《电力电子技术》第1章课后习题答案

1.1晶闸管导通的条件是什么？由导通变为关断的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK0且uGK0。要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。1.2晶闸管非正常导通方式有几种？（常见晶闸管导通方式有5种，见课本14页，正常导通方式有：门级加触发电压和光触发）答：非正常导通方式有：(1)Ig=0，阳极加较大电压。此时漏电流急剧增大形成雪崩效应，又通过正反馈放大漏电流，最终使晶闸管导通；(2)阳极电压上率du/dt过高；产生位移电流，最终使晶闸管导通(3)结温过高；漏电流增大引起晶闸管导通。1.3试说明晶闸管有那些派生器件。答：晶闸管派生器件有：（1）快速晶闸管，（2）双向晶闸管，（3）逆导晶闸管，（4）光控晶闸管1.4GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？答:GTO和普通晶闸管同为PNPN结构,由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2分别具有共基极电流增益α1和α２，由普通晶闸管的分析可得，α1+α2=1是器件临界导通的条件。α1+α2＞1两个等效晶体管过饱和而导通；α1+α2＜1不能维持饱和导通而关断。GTO之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,是因为GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：1）GTO在设计时α2较大,这样晶体管T2控制灵敏,易于GTO关断;2)GTO导通时α1+α2的更接近于l,普通晶闸管α1+α2≥1.5,而GTO则为α1+α2≈1.05，GTO的饱和程度不深,接近于临界饱和,这样为门极控制关断提供了有利条件;3)多元集成结构使每个GTO元阴极面积很小,门极和阴极间的距离大为缩短,使得P2极区所谓的横向电阻很小,从而使从门极抽出较大的电流成为可能。1.5GTO为何要设置缓冲电路？并说明其作用。答：GTO设置缓冲电路的目的是：降低浪涌电压；抑制du/dt和di/dt；减少器件的开关损耗；避免器件损坏和抑制电磁干扰；提高电路的可靠性。1.6简要说明大功率晶体管BJT与小功率晶体管作用有何不同。答：大功率晶体管耐压高，电流大，开关特性好，主要工作在开关状态。小功率晶体管用于信息处理，注重单管电流放大系数，线性度，频率响应以及噪声和温漂等性能参数。1.7如何防止电力MOSFET因静电感应引起的损坏？答：电力MOSFET的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。MOSFET的输入电容是低泄漏电容，当栅极开路时极易受电干扰而充上超过20的击穿电压，所以为防止MOSFET因静电感应而引起的损坏，应注意一下几点：（1）一般不用时讲其三个电极短接；（2）装配时人体、工作台、电烙铁必须接地，测试时所有仪器外壳必须接地；（3）电路中，栅、源极间长并联齐纳二极管以防止电压过高；（4）漏、源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。1.8IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的驱动电路各有什么特点？答：IGBT驱动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻，IGBT是电压驱动型器件，IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。GTR驱动电路的特点是：驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿，并有一定的过冲，这样可加速开通过程，减小开通损耗，关断时，驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流，并加反偏截止电压，以加速关断速度。GTO驱动电路的特点是：GTO要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度，且一般需要在整个导通期间施加正门极电流，关断需施加负门极电流，幅值和陡度要求更高，其驱动电路通常包括开通驱动电路，关断驱动电路和门极反偏电路三部分。电力MOSFET驱动电路的特点：要求驱动电路具有较小的输入电阻，驱动功率小且电路简单。1.9全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？答：全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压，du/dt或过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。1.10试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。答：对IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的优缺点的比较如下表：器件优点缺点IGBT开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小开关速度低于电力MOSFET,电压，电流容量不及GTOGTR耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题GTO电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低电力MOSFET开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置1.11晶闸管串、并联使用时应注意哪些问题？采取什么措施？（1）.晶闸管串联需注意均压问题，分为静态均压和动态均压两种。对于静态均压，主要是由于各个器件漏电阻不同引起不均压问题。采取措施为，首先应选用特性比较一致的器件进行串联，同时给每个晶闸管并联均压电阻。电阻阻值需均衡考虑，一方面使均压电阻大大小于晶闸管的漏电阻，另一方面也要避免均压电阻过小造成其上损耗过大。对于动态均压，主要是由于串联器件在开通和关断过程中时间参数不一致而引起的过电压问题。采取措施为，第一，为各个晶闸管并联阻容电路；第二，各晶闸管触发开通时间差尽量小。（2）晶闸管并联需注意的问题为均流问题。由于并联的各个晶闸管在导通状态时的伏安特性各不相同，却有相同的端电压，因而通过并联器件的电流是不等的。采取的所示为，为了使并联器件的电流均匀分配，除了选用特性比较一致的器件进行并联外，还可采用串联电阻法和串联电感等均流措施。1.12晶闸管并联时，有几种引起电流不平衡的原因？如何抑制？(见1.11)