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1、电力电子技术习题及解答第1章 思考题与习题1、1晶闸管得导通条件就是什么? 导通后流过晶闸管得电流与负载上得电压由什么决定?答:晶闸管得导通条件就是:晶闸管阳极与阳极间施加正向电压,并在门极与阳极间施加正向触发电压与电流(或脉冲)。导通后流过晶闸管得电流由负载阻抗决定,负载上电压由输入阳极电压UA决定。1、2晶闸管得关断条件就是什么?如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端得电压大小由什么决定?答:晶闸管得关断条件就是:要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态,可采用阳极电压反向使阳极电流IA减小,IA下降到维持电流IH以下时,晶闸管内部建立得正反馈无法进行。进而实现晶闸管得关断,其两端电压大小由电
2、源电压UA决定。1、3温度升高时,晶闸管得触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压与反向击穿电压如何变化？答:温度升高时,晶闸管得触发电流随温度升高而减小,正反向漏电流随温度升高而增大,维持电流IH会减小,正向转折电压与反向击穿电压随温度升高而减小。1、4晶闸管得非正常导通方式有哪几种？答:非正常导通方式有:(1) Ig=0,阳极电压升高至相当高得数值;(1) 阳极电压上升率du/dt过高;(3) 结温过高。1、5请简述晶闸管得关断时间定义。答: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得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？答:快速晶闸管、双向晶闸管、
3、逆导晶闸管、光控晶闸管等。1、7请简述光控晶闸管得有关特征。答:光控晶闸管就是在普通晶闸管得门极区集成了一个光电二极管,在光得照射下,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KP1003,维持电流IH=4mA得晶闸管,使用在图题1、8所示电路中就是否合理,为什么?(暂不考虑电压电流裕量) 图题1、8 答:(a)因为,所以不合理。(b) 因为, KP100得电流额定值为100,裕量达倍,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得电流波形,其最大值均为Im,试计算各图得电流平均值.电流有效值与波
4、形系数。解:图(a): IT(AV)=IT= Kf=1、57 图题1.9图(b): IT(AV)= ImIT=Kf=1、11图(c): IT(AV)= ImIT= ImKf=1、26图(d): IT(AV)=ImIT= ImKf=1、78图(e): IT(AV)=IT=Kf=2、83图(f): IT(AV)=IT=Kf=21、10上题中,如不考虑安全裕量,问额定电流100A得晶闸管允许流过得平均电流分别就是多少?解:(a)图波形系数为1、57,则有: 1、57=1、57100A , IT(AV) = 100 A(b)图波形系数为1、11,则有: 1、11=1、57100A , IT(AV)=1
5、41、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、5A1、11某晶闸管型号规格为KP2008D,试问型号规格代表什么意义?解:KP代表普通型晶闸管,200代表其晶闸管得额定电流为200A,8代表晶闸管得正反向峰值电压为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
6、Rd上得电压波形(不考虑管子得导通压降)。 图题1、12解: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)得宽度最小应为多少微秒(设晶闸管得擎住电流IL=15mA)？ 图题1、13 解:由题意可得晶闸管导通时得回路方程: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150s。1、14单相正弦交流电源,晶闸管与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,应如何选取晶闸管得额定电压？ (2)若当电流得波形系数为Kf=2、22时,通过晶闸管得有效电流为10
7、0A,考虑晶闸管得安全余量,应如何选择晶闸管得额定电流？解:(1)考虑安全余量, 取实际工作电压得2倍 UT=2202622V, 取600V(2)因为Kf=2、22, 取两倍得裕量,则:2IT(AV) 得: IT(AV)=111(A) 取100A。图题1、141、15 什么叫GTR得一次击穿?什么叫GTR得二次击穿?答:处于工作状态得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),但此时集电极得电压基本保持不变,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
8、称为二次击穿。1、16怎样确定GTR得安全工作区SOA?答:安全工作区就是指在输出特性曲线图上GTR能够安全运行得电流、电压得极限范围。按基极偏量分类可分为:正偏安全工作区FBSOA与反偏安全工作区RBSOA。正偏工作区又叫开通工作区,它就是基极正向偏量条件下由GTR得最大允许集电极功耗PCM以及二次击穿功率PSB,ICM,BUCEO四条限制线所围成得区域。反偏安全工作区又称为GTR得关断安全工作区,它表示在反向偏置状态下GTR关断过程中电压UCE,电流IC限制界线所围成得区域。1、17 GTR对基极驱动电路得要求就是什么？答:要求如下:(1)提供合适得正反向基流以保证GTR可靠导通与关断,(
9、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组成得开关电路中为什么要加缓冲电路?答:缓冲电路可以使GTR在开通中得集电极电流缓升,关断中得集电极电压缓升,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得集电极电压变化率与集电极电流变化率得到有效值抑制,减小开关损耗与防止高压击穿与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?答:GTR就是电流型器件,功率MOS就是电压型器件,与GTR相比,功率MOS管得工作速度快,开
10、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得缺点有: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?答:功率MOS采用水平结构,器件得源极S,栅极G与漏极D均被置于硅片得一侧,通态电阻大,性能差,硅片利用率低。VDMOS采用二次扩散形式得P形区得N+型区在硅片表面得结深之差来形成极短得、可精确控制得沟道长度(13)、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得安全工作区。答:VDMOS得安全工作区分为:(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
11、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与二极管得正向电流得安全运行极限值IFM决定。1、22试简述功率场效应管在应用中得注意事项。答:(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?答:IGBT得开关速度快,其开关时间就是同容量GTR得1/10,IGBT电流容量大,就是同容量MOS得10倍;与VDMOS、GTR相比,IGBT得耐压可以做得很高,最大允许电压UCE
12、M可达4500V,IGBT得最高允许结温TJM为150,而且IGBT得通态压降在室温与最高结温之间变化很小,具有良好得温度特性;通态压降就是同一耐压规格VDMOS得1/10,输入阻抗与MOS同。1、24下表给出了1200V与不同等级电流容量IGBT管得栅极电阻推荐值。试说明为什么随着电流容量得增大,栅极电阻值相应减小？电流容量A255075100150200300栅极电阻502515128、253、3答:对一定值得集电极电流,栅极电阻增大栅极电路得时间常数相应增大,关断时栅压下降到关断门限电压得时间变长,于就是IGBT得关断损耗增大。因此,随着电流容量得增大,为了减小关断损耗,栅极电阻值相应减
13、小。应当注意得就是,太小得栅极电阻会使关断过程电压变化加剧,在损耗允许得情况下,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？答: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驱动电路得特点。答:功率MOSFET驱动电路得特点就是: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得结构特点。答:SIT采用垂直导电结构,沟道短而宽,适合于高电压,大电流得场合,其漏极电流具有负温度系
14、数,可避免因温度升高而引起得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与二次击穿现象,其安全工作区范围较宽,关断它需加10V得负栅极偏压UGS ,使其导通,可以加56V得正栅偏压+UGS,以降低器件得通态压降。1、28试述静电感应晶闸管SITH得结构特点。答:其结构在SIT得结构上再增加一个P+层形成了无胞结构。SITH得电导调制作用使它比SIT得通态电阻小,通态压降低,通态电流大,但因器件内有大量得存储电荷,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得特点与使用范围。答:MCT具有高电压,大电流,高载流密度,低通态压得特点,其通态压降只有得左右,硅
15、片得单位面积连续电流密度在各种器件中就是最高得,另外,可承受极高得di/dt与du/dt。使得其保护电路简化,得开关速度超过,且开关损耗也小。1、30缓冲电路得作用就是什么？关断缓冲与开通缓冲在电路形式上有何区别,各自得功能就是什么？答:缓冲电路得作用就是抑制电力电子器件得内因过电压du/dt或者过电流di/dt,减少器件得开关损耗。缓冲电路分为关断缓冲电路与开通缓冲电路。关断缓冲电路就是对du/dt抑制得电路,用于抑制器件得关断过电压与换相过电压,抑制du/dt,减小关断损耗。开通缓冲电路就是对di/dt抑制得电路,用于抑制器件开通时得电流过冲与di/dt,减小器件得开通损耗。第2章 思考题与习题2、1 什么就是整流？它与
