第5卷 开关式稳压电源 江苏省（单独招生）《电子技术基础与技能》（苏教版·凤凰职教） 单元过关卷

江苏省（单独招生）机电类 《电子技术基础与技能》（苏教版·凤凰职教） 开关式稳压电源 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 1. 开关电源稳压原理方框图中PFC单元主要是对输入电流的波形进行控制，使其与输入电压波形不同步，提高功率因数，减少谐波含量。（ ） 2. 如图所示的开关电源，如用数字万用表对此开关电源上电后进行输入电压测量，安全起见，通常单手执两表笔。（ ） 3. 开关电源在与直流灯泡匹配工作相连时，可以不考虑直流灯泡的额定工作电压，开关电源会自动调整电压的输出量。（ ） 4. 开关电源在与LED灯泡相连接工作时，需要考虑LED工作时的电压与电流，并选择合适的电阻串联后再与开关电源匹配相连，否则易损坏LED灯泡。（ ） 5. 如图所示的开关电源，如用数字万用表对此开关电源上电后进行输入端电压测量，会选择数字万用表的两表笔良好接触L、N端。（ ） 6. 开关型稳压电源通过调整脉冲的宽度或频率来实现输出电压的稳定。（ ） 7. 开关稳压电源的调整管工作在开关状态，因此管耗很小（ ） 8. 如图所示的开关电源、24V三线NPN常开型传感器、24V直流灯泡，将这三者按NPN型三线传感器连接电路图示连接成传感器指示电路，测量传感器负载灯泡工作电流判断传感器工作情况时，可以将灯与图示中开关电源端断开后，将调好测量挡位测量电流的数字万用表并联入电路中以测量电流。（ ） 9. 开关电源稳压原理方框图中PWM控制器的主要作用是将获得的输入信号进行处理，以控制电路通断时间的方式控制电压或功率的恒定。（ ） 10. 开关电源结构方框图中的保护电路是开关电源不可缺少的一部分，主要负责监测和保护整个开关电源的正常工作。（ ） 二、单项选择题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 11. 开关稳压电源相比线性稳压电源，最显著的优点是（ ） A. 输出电压稳定度高 B. 纹波小 C. 电路结构简单 D. 效率高 12. 如图所示的开关电源和数字万用表，用图示数字万用表对图示开关电源输出端+5V电源电压测量时，当将旋转旋钮旋转至直流电压______档。（ ） A. 200mV B. 2V C. 20V D. 200V 13. 开关式稳压电源实现稳压的基本方法是（ ） A. 改变开关管导通占空比 B. 增大变压器铁芯截面 C. 串联大功率限流电阻 D. 降低整流二极管电压 14. 与线性稳压电源相比，开关式稳压电源的主要特点是（ ） A. 效率较低且发热较大 B. 效率较高且体积较小 C. 输出只能采用交流电 D. 不需要任何滤波电路 15. 如图所示的开关电源和数字万用表，用图示数字万用表对图示开关电源输出端+5V电源电压测量时，当选择______档。（ ） A. 交流电压 B. 直流电压 C. 电阻 D. 直流电流 16. 开关电源结构框图中的控制电路主要功能是控制开关器的______状态，实现输出电流和电压的控制。（ ） A. 接通 B. 断开 C. 开关 D. 不定 17. 开关电源结构框图中的保护电路是开关电源不可缺少的一部分，主要负责监测和______整个开关电源的正常工作。（ ） A. 观望 B. 保护 C. 取样 D. 不定 18. 如图所示的开关电源和数字万用表，用图示数字万用表对图示开关电源输出端+24V电源电压测量时，当将旋转旋钮旋转至直流电压______档。（ ） A. 200Mv B. 2V C. 20V D. 200V 19. 在接近开关工作电路中，开关电源给接近开关提供的作用是（ ） A. 检测物体位置 B. 缩小信号 C. 放弃输出 D. 提供稳定电源 20. 开关电源在与直流螺口灯泡相连时，通常会将开关电源的_____端与螺口灯泡底座的螺口端相连（ ） A. L B. N C. V+ D. V- 三、填空题（本大题共5小题，每题2分，共10分） 21. 开关式稳压电路具有功耗______、效率______等特点。 22. 开关稳压电源中的开关管工作在______或______状态。 23. 开关稳压电源按调制方式可分为______调制型和______调制型。 24. 开关型稳压电源的调整管工作在______和______状态，因此其功耗______，电源利用率比较______。 25. 开关稳压电源中开关三极管工作于______和______状态，线性稳压电源中调整管工作于______状态。 四、简答题（本大题共3小题，每题7分，共21分） 26. 简述开关式稳压电源的基本组成。 27. 简述开关式稳压电源与线性稳压电源相比的主要特点。 28. 说明开关式稳压电源中反馈控制电路的作用。 五、计算题（本大题共3小题，每题5分，共15分） 29. 某理想降压型开关稳压电源，输入电压为 24 V，占空比为 0.5，负载电流为 2 A。若实际效率为 90%，求输出电压和输入电流。 30. 某理想升压型开关稳压电源，输入电压为 12 V，占空比为 0.4，负载电阻为 30 Ω。求输出电压和负载电流。 31. 某降压型开关稳压电源输入电压为 24 V，输出电压为 12 V，开关频率为 50 kHz，滤波电感为 100 μH。按理想连续电流工作，求占空比、开关周期和电感电流纹波峰峰值。 六、综合应用题（本大题共2小题，每题7分，共14分） 32. 电路如图所示，电路的输出电压调节范围为，已知稳压管的，，求和应选多大？ 33. 某自动分拣设备的控制箱采用降压型开关式稳压电源，将 36 V 直流母线电压转换为 12 V 直流电压，给传感器接口板供电。接口板额定电流为 1.8 A，电源设计效率不低于 85%，开关频率为 80 kHz，滤波电感为 68 μH，按理想连续电流工作估算。（1）计算该电源的占空比、输出功率、按最低效率估算的输入功率和输入电流，并计算开关周期、导通时间及电感电流纹波峰峰值。（2）若接口板允许的电感电流纹波峰峰值不大于 0.6 A，判断该滤波电感是否满足要求。（3）若测得输出电压只有 10.8 V，且输入电压正常，说明反馈控制电路或开关管导通时间可能存在的异常，并提出两项改进或检修措施。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 江苏省（单独招生）机电类 《电子技术基础与技能》（苏教版·凤凰职教） 开关式稳压电源 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 1. 开关电源稳压原理方框图中PFC单元主要是对输入电流的波形进行控制，使其与输入电压波形不同步，提高功率因数，减少谐波含量。（ ） 【答案】错误 【解析】开关电源稳压原理方框图中PFC单元主要是对输入电流的波形进行控制，使其与输入电压波形同步，提高功率因数，减少谐波含量。 2. 如图所示的开关电源，如用数字万用表对此开关电源上电后进行输入电压测量，安全起见，通常单手执两表笔。（ ） 【答案】正确 3. 开关电源在与直流灯泡匹配工作相连时，可以不考虑直流灯泡的额定工作电压，开关电源会自动调整电压的输出量。（ ） 【答案】错误 【解析】开关电源在与直流灯泡匹配工作相连时，需要考虑直流灯泡的额定工作电压，开关电源会并不会自动调整电压的输出量。 4. 开关电源在与LED灯泡相连接工作时，需要考虑LED工作时的电压与电流，并选择合适的电阻串联后再与开关电源匹配相连，否则易损坏LED灯泡。（ ） 【答案】正确 【解析】开关电源在与LED灯泡相连接工作时，需要考虑LED工作时的电压与电流，并选择合适的电阻串联后再与开关电源匹配相连，否则易损坏LED灯泡。 5. 如图所示的开关电源，如用数字万用表对此开关电源上电后进行输入端电压测量，会选择数字万用表的两表笔良好接触L、N端。（ ） 【答案】正确 6. 开关型稳压电源通过调整脉冲的宽度或频率来实现输出电压的稳定。（ ） 【答案】正确 【解析】开关型稳压电源通常利用反馈控制电路检测输出电压变化，并通过改变开关脉冲的占空比或开关频率来调节开关管的导通、截止时间，从而改变传递到负载的能量，使输出电压保持稳定。因此题干表述正确。 7. 开关稳压电源的调整管工作在开关状态，因此管耗很小（ ） 【答案】正确 【解析】开关稳压电源中的调整管主要工作在导通和截止两种状态。导通时管压降低，截止时电流很小，电压和电流同时较大的线性放大状态时间很短，所以调整管上的功率损耗较小，电源效率较高。因此题干表述正确。 8. 如图所示的开关电源、24V三线NPN常开型传感器、24V直流灯泡，将这三者按NPN型三线传感器连接电路图示连接成传感器指示电路，测量传感器负载灯泡工作电流判断传感器工作情况时，可以将灯与图示中开关电源端断开后，将调好测量挡位测量电流的数字万用表并联入电路中以测量电流。（ ） 【答案】错误 【解析】测量此题的电流当是将数字万用表调好测量挡位后串联入电路进行测量。 9. 开关电源稳压原理方框图中PWM控制器的主要作用是将获得的输入信号进行处理，以控制电路通断时间的方式控制电压或功率的恒定。（ ） 【答案】正确 【解析】PWM控制器接收取样反馈信号、基准信号等输入，经比较和处理后产生控制脉冲，改变开关管的导通时间或占空比，从而调节输出能量，使输出电压或功率维持在设定范围内。因此题干表述正确。 10. 开关电源结构方框图中的保护电路是开关电源不可缺少的一部分，主要负责监测和保护整个开关电源的正常工作。（ ） 【答案】正确 【解析】开关电源工作时可能出现过流、过压、欠压、过热、短路等异常情况。保护电路用于监测这些工作状态，并在异常时限制输出、关断开关管或进入保护模式，以防止电源和负载损坏，保证系统可靠运行。因此题干表述正确。 二、单项选择题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 11. 开关稳压电源相比线性稳压电源，最显著的优点是（ ） A. 输出电压稳定度高 B. 纹波小 C. 电路结构简单 D. 效率高 【答案】D 【解析】线性稳压电源的调整管工作在线性放大区，输入与输出之间的压差主要以热量形式消耗，效率较低。开关稳压电源的调整管工作在导通和截止状态，功耗小，能量转换效率高，这是其相对线性稳压电源最显著的优点。因此选C。 12. 如图所示的开关电源和数字万用表，用图示数字万用表对图示开关电源输出端+5V电源电压测量时，当将旋转旋钮旋转至直流电压______档。（ ） A. 200mV B. 2V C. 20V D. 200V 【答案】C 【解析】如图所示的开关电源和数字万用表，用图示数字万用表对图示开关电源输出端+5V电源电压测量时，当将旋转旋钮旋转至直流电压20V档。 13. 开关式稳压电源实现稳压的基本方法是（ ） A. 改变开关管导通占空比 B. 增大变压器铁芯截面 C. 串联大功率限流电阻 D. 降低整流二极管电压 【答案】A 【解析】开关式稳压电源通常通过控制开关管的导通与截止时间比例，改变输出能量，从而保持输出电压稳定。增大铁芯截面、串联限流电阻或降低二极管电压都不是其基本稳压方法。 14. 与线性稳压电源相比，开关式稳压电源的主要特点是（ ） A. 效率较低且发热较大 B. 效率较高且体积较小 C. 输出只能采用交流电 D. 不需要任何滤波电路 【答案】B 【解析】开关式稳压电源中的功率器件主要工作在开关状态，功率损耗较小，因此效率较高，并且高频变换有利于减小变压器和滤波元件体积。其输出可为直流电，实际电路仍需要滤波环节。 15. 如图所示的开关电源和数字万用表，用图示数字万用表对图示开关电源输出端+5V电源电压测量时，当选择______档。（ ） A. 交流电压 B. 直流电压 C. 电阻 D. 直流电流 【答案】B 【解析】如图所示的开关电源和数字万用表，用图示数字万用表对图示开关电源输出端+5V电源电压测量时，当选择直流电压档。 16. 开关电源结构框图中的控制电路主要功能是控制开关器的______状态，实现输出电流和电压的控制。（ ） A. 接通 B. 断开 C. 开关 D. 不定 【答案】C 【解析】开关电源结构框图中的控制电路主要功能是控制开关器的开关状态，实现输出电流和电压的控制。 17. 开关电源结构框图中的保护电路是开关电源不可缺少的一部分，主要负责监测和______整个开关电源的正常工作。（ ） A. 观望 B. 保护 C. 取样 D. 不定 【答案】B 【解析】开关电源结构框图中的保护电路是开关电源不可缺少的一部分，主要负责监测和保护整个开关电源的正常工作。 18. 如图所示的开关电源和数字万用表，用图示数字万用表对图示开关电源输出端+24V电源电压测量时，当将旋转旋钮旋转至直流电压______档。（ ） A. 200Mv B. 2V C. 20V D. 200V 【答案】A 【解析】如图所示的开关电源和数字万用表，用图示数字万用表对图示开关电源输出端+24V电源电压测量时，当将旋转旋钮旋转至直流电压200V档。 19. 在接近开关工作电路中，开关电源给接近开关提供的作用是（ ） A. 检测物体位置 B. 缩小信号 C. 放弃输出 D. 提供稳定电源 【答案】D 【解析】在接近开关工作电路中，开关电源给接近开关提供的作用是提供稳定电源。 20. 开关电源在与直流螺口灯泡相连时，通常会将开关电源的_____端与螺口灯泡底座的螺口端相连（ ） A. L B. N C. V+ D. V- 【答案】D 【解析】开关电源在与直流螺口灯泡相连时，通常会将开关电源的V-端与螺口灯泡底座的螺口端相连。 三、填空题（本大题共5小题，每题2分，共10分） 21. 开关式稳压电路具有功耗______、效率______等特点。 【答案】① 小 ② 高 【解析】开关式稳压电路中的调整管主要工作在开关状态，导通时压降小，截止时电流小，因此调整管上的功率损耗较小，电源转换效率较高。所以应填“功耗小、效率高”。 22. 开关稳压电源中的开关管工作在______或______状态。 【答案】① 饱和 ② 截止 【解析】开关稳压电源通过控制开关管在导通和截止之间快速转换来实现能量传递与调节。若开关器件为三极管，导通状态通常对应饱和状态，关断状态对应截止状态。因此应填“饱和、截止”。 23. 开关稳压电源按调制方式可分为______调制型和______调制型。 【答案】① 脉冲宽度 ② 频率 【解析】开关稳压电源的调制方式通常包括脉冲宽度调制和脉冲频率调制。脉冲宽度调制是保持频率基本不变而改变脉冲宽度或占空比；频率调制是通过改变开关频率来调节输出能量。因此应填“脉冲宽度、频率”。 24. 开关型稳压电源的调整管工作在______和______状态，因此其功耗______，电源利用率比较______。 【答案】① 截止 ② 饱和 ③ 小 ④ 高 【解析】开关型稳压电源的调整管不长期工作在线性放大区，而是在截止和饱和状态之间切换。截止时电流近似为零，饱和导通时管压降较小，所以管耗较小，电源利用率或转换效率较高。因此应填“截止、饱和、小、高”。 25. 开关稳压电源中开关三极管工作于______和______状态，线性稳压电源中调整管工作于______状态。 【答案】① 饱和 ② 截止 ③ 放大 【解析】开关稳压电源中的开关三极管通过在饱和导通和截止关断状态之间转换来控制能量传递，因此损耗较小。线性稳压电源中的调整管需要连续调节输出电压，通常工作在放大状态，管耗相对较大。因此应填“饱和、截止、放大”。 四、简答题（本大题共3小题，每题7分，共21分） 26. 简述开关式稳压电源的基本组成。 【答案】（1）输入整流滤波电路，用于将交流电变换为较平滑的直流电。 （2）开关变换电路，用于通过开关管高频通断实现能量变换。 （3）输出整流滤波电路，用于得到稳定的直流输出电压。 （4）取样、比较和控制电路，用于检测输出电压并调节开关管占空比。 【解析】开关式稳压电源以高频开关变换为核心，通常按“输入处理、功率变换、输出滤波、反馈控制”的功能链进行分析。 27. 简述开关式稳压电源与线性稳压电源相比的主要特点。 【答案】（1）开关式稳压电源效率较高，功率损耗较小。 （2）开关式稳压电源体积和重量较小，适合较大功率场合。 （3）开关式稳压电源电路结构较复杂，对电磁干扰抑制要求较高。 （4）开关式稳压电源输出纹波通常较大，需要良好的滤波措施。 【解析】开关式稳压电源利用开关管工作在导通和截止状态，损耗较低，但高频开关会带来纹波和电磁干扰问题。 28. 说明开关式稳压电源中反馈控制电路的作用。 【答案】（1）检测输出电压变化，并将取样信号送入比较环节。 （2）将取样电压与基准电压比较，形成误差信号。 （3）根据误差信号调节脉冲宽度或占空比，使输出电压保持稳定。 （4）当负载或输入电压变化时，及时进行自动调节。 【解析】反馈控制是稳压的关键，其本质是根据输出偏差改变开关管导通时间，从而补偿输入或负载变化对输出电压的影响。 五、计算题（本大题共3小题，每题5分，共15分） 29. 某理想降压型开关稳压电源，输入电压为 24 V，占空比为 0.5，负载电流为 2 A。若实际效率为 90%，求输出电压和输入电流。 【答案】输出电压为 。 输出功率为 。 输入功率为 。 输入电流为 。 【解析】降压型理想输出电压与占空比成正比；考虑效率时，应先由输出功率求输入功率，再计算输入电流。 30. 某理想升压型开关稳压电源，输入电压为 12 V，占空比为 0.4，负载电阻为 30 Ω。求输出电压和负载电流。 【答案】输出电压为 。 负载电流为 。 【解析】升压型电路在连续导通且理想条件下，输出电压随占空比增大而升高，负载电流由欧姆定律求得。 31. 某降压型开关稳压电源输入电压为 24 V，输出电压为 12 V，开关频率为 50 kHz，滤波电感为 100 μH。按理想连续电流工作，求占空比、开关周期和电感电流纹波峰峰值。 【答案】占空比为 。 开关周期为 。 导通时间为 。 电感电流纹波峰峰值为 。 【解析】本题先由降压关系求占空比，再由频率求周期，最后用导通期间电感电压和电感量计算电流纹波。 六、综合应用题（本大题共2小题，每题7分，共14分） 32. 电路如图所示，电路的输出电压调节范围为，已知稳压管的，，求和应选多大？ 【答案】 【解析】 33. 某自动分拣设备的控制箱采用降压型开关式稳压电源，将 36 V 直流母线电压转换为 12 V 直流电压，给传感器接口板供电。接口板额定电流为 1.8 A，电源设计效率不低于 85%，开关频率为 80 kHz，滤波电感为 68 μH，按理想连续电流工作估算。（1）计算该电源的占空比、输出功率、按最低效率估算的输入功率和输入电流，并计算开关周期、导通时间及电感电流纹波峰峰值。（2）若接口板允许的电感电流纹波峰峰值不大于 0.6 A，判断该滤波电感是否满足要求。（3）若测得输出电压只有 10.8 V，且输入电压正常，说明反馈控制电路或开关管导通时间可能存在的异常，并提出两项改进或检修措施。 【答案】（1）理想降压关系为 ，代入得 ，占空比约为 33.3%。输出功率为 。按最低效率估算，。输入电流为 。开关周期为 。导通时间为 。电感电流纹波峰峰值为 。（2）该电感不满足要求。计算得到的电感电流纹波峰峰值约为 1.47 A，大于允许值 0.6 A。（3）输出电压偏低可能是反馈取样电压偏高、PWM 控制器减小了占空比，或开关管导通时间不足导致电感储能不足。可检查反馈取样电阻、光耦或误差放大电路是否异常；也可适当增大滤波电感、提高开关频率或校正 PWM 控制信号，使输出电压恢复到额定值。 【解析】（1）降压型开关式稳压电源在理想连续电流工作时，输出电压与输入电压近似满足 ，因此先求占空比，再由输出功率和效率估算输入功率与输入电流。电感电流纹波由导通期间电感两端电压、导通时间和电感量共同决定，导通时电感两端电压为 ，所以 。（2）工程判断应将计算得到的纹波峰峰值与允许值比较，只有不超过允许值才满足设计要求。本题中 1.47 A 大于 0.6 A，说明滤波电感偏小或开关频率偏低，纹波控制不合格。（3）开关式稳压电源通过反馈控制调节开关管导通时间来稳定输出电压。输出偏低且输入正常时，应重点检查反馈取样、PWM 控制和开关管驱动环节，同时可通过增大电感量或提高开关频率减小电流纹波，提高输出稳定性。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $