电力电子习题

第1章电力电子器件1.电力电子器件一般工作在_开关_状态。2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为_通态损耗_，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为_开关损耗_。3.电力电子器件组成的系统，一般由_控制电路_、_驱动电路_、_主电路（以电力电子器件为核心）_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路_。4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型器件_、_双极型器件_、_复合型器件_三类。5.电力二极管的工作特性可概括为_不可控器件_。6.电力二极管的主要类型有_普通二极管_、_快恢复二极管_、_肖特基二极管_。7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。8.晶闸管的基本工作特性可概括为正向有触发则导通、反向截止。9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL_大于2-4倍_IH。10.晶闸管断态不重复电压UDRM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDRM_低于_Ubo。11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。12.GTO的_阴极和门极在器件内部并联_结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为_二次击穿_。14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的_放大区_、前者的非饱和区对应后者的_放大区_。15.电力MOSFET的通态电阻具有_正_温度系数。（）16.IGBT的开启电压UGE（th）随温度升高而_略有下降_，开关速度_低于_电力MOSFET。17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是_智能功率集成电路_。18.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电流驱动器件_和_电压驱动器件_两类。19.为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是_负脉冲_。20.GTR的驱动电路中抗饱和电路的主要作用是_使基极驱动电流不进入放大和饱和区。21.抑制过电压的方法之一是用_储能元件_吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。在过电流保护中，快速熔断器的全保护适用于_小_功率装置的保护。22.功率晶体管缓冲保护电路中的二极管要求采用_快恢复_型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。23.晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是_静态均压_措施，给每只管子并联RC支路是_动态均压_措施，当需同时串联和并联晶闸管时，应采用_先串后并_的方法。24.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有_负_温度系数，在1/2或1/3额定电流以上区段具有_正_温度系数。25.在如下器件：电力二极管（PowerDiode）、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（电力MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，属于不可控器件的是_电力二极管_，属于半控型器件的是_晶闸管_，属于全控型器件的是_绝缘栅双极晶体管（IGBT）、门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（电力MOSFET）_；属于单极型电力电子器件的有_电力场效应管（电力MOSFET）_，属于双极型器件的有_电力二极管、门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、晶闸管_，属于复合型电力电子器件得有_绝缘栅双极型晶体管（IGBT）_；在可控的器件中，容量最大的是_门极可关断晶闸管（GTO）_，工作频率最高的是_绝缘栅双极型晶体管（IGBT）_，属于电压驱动的是_电力场效应管、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）_，属于电流驱动的是_电力二极管、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管_。简答题：26.电力电子器件是如何定义和分类的？同处理信息的电子器件相比，它的特点是什么？电力电子器件是指直接用于处理电能的主电路中，能实现电能的变换和控制的电子器件。按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，分为电压驱动型和电流驱动型。根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间有效信号的波形，分为脉冲触发型和电平控制型。按照器件内内部电子和空穴两种载流子分为单极性器件、双极型器件和复合型器件。1.电力电子器件处理电功率的功率大，电压电流的的承受能力强；2.因为处理的功率大，为减少损耗，处于开关状态；3.电力电子电路由信息电子控制，需要驱动电路；4.电力电子电路由于功率比较大，需要散热器。27.应用电力电子器件的系统组成如题图1-27所示，试说明其中保护电路的重要意义？主电路一般会有过电压和电流的冲击，由于电力电子器件比普通元件昂贵，承受电压电流能力差一些，需要加一些保护电路，以保证电力电子系统正常可靠的运行。28.二极管的电阻主要是作为基片的低掺杂N区的欧姆电阻，阻值较高且为常量，为何二极管在正向电流较大时管压降仍然很低？这个矛盾由电导调制效应来解释。当PN结注入正向电流很大时，由P区注入并累积在低掺杂N区的少子空穴的浓度上升，为维持半导体电中性条件，其多子浓度也大幅增加，使其电阻率上升，也就是电导率大大增加，这就是为什么桶大电流管压降仍然很低。29.二极管在恢复阻断能力时为什么会形成反向电流和反向电压过冲？这与它们的单相导电性能是否矛盾？这种反向电流在电路使用中会带来什么问题？PN结积累的大量少子在反向压降的作用下被抽出，因而流过较大的反向电流，由于反向电流迅速下降，在外电路电感作用下的作用下，产生反向电压过冲。并不矛盾，只是需要一个反向恢复时间。器件关断对电路有冲击，在设计电路时要设计缓冲吸收电路。30.使晶闸管导通的条件是什么？晶闸管导通条件是，在正向压降条件下，并在门极施加触发电流。31.维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？通过晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流；在外加电压和外加电路的作用下，使流过晶闸管的电流降到零以下的某个数值，便可使晶闸管关断。32.GTO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？由普通晶闸管分析，GTO不同之处在于，2较大，这样2V控制灵敏，使GTO易于关断。使导通的21接近于1，这样GTO的饱和程度不深，接近临界饱和（缺点导通时管压降增大）。多元集成使GTO的门极和阴极距离减小，使横向电阻很小，从而从门极抽出大电流成为可能。33.GTR的安全工作区是如何定义的？如题图1-33所示，GTR带电感性负载时，如果不接二极管VD会产生什么问题？有了二极管VD是否还要加缓冲电路呢？GTR的安全工作区是指不能超过最高电压ceMU、集电极最大电流eMI和最大耗散功率eMP，也不能超过二次击穿临界线。感性负载在关断时电感能量需要释放，如果没有续流二极管，会出现一定的过电压。需要缓冲电路，V开通时缓冲电容通过sR向V放电，使电流先上一个台阶，以后因为有dti/d抑制电路的iL，ci的上升缓慢。34.如何防止电力MOSFET因静电感应应起的损坏？1.不用时三个电极短接；2.装配时接触电力MOSFET的器件需要接地；3.电路栅源间并接齐纳二极管以防电压过高；4.漏源间也要加缓冲电路吸收过电压。35.晶闸管的触发电路有哪些要求？主要有以下几个要求：1.触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通；2.触发脉冲有足够大的幅度；3.所提供的触发脉冲参数应在晶闸管额定电压、额定电流、和功率的范围内；4.良好的抗干扰能力以及温度稳定性以及电气隔离。36.GTO与GTR同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同？二者都是电流型触发电路，开通关断都要有相应的触发脉冲，且要求触发脉冲上升沿陡峭并强触发。GTR在在导通期间一直需要保持触发电流信号，而GTO导通后即可去除触发信号；GTO的电流增益小于GTR，且无论开通还是关断，对触发信号电流的要求要高于GTR。37.IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的驱动电路各有什么特点？IGBT驱动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻，IGBT是电压型驱动器件，IGBT的驱动多采用专用的混合型集成驱动器。GTR驱动电路的特点：开通和关断时，驱动电路提供的驱动电流前沿陡峭并采用强触发。为电流驱动器件。GTO驱动电路的特点：GTO要求其驱动电流的前沿应该有足够的陡度和强触发，在导通期间要加正门极电流，触发电流脉冲的要求要高于GTR。电力MOSFET的驱动电路的特点：要求驱动电路输入电阻小，驱动功率小且电路简单。38.全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析RCD缓冲电路中各组件的作用。全控器件缓冲电路主要是抑制器件的内因过电压dtdidt//du和过电流，减小器件的关断损耗。RCD的器件，在V开通时，sC通过sR放电，sR的作用是限制放电电流的大小，关断时，负载电流经sVD从sC分流，使dtdu/减小，抑制过电压。39.试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。器件优点缺点IGBT电压驱动，驱动功率小；开关速度快，开关损耗小；输入阻抗高，耐脉冲电压冲击开关速度低于电力MOSFET，电流容量低于GTOGTR耐压高、电流大开关速度低，电流驱动，所需驱动功率大，开关频率低，二次击穿问题GTO适用于大功率场合，具有电导调制效应使通流能力强电流增益小，开关速度低，驱动功率大电力MOSFET开关速度高，驱动简单，功率小适用于低于10KW的电力电子装置计算题：40.晶闸管在单相正弦有效值电压220V时工作,若考虑晶闸管的安全裕量,其电压定额应选多大?41.流经晶闸管的电流波形如题图1－41所示。试计算电流波形的平均值、有效值及波形系数。若取安全裕量为2，问额定电流为100A的晶闸管，其允许通过的电流平均值和最大值为多少？42.在题图1-42电路中，E＝50V，R＝0.5W,L＝0.5H，晶闸管擎住电流为15mA。要使晶闸管导通，门极触发脉冲宽度至少应为多少？43.题图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。44.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少？这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少?第2章整流电路填空题：1.电阻负载的特点是________，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是________。2.阻感负载的特点是________，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是________，其承受的最大正反向电压均为________，续流二极管承受的最大反向电压为________（设U2为相电压有效值）。3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为________，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为________和________；带阻感负载时，α角移相范围为________，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为________和________；带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个________。4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角时，晶闸管的导通角=________;当控制角小于不导电角时，晶闸管的导通角=________。5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与________的波形基本相同，只是后者适用于________输出电压的场合。6.电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压UFm等于________，晶闸管控制角α的最大移相范围是________，使负载电流连续的条件为________(U2为相电压有效值)。7.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按