《电力电子技术第二版》课后习题及解答文档格式.docx

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非正常导通方式有:

（1）　Ｉg=0，阳极电压升高至相当高的数值；

（1）　阳极电压上升率dｕ/dt过高；

（3）　结温过高。

1．5请简述晶闸管的关断时间定义。

晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。

即。

1．6试说明晶闸管有哪些派生器件？

快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。

1.7请简述光控晶闸管的有关特征。

光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管,在光的照射下,光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。

主要用于高压大功率场合。

1.8型号为ＫP１00-3,维持电流ＩH=４ｍA的晶闸管,使用在图题1.８所示电路中是否合理，为什么?

（暂不考虑电压电流裕量）

　　　图题1.8　　　　　　

（a）因为,所以不合理。

（b）因为,KP１00的电流额定值为100A，裕量达5倍,太大了。

（c）因为，大于额定值，所以不合理。

１.9图题1.9中实线部分表示流过晶闸管的电流波形,其最大值均为Im，试计算各图的电流平均值．电流有效值和波形系数。

解:

图（ａ）:

ＩT（ＡV）==

IT==

Ｋｆ==1．57

　　图题１．9

图（ｂ）:

　　　　IT（ＡＶ）==Im

Kf==1.11

图（ｃ）:

　IT（AV）==　Iｍ

IT＝=　Iｍ

Kf=＝1.26

图（d）：

　　IT（AV）＝＝Im

IT==　Im

Kｆ==１.78

图（e）:

　IＴ（AＶ）==

ＩT=＝

Ｋf==2.83

图（f）:

　IT（AV）＝=

IＴ=＝

Kf==2

1．10上题中,如不考虑安全裕量,问额定电流100A的晶闸管允许流过的平均电流分别是多少？

（a）图波形系数为1.５7，则有:

　１.57=1.57100Ａ，ＩT（ＡV）=100A

（b）图波形系数为1.11,则有：

１.１1=1．５71００A,ＩT（AV）＝14１．４A

（c）图波形系数为１.2６,则有:

　1.2６=1.5７100Ａ,ＩT（AV）＝124.6A

（d）图波形系数为1.78,则有:

　1.７8=１.5710０A,　ＩT（AV）＝８8.2Ａ

（e）图波形系数为2.83,则有:

　2.83=１.5７100A,　ＩT（ＡV）=55.5A

（f）图波形系数为２，则有:

２＝1.571０0Ａ,　IT（AＶ）＝7８.5A

1.11某晶闸管型号规格为KP20０－８D,试问型号规格代表什么意义?

解：

ＫP代表普通型晶闸管，20０代表其晶闸管的额定电流为２０0Ａ，8代表晶闸管的正反向峰值电压为80０V,D代表通态平均压降为。

1.１2如图题1．12所示，试画出负载Ｒd上的电压波形（不考虑管子的导通压降）。

　　　　　图题１.12

其波形如下图所示：

1.１3在图题1.13中,若要使用单次脉冲触发晶闸管T导通,门极触发信号（触发电压为脉冲）的宽度最小应为多少微秒（设晶闸管的擎住电流IL=15ｍA）?

图题１.13

由题意可得晶闸管导通时的回路方程:

可解得，　＝=1

要维维持持晶闸管导通，必须在擎住电流ＩL以上，即

，　　　所以脉冲宽度必须大于１50µ

s。

1.１４单相正弦交流电源,晶闸管和负载电阻串联如图题1.14所示，交流电源电压有效值为2２0Ｖ。

（1）考虑安全余量,应如何选取晶闸管的额定电压？

（2）若当电流的波形系数为Kf＝2．2２时,通过晶闸管的有效电流为１00A,考虑晶闸管的安全余量，应如何选择晶闸管的额定电流?

（1）考虑安全余量,取实际工作电压的2倍

ＵＴ=22０26２2V,　取６00V

（2）因为Kｆ=2.２2,　　取两倍的裕量,则：

２IT（AV）

得:

　　ＩT（AV）=１１1（A）　　取100A。

图题1.14

1.15　什么叫GTR的一次击穿?

什么叫GTR的二次击穿?

处于工作状态的GTR,当其集电极反偏电压ＵＣE渐增大电压定额BUCＥO时,集电极电流IＣ急剧增大（雪崩击穿）,但此时集电极的电压基本保持不变，这叫一次击穿。

发生一次击穿时,如果继续增大UCE,又不限制IC，IC上升到临界值时,UCE突然下降，而IC继续增大（负载效应），这个现象称为二次击穿。

１.1６怎样确定GTR的安全工作区SOA？

答：

安全工作区是指在输出特性曲线图上GTR能够安全运行的电流、电压的极限范围。

按基极偏量分类可分为：

正偏安全工作区FBＳOA和反偏安全工作区ＲBSＯA。

正偏工作区又叫开通工作区，它是基极正向偏量条件下由ＧTR的最大允许集电极功耗PCM以及二次击穿功率PSB，ＩCM,BＵCEO四条限制线所围成的区域。

反偏安全工作区又称为ＧTR的关断安全工作区,它表示在反向偏置状态下GTR关断过程中电压UCＥ,电流IC限制界线所围成的区域。

1.17GＴR对基极驱动电路的要求是什么？

要求如下：

（1）提供合适的正反向基流以保证ＧTR可靠导通与关断,

（２）实现主电路与控制电路隔离,

（3）自动保护功能,以便在故障发生时快速自动切除驱动信号避免损坏GTR。

（4）电路尽可能简单,工作稳定可靠，抗干扰能力强。

1．18在大功率GTR组成的开关电路中为什么要加缓冲电路?

缓冲电路可以使GTR在开通中的集电极电流缓升，关断中的集电极电压缓升，避免了GTR同时承受高电压、大电流。

另一方面，缓冲电路也可以使ＧＴR的集电极电压变化率和集电极电流变化率得到有效值抑制,减小开关损耗和防止高压击穿和硅片局部过热熔通而损坏GＴR。

1.19与GTR相比功率MOS管有何优缺点?

ＧTR是电流型器件，功率ＭＯS是电压型器件,与GTＲ相比,功率MOS管的工作速度快,开关频率高,驱动功率小且驱动电路简单,无二次击穿问题,安全工作区宽,并且输入阻抗可达几十兆欧。

但功率ＭＯS的缺点有:

电流容量低,承受反向电压小。

1．2０从结构上讲,功率MOS管与VDMＯS管有何区别?

功率MOＳ采用水平结构,器件的源极S,栅极G和漏极D均被置于硅片的一侧,通态电阻大,性能差,硅片利用率低。

ＶDMＯS采用二次扩散形式的P形区的N＋型区在硅片表面的结深之差来形成极短的、可精确控制的沟道长度（1~3）、制成垂直导电结构可以直接装漏极、电流容量大、集成度高。

１.２1试说明VDMＯＳ的安全工作区。

VＤMOS的安全工作区分为：

（1）正向偏置安全工作区，由漏电源通态电阻限制线，最大漏极电流限制线,最大功耗限制线,最大漏源电压限制线构成。

（2）开关安全工作区：

由最大峰值漏极电流ICM,最大漏源击穿电压ＢUDS最高结温IJM所决定。

（3）换向安全工作区：

换向速度一定时,由漏极正向电压UDS和二极管的正向电流的安全运行极限值ＩFM决定。

１．2２试简述功率场效应管在应用中的注意事项。

（1）过电流保护，

（2）过电压保护，（3）过热保护，（4）防静电。

1.23与GTR、ＶＤＭOS相比，IGＢＴ管有何特点?

ＩGBT的开关速度快,其开关时间是同容量GTR的1/1０,ＩGBT电流容量大,是同容量ＭＯＳ的10倍;

与ＶDMOS、GTＲ相比，IＧBT的耐压可以做得很高，最大允许电压UCEM可达4５00V,IGBT的最高允许结温TJM为15０℃,而且IGBT的通态压降在室温和最高结温之间变化很小,具有良好的温度特性;

通态压降是同一耐压规格ＶDMOS的1/10，输入阻抗与MOS同。

1.２4下表给出了1200V和不同等级电流容量IGＢT管的栅极电阻推荐值。

试说明为什么随着电流容量的增大，栅极电阻值相应减小？

电流容量/Ａ

25

5

3０0

栅极电阻／Ω

50

２5

15

12

8．2

3．3

对一定值的集电极电流，栅极电阻增大栅极电路的时间常数相应增大，关断时栅压下降到关断门限电压的时间变长，于是IGＢT的关断损耗增大。

因此,随着电流容量的增大,为了减小关断损耗，栅极电阻值相应减小。

应当注意的是，太小的栅极电阻会使关断过程电压变化加剧,在损耗允许的情况下,栅极电阻不使用宜太小。

１.25在SCR、GTＲ、IGBT、GTO、ＭOSFET、ＩGCT及MCT器件中，哪些器件可以承受反向电压？

哪些可以用作静态交流开关?

SＣR、GTR、IGBT、GTO、MCT都可承受反向电压。

SＣR可以用作静态开关。

1.26试说明有关功率ＭＯSFET驱动电路的特点。

功率ＭＯSＦEＴ驱动电路的特点是:

输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单,工作频率高。

1．27试述静电感应晶体管SIＴ的结构特点。

SIT采用垂直导电结构，沟道短而宽，适合于高电压，大电流的场合，其漏极电流具有负温度系数,可避免因温度升高而引起的恶性循环漏极电流通路上不存在PN结，一般不会发生热不稳定性和二次击穿现象,其安全工作区范围较宽,关断它需加1０V的负栅极偏压UＧS,使其导通,可以加５~6V的正栅偏压＋UGＳ，以降低器件的通态压降。

1.２8试述静电感应晶闸管SITH的结构特点。

其结构在SIＴ的结构上再增加一个Ｐ+层形成了无胞结构。

SＩTH的电导调制作用使它比SIT的通态电阻小，通态压降低,通态电流大,但因器件内有大量的存储电荷，其关断时间比SIＴ要慢，工作频率低。

1.２9试述ＭOS控制晶闸管MCT的特点和使用范围。

MＣT具有高电压,大电流，高载流密度,低通态压的特点，其通态压降只有GTR的１/３左右,硅片的单位面积连续电流密度在各种器件中是最高的,另外，MCＴ可承受极高的di／dt和du／dｔ。

使得其保护电路简化，MＣＴ的开关速度超过ＧＴR，且开关损耗也小。

1.3０缓冲电路的作用是什么?

关断缓冲与开通缓冲在电路形式上有何区别,各自的功能是什么?

缓冲电路的作用是抑制电力电子器件的内因过电压ｄu/dt或者过电流ｄi／dt,减少器件的开关损耗。

缓冲电路分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。

关断缓冲电路是对du/dt抑制的电路,用于抑制器件的关断过电压和换相过电压,抑制du/dt,减小关断损耗。

开通缓冲电路是对di/dｔ抑制的电路,用于抑制器件开通时的电流过冲和dｉ/dt,减小器件的开通损耗。

第2章　思考题与习题

2．1什么是整流？

它与逆变有何区别？

整流就是把交流电能转换成直流电能，而将直流转换为交流电能称为逆变,它是对应于整流的逆向过程。

2.２单相半波可控整流电路中，如果:

（1）晶闸管门极不加触发脉冲；

（2