发布时间 : 星期五 文章《电力电子技术》习题解答(1)更新完毕开始阅读
的宽度最小应为多少微秒（设晶闸管的擎住电流IL=15mA）？
图题2.13
解：由题意可得晶闸管导通时的回路方程：LtdiA?RiA?E dt?EL可解得 iA?(1?e?)， ? ==1
RR要维维持持晶闸管导通，iA(t)必须在擎住电流IL以上，即
50(1?e?t)?15?10?3 0.5t?150?10?6?150?s， 所以脉冲宽度必须大于150μs。
2.14单相正弦交流电源，晶闸管和负载电阻串联如图题2.14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？
图题2.14
解：（1）考虑安全余量, 取实际工作电压的2倍
UT=220?2?2?622V, 取600V （2）因为Kf=2.22, 取两倍的裕量，则：
2IT(AV)?2.22?100A
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得： IT(AV)=111(A) 取100A。
2.15 什么叫GTR的一次击穿?什么叫GTR的二次击穿?
答：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。
2.16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。
2.17 GTR对基极驱动电路的要求是什么？ 答：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。 2.18在大功率GTR组成的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流变化率
du和集电极电dtdi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。 dt2.19与GTR相比功率MOS管有何优缺点?
答：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。 2.20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，
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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?m）、制成垂直导电结构可以直接装漏极、电流容量大、集成度高。
2.21试说明VDMOS的安全工作区。
答：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。
2.22试简述功率场效应管在应用中的注意事项。
答：（1）过电流保护，（2）过电压保护，（3）过热保护，（4）防静电。 2.23与GTR、VDMOS相比，IGBT管有何特点?
答：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。
2.24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 栅极电阻／Ω 25 50 50 25 75 15 100 12 150 8.2 200 5 300 3.3 +
di一定时，dt答：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。
2.25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。 2.26试说明有关功率MOSFET驱动电路的特点。
答：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。
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2.27试述静电感应晶体管SIT的结构特点。
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。
2.28试述静电感应晶闸管SITH的结构特点。
答：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。
2.29试述MOS控制晶闸管MCT的特点和使用范围。
答：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。
2.30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？
答：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。
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第3章 思考题与习题
3.1 开关器件的开关损耗大小同哪些因素有关？
答：开关损耗与开关的频率和变换电路的形态性能等因素有关。 3.2 试比较Buck电路和Boost电路的异同。
答；相同点：Buck电路和Boost电路多以主控型电力电子器件（如GTO，GTR，VDMOS和IGBT等）作为开关器件，其开关频率高，变换效率也高。
不同点：Buck电路在T关断时，只有电感L储存的能量提供给负载，实现降压变换，且输入电流是脉动的。而Boost电路在T处于通态时，电源Ud向电感L充电，同时电容C集结的能量提供给负载，而在T处于关断状态时，由L与电源E同时向负载提供能量，从而实现了升压，在连续工作
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