОм.
Определить коэффициент заполнения, при котором напряжение нагрузки равно 1,5 В при токе нагрузки 10 А. Для этого коэффициента заполнения построить внешнюю характеристику. Найти емкость конденсатора фильтра.
2. Дано: схема - преобразователь 1-го рода. Частота коммутации 25 кГц; напряжение питания 200 В; эквивалентное сопротивление обмотки дросселя 0,9 Ом; размах пульсаций выходного напряжения 0,5 В; отклонение во время наброса нагрузки 10 В (провала напряжения); амплитуда пульсаций тока дросселя 0,6 А (размах 1,2 А).
Определить коэффициент заполнения, при котором напряжение нагрузки равно 100 В при токе нагрузки 3 А. Найти индуктивность дросселя и емкость конденсатора фильтра.
3. Дано: схема - преобразователь 1-го рода. Частота коммутации 25 кГц; напряжение питания 200 В; эквивалентное сопротивление обмотки дросселя 0,9 Ом; динамическое сопротивление ВАХ диода 200 мОм; постоянная составляющая ВАХ диода 0,5 В; индуктивность дросселя фильтра 1000 мкГн.
Определить коэффициент заполнения, при котором напряжение нагрузки равно 100 В при токе нагрузки 5 А. Для этого коэффициента заполнения построить внешнюю характеристику. Рассчитать статические потери в диоде.
4. Дано: схема - преобразователь 1-го рода. Частота коммутации 250 кГц; напряжение питания 40 В; эквивалентное сопротивление обмотки дросселя 0,007 Ом; сопротивление канала открытого транзистора 25 мОм; время нарастания тока транзистора 5 нс; время спада тока транзистора 5 нс; время нарастания напряжения транзистора (при выключении) 60 нс; время спада напряжения на транзисторе (при включении) 50 нс; выброс тока при обратном восстановлении диода 10 А; амплитуда пульсаций тока дросселя 7 А (размах 14 А).
Определить коэффициент заполнения, при котором напряжение нагрузки равно 9 В при токе нагрузки 20 А. Рассчитать статические и динамические потери в транзисторе.
6. Дано: схема - автономный мостовой инвертор напряжения с выходным напряжением в форме меандра. Частота выходного напряжения 800 Гц, напряжение питания 110 В. Сопротивление нагрузки 15 Ом, индуктивность нагрузки 2 мГн (соединены последовательно). Найти полную и активную мощности нагрузки. Учитывать только 1ю гармонику тока нагрузки.
7. Дано: схема - автономный мостовой инвертор напряжения с управлением по принципу ШИМ по синусоидальному закону. Частота выходного напряжения 800 Гц, напряжение нагрузки 120 В. Сопротивление нагрузки 15 Ом. Частота коммутации ключей 20кГц. Рассчитать необходимую величину напряжения питания и параметры Г-образного LC-фильтра (конденсатора и индуктивность дросселя). Коэффициент гармоник напряжения нагрузки не более 8%.
8. Дано: схема - преобразователь 2-го рода. Частота коммутации 30 кГц; напряжение питания 120 В; эквивалентное сопротивление обмотки дросселя 0,5 Ом; размах пульсаций тока дросселя - 7% от среднего тока дросселя при коэффициенте заполнения, равном 0,7 и токе нагрузки 8А.
1) Найти индуктивность дросселя.
2) Определить, какая максимальная величина напряжения нагрузки может быть достигнута при изменении коэффициента заполнения от 0 до 1, если ток нагрузки равен 8 А.
9. Дано: схема - преобразователь 2-го рода. Частота коммутации 40 кГц; напряжение питания 100 В; размах пульсаций выходного напряжения 0,2 В; размах пульсаций тока дросселя - 10% от среднего тока дросселя при коэффициенте заполнения, равном 0,75 и токе нагрузки 8А. Эквивалентное сопротивление обмотки дросселя 0,5 Ом.
Найти напряжение нагрузки индуктивность дросселя и емкость конденсатора фильтра.
10. Дано: схема - преобразователь 3-го рода. Частота коммутации 50 кГц; напряжение питания 12 В; эквивалентное сопротивление обмотки дросселя 0,6 Ом; размах пульсаций выходного напряжения 0,5 В; размах пульсаций тока дросселя - 10% от среднего тока дросселя при коэффициенте заполнения, равном 0,4 и токе нагрузки 3 А.
Найти индуктивность дросселя и емкость конденсатора фильтра.
11. Дано: схема - преобразователь 1-го рода. Частота коммутации 15 кГц; напряжение питания 525 В; индуктивность дросселя 500 мкГн. Определить коэффициент заполнения, при котором напряжение нагрузки равно 120 В при токе нагрузки 2 А. Преобразователь работает в режиме непрерывного или прерывистого тока? Для этого коэффициента заполнения построить внешнюю характеристику.
12. Дано: схема - двухтактный преобразователь постоянного напряжения с трансформаторной развязкой с полумостовым инвертором. Выпрямитель построен по схеме с выводом нулевой точки. Частота коммутации 25 кГц; напряжение питания изменяется от 400 В до 520 В; индуктивность рассеяния трансформатора 50 мкГн. Ток нагрузки равен 10А. Напряжение нагрузки равно 100В. Найти коэффициент трансформации трансформатора, если запас для динамического процесса cmin=1,2. Найти статический максимальный и минимальный коэффициент заполнения импульсов транзисторов. Построить токи транзисторов, ток первичной обмотки и напряжения, приложенные к диодам выпрямителя. Индуктивность намагничивания трансформатора 1мГн, индуктивность дросселя выходного фильтра считать бесконечной.
13. Дано: схема - двухтактный преобразователь постоянного напряжения с трансформаторной развязкой с мостовым инвертором. Выпрямитель построен по мостовой схеме. Частота коммутации 20 кГц; напряжение питания изменяется от 200 В до 420 В; индуктивность рассеяния трансформатора 10 мкГн. Ток нагрузки равен 200А. Напряжение нагрузки равно 27В. Найти коэффициент трансформации трансформатора, если запас для динамического процесса cmin=1,15. Индуктивность намагничивания трансформатора 1мГн, индуктивность дросселя выходного фильтра 10мкГн. Найти статический максимальный и минимальный коэффициент заполнения импульсов транзисторов. Построить токи диодов выпрямителя, ток и напряжение первичной обмотки.
14. Дано: схема - однотактный прямоходовой преобразователь постоянного напряжения с трансформаторной развязкой. Частота коммутации 120 кГц; напряжение питания 390 В. Ток нагрузки равен 2А. Напряжение нагрузки равно 12В. Индуктивностью рассеяния трансформатора пренебречь. Максимально допустимое напряжение, которое может быть приложено к цепи сток-исток транзистора равно 800В. Найти коэффициент трансформации трансформатора, если запас для динамического процесса cmin=1,15, а коэффициент заполнения импульсов - максимально возможный. Найти соотношение витков первичной обмотки и размагничивающей обмотки. Индуктивность намагничивания трансформатора 10мГн, индуктивность дросселя выходного фильтра 200мкГн. Найти статический коэффициент заполнения импульсов транзистора. Построить ток транзистора, напряжение сток-исток, ток первичной обмотки.