电源转换电路

学习数学分析电路需要大量的学习和实践。通常情况下，学生通过做大量的例题并对照课本或老师提供的答案进行练习。虽然这很好，但还有更好的方法。

你会学到更多建立和分析实际电路让你的测试设备来提供“答案”，而不是书本或其他人。对于成功的电路构建练习，遵循以下步骤:

1. 在电路构造之前仔细测量和记录所有元件的值，选择足够高的电阻值，使任何有源元件不太可能受到损坏。
2. 绘制要分析的电路的示意图。
3. 在面包板或其他方便的介质上仔细地构造这个电路。
4. 检查电路构造的准确性，沿着每根电线到每一个连接点，并在图上逐个验证这些元件。
5. 数学地分析电路，解决所有电压和电流值。
6. 仔细测量所有电压和电流，以验证分析的准确性。
7. 如果有任何实质性的错误(大于几个百分点)，仔细检查你的电路结构与图表，然后仔细地重新计算值和重新测量。

当学生首次学习半导体器件时，并且最有可能通过在电路中进行不正当的连接来损坏它们时，我建议他们尝试大量的高瓦数部件（1N4001整流二极管，到-220或3个案例功率晶体管等），并使用干式电池电源电源而不是台式电源。这降低了组件损坏的可能性。

通常，避免非常高和非常低的电阻值，以避免测量误差引起的仪表“负载”(在高端)和避免晶体管烧坏(在低端)。我推荐电阻在1 kΩ和100 kΩ之间。

一种方式可以节省时间并减少错误的可能性是以非常简单的电路开始，逐步添加组件以增加其在每个分析后的复杂性，而不是为每个实践问题构建全新电路。另一种节省的技术是在各种不同电路配置中重新使用相同的组件。这样，您不必多次测量任何组件的值。

描述什么A.发电机以及它在电气系统中的用途。

什么是DC-DC转换器电路，这种电路可能用于什么用途?

该电路使用一个8038波形发生器IC(集成电路)来产生一个“锯齿”波形，然后与来自电位器的可变直流电压进行比较:

结果是电源晶体管基部的脉冲波形，其频率与锯齿波形相同。通常在诸如此类的电路中，频率至少为几百赫兹。

解释当电位器刮水器移近V点和移近地面时，灯的亮度会发生什么变化。

该电路产生直流电压脉冲，足以使霓虹灯通电，每次开关打开时:

请描述这个简单电路的工作原理，以及如何对其进行修改以生产连续高压直流电源。

提示：普通的AC-DC电源电路如何转换脉冲将整流直流转换成相对“平滑”的直流输出?

这里显示的是a的示意图“巴克”转换器电路，一种DC-DC“切换”电源转换电路：

在该电路中，晶体管完全打开或完全关闭;也就是说，在饱和度或截止的极端之间驱动。通过避免晶体管的“有源”模式（在导电电流的同时降低大量电压），可以实现非常低的晶体管功率耗散。以热量的形式浪费的功率很少，“切换”电源转换电路通常非常高效。

在晶体管的两种状态下跟踪所有电流方向。同时，在晶体管的两种状态下标记电感的电压极性。

这里显示的是a的示意图“增强”变换器电路，一种DC-DC“切换”电源转换电路：

在该电路中，晶体管完全打开或完全关闭;也就是说，在饱和度或截止的极端之间驱动。通过避免晶体管的“有源”模式（在导电电流的同时降低大量电压），可以实现非常低的晶体管功率耗散。以热量的形式浪费的功率很少，“切换”电源转换电路通常非常高效。

在晶体管的两种状态下跟踪所有电流方向。同时，在晶体管的两种状态下标记电感的电压极性。

这里显示的原理图是一个“反相”变换器电路，一种DC-DC“开关”电源转换电路:

在该电路中，晶体管完全打开或完全关闭;也就是说，在饱和度或截止的极端之间驱动。通过避免晶体管的“有源”模式（在导电电流的同时降低大量电压），可以实现非常低的晶体管功率耗散。浪费少量的电力以热量浪费，开关“电源转换电路通常非常高效。

在晶体管的两种状态下跟踪所有电流方向。同时，在晶体管的两种状态下标记电感的电压极性。

这里显示的是a的示意图“Cuk变换器电路，一种DC-DC“切换”电源转换电路：

在该电路中，晶体管完全打开或完全关闭;也就是说，在饱和度或截止的极端之间驱动。通过避免晶体管的“有源”模式（在导电电流的同时降低大量电压），可以实现非常低的晶体管功率耗散。以热量的形式浪费的功率很少，“切换”电源转换电路通常非常高效。

在晶体管的两种状态下跟踪所有电流方向。此外，在晶体管的两个状态下标记电感器的电压极性。

预测降压变换器电路的运行将如何受到下列故障的影响。独立考虑每一个故障(即一次一个，不能有多个故障):

驱动电路在恒定的“低”(0伏)输出信号时发生故障:

驱动电路在恒定的“高”(V)输出信号时发生故障:

二极管失败短缺：

电感器失败开放:

电容器不做空:

对于这些条件中的每一个，解释为什么由此产生的影响将会发生。

预测该升压变换器电路的运行将如何受到下列故障的影响。独立考虑每一个故障(即一次一个，不能有多个故障):

驱动电路在恒定的“低”(0伏)输出信号时发生故障:

驱动电路在恒定的“高”(V)输出信号时发生故障:

二极管失败短缺：

电感器失败开放:

电容器不做空:

对于这些条件中的每一个，解释为什么由此产生的影响将会发生。

所谓的线性稳压器的工作原理是通过调节串联电阻或分流电阻，使输出电压保持在输入电压的某个小数值上:

通常，这些可变电阻由晶体管而不是实际变阻器提供，这必须手动控制。

解释为什么A交换调节器电路将以更高的效率执行与线性调节电路相同的任务。此外，识别哪种类型的开关调节器电路最适合将输入电压降低到较小输出电压的任务。

这里显示的是两种降压电路:它们都能将负载的13.5伏特的电源电压降低到5伏特。

计算平均电源电流(I_供应)用于这两种电路。假设开关电路的晶体管、电感、电容和二极管的功率损耗可以忽略不计。如果13.5伏的电源是一个电化学电池，哪个电池会持续更长的供电相同的负载?

a的输出电压降压转换器电路是输入电压的函数和开关信号的占空比，由变量d表示（从0％的值范围为0％至100％），其中\（d = \ frac {t_ {上}} {t_ {ON} + T_ {OFF}} \）：

根据这个数学关系，假设输入电压为40伏，计算该变换器电路在这些占空比下的输出电压:

D = 0%;V_出＝

D = 25%;V_出＝

d = 50％;V_出＝

D = 75%;V_出＝

D = 100%;V_出＝

a的输出电压升压转换器电路是输入电压的函数和开关信号的占空比，由变量d表示（值为0％至100％），其中d = [（t_在/（t_在t_从):

根据这个数学关系，假设输入电压为40伏，计算该变换器电路在这些占空比下的输出电压:

D = 0%;V_出＝

D = 25%;V_出＝

d = 50％;V_出＝

D = 75%;V_出＝

D = 100%;V_出＝

输出电压反相器电路是输入电压和开关信号占空比的函数，用变量D表示(取值范围为0% ~ 100%)，其中\(D = \frac{t_{on}}{t_{on}+t_{off}}\):

根据这个数学关系，假设输入电压为40伏，计算该变换器电路在这些占空比下的输出电压:

D = 0%;V_出＝

D = 25%;V_出＝

d = 50％;V_出＝

D = 75%;V_出＝

D = 100%;V_出＝

a的输出电压Cuk变换器电路（以创造的工程师命名）是输入电压的函数和开关信号的占空比，由变量D表示（值为0％至100％），其中\（d = \ frac{t_ {上}} {t_ {上} + t_ {off}} \）：

根据这个数学关系，假设输入电压为25伏，计算该变换器电路在这些占空比下的输出电压:

D = 0%;V_出＝

D = 25%;V_出＝

d = 50％;V_出＝

D = 75%;V_出＝

D = 100%;V_出＝

在给定开关占空比D和输入电压的情况下，各开关变换器电路(无负载)的输出电压为:

$$ v_ {out} = dv_ {in} \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \电路）$$$

$ $ V_{出}= \压裂{V_{在}}{一维 } \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ ( 提高\ \转换器\ \电路)$ $

$$ v_ {out} = \ frac {dv_ {in}} {1-d} \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ circuit）$$

通过这些方程来求解输入电压(V)的占空比(D)_在）和所需的输出电压（v_出)．记住占空比总是一个介于0和1之间的量。

许多开关变换器电路使用开关MOSFET代替自由轮二极管，像这样:

二极管是用于当主开关晶体管关闭时提供电感器的电感器的简单解决方案。为什么有人会使用另一个MOSFET代替它，特别是如果这意味着驱动电路必须变得更加复杂（在不同时间驱动两个晶体管而不是仅一个晶体管）进行相同的任务？

一个“boost”开关转换器工作在90%的效率提供50伏的直流负载。当输入电压为17伏特，输入电流为9.3安培时，计算负载电流。

一个“buck”开关转换器工作在85%的效率提供10安培电流在5伏特的直流负载。如果输入电压为23伏，计算输入电流。

一个“boost”开关转换器工作在80%的效率在1安培提供178伏的直流负载。如果输入电流为11安培，计算输入电压。

降压转换器的输出电压是开关晶体管占空比的直接功能。具体来说，\（v_ {out} = v_ {in}（\ frac {t_ {上}} {t_ {total}}）\）。解释以下PWM控制电路如何调节降压转换器的输出电压：

开关变换器电路的能量效率(η)通常在电压转换比的大范围内保持相当恒定。描述如何转换监管机构如果稳压器的负载是恒定的，电路(控制负载电压到预先设定的值)“出现”到电压变化的电源。换句话说，当输入电压改变时，输入电流会怎样?

下面的直流-直流变换器电路称为向前转换器．之所以这样说，是因为从输入到输出的能量转移是在晶体管导电时发生的，而不是在晶体管关闭时。当晶体管打开时，通过跟踪电流通过电路的所有部分来验证电路的这一特性:

现在，当晶体管关闭时，追踪电流通过电路，并解释重置变压器绕组:

虽然简单的“蛮力”交直流电源电路(变压器、整流、滤波器、稳压器)仍在各种电子设备中使用，但另一种形式的电源在设计要求体积小和效率高的系统中更为普遍。这种类型的电源被称为电源开关电源．

解释什么是“开关电源”，并提供一个原理图以供演示和讨论。(提示:大多数电子计算机使用“开关”电源，而不是“蛮力”电源，所以不难找到原理图。)

假设你的一个朋友最近买了一辆越野车。这位朋友还买了一个军用剩余的聚光灯，他认为这将是一个伟大的配件，在夜间越野照明。唯一的问题是，聚光灯的额定电压是24伏，而他车里的电力系统是12伏。

你的朋友让你设计一个解决方案，用他车上的12伏电压为24伏的聚光灯供电。当然，您不允许修改车辆的电气系统(将其改为24伏发电机、电池、启动电机等)，因为它是新的，还在保修期内。你向你的朋友推荐什么?

为这个问题的解决方案绘制组件级示意图。

描述该电路的目的和功能：

由这个电路提供的120伏交流输出是肯定的不正弦波，电路频率随负载而变化。你能想出任何方法来改善电路的这些方面(你不需要显示你的设计修改的细节)?

电子功率转换电路被称为逆变器通过使用晶体管开关元件周期性地反转直流电压的极性，将直流电压转换为交流电压。通常，逆变器还通过将开关直流电压加到升压变压器的初级绕组上来增加输入功率的电压水平。你可能会认为逆变器的开关电子类似于每秒来回多次的双极双掷开关:yabosports官网

第一个商用逆变器产生简单的方波输出:

然而，这给大多数设计用于运行正弦波交流电源的电力变压器带来了问题。当由这种逆变器的方波输出供电时，大多数变压器会饱和由于波形循环的某些点在核心中累积的过度磁通量。要以最简单的术语描述这一点，方波具有更大的伏特第二产品比具有相同峰值幅度和基频的正弦波。

这个问题可以通过降低方波的峰值电压来避免，但是一些类型的供电设备会因为(最大)电压不足而遇到困难:

解决这一困境的可行方法是对方波的占空比进行修正:

计算该修改方波为“开启”的半周期的分数，以便将相同的电压第二产品作为半周期的正弦波（从0到π弧度）：

提示：这是一个计算相应的问题区域在半周期域的每个波形下面。

DC-AC电源转换器电路的常见拓扑结构使用一对晶体管通过升压变压器的中心螺纹绕组切换DC电流，如下所示：

为了使这种形式的电路正常工作，晶体管的“点火”信号必须精确地同步，以确保两者不会同时打开。下面的原理图显示了产生必要信号的电路:

解释该电路如何工作，并识别频率控制和脉冲占空比控制电位器的位置。