01第1章电力电子器件 基本模型 电力二极管 晶闸管
天津冶金职业技术学院教案( 首页)
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图1.3.2 晶闸管的内部结构和等效电路
）导通：阳极施加正向电压时→给门极G也加正向电压T I I
图1.3.6 控晶闸管的电气图形符号和伏安特性
a) 电气图形符号b) 伏安特性
1.4 可关断晶闸管
可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor)简称GTO。
天津冶金职业技术学院教师授课教案
沟道
沟道
MOSFET
耗尽型：
增强型:
耗尽型
增强型
之间就存在导电沟道；
才存在导电沟道
1. IGBT的结构
图1.7.1 IGBT的结构、简化等效电路与电气符号
IGBT的结构如图1.7.1(a)所示。它是在VDMOS管结构的基础上再增加一
个P+层，形成了一个大面积的P+N结
1
J，和其它结
2
J、
3
J一起构成了一个相当
于由VDMOS驱动的厚基区PNP型GTR;简化等效电路如图1.7.1(b)所示。
电气符号如图1.7.1（c）所示GBT有三个电极:集电极Ｃ、发射极Ｅ和栅极Ｇ。
2. IGBT的工作原理
IGBT也属场控器件，其驱动原理与电力MOSFET基本相同，是一种由栅电压GE
U控制集电极电流的栅控自关断器件。
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性
IGBT的伏安特性和转移特性
图1.7.2 IGBT的伏安特性和转移特性
晶闸管二极管主要参数及其含义
晶闸管二极管主要参数及其含义 IEC标准中用来表征晶闸管二极管性能特点的参数有数十项但用户经常用到的有十项左右本文就晶闸管二极管的主要参数做一简单介绍 1、正向平均电流I F(AV) (整流 管) 通态平均电流I T(AV) (晶闸管) 是指在规定的散热器温度T HS 或管壳温度 T C 时,允许流过器件的最大正弦半 波电流平均值此时器件的结温已达到其最高允许温度T jm 仪元公司产品手册中均 给出了相应通态电流对应的散热器温度T HS 或管壳温度 T C 值用户使用中应根据实 际通态电流和散热条件来选择合适型号的器件 2、正向方均根电流I FRMS (整流管) 通态方均根电流I TRMS (晶闸管) 是指在规定的散热器温度T HS 或管壳温度 T C 时,允许流过器件的最大有效电 流值用户在使用中须保证在任何条件下流过器件的电流有效值不超过对应壳温下的方均根电流值 3、浪涌电流I FSM (整流管)I TSM (晶闸管) 表示工作在异常情况下器件能承受的瞬时最大过载电流值用10ms底宽正弦半波峰值表示仪元公司在产品手册中给出的浪涌电流值是在器件处于最高允许 结温下施加80% V RRM 条件下的测试值器件在寿命期内能承受浪涌电流的次数是有限的用户在使用中应尽量避免出现过载现象
4、断态不重复峰值电压V DSM 反向不重复峰值电压V RSM 指晶闸管或整流二极管处于阻断状态时能承受的最大转折电压一般用单脉冲测试防止器件损坏用户在测试或使用中应禁止给器件施加该电压值以免损坏器件 5、断态重复峰值电压V DRM 反向重复峰值电压V RRM 是指器件处于阻断状态时断态和反向所能承受的最大重复峰值电压一般取器件不重复电压的90%标注高压器件取不重复电压减100V标注用户在使用中须保证在任何情况下均不应让器件承受的实际电压超过其断态和反向重复峰值电压 6、断态重复峰值漏电流I DRM 反向重复峰值漏电流I RRM 为晶闸管在阻断状态下承受断态重复峰值电压V DRM 和反向重复峰值电压V RRM 时流过 元件的正反向峰值漏电流该参数在器件允许工作的最高结温Tjm下测出 7、通态峰值电压V TM (晶闸管) 正向峰值电压V FM (整流管)
第一章电力电子器件
电力电子技术试题（第一章） 一、填空题 1、普通晶闸管内部有 PN结,，外部有三个电极，分别是极极和极。 1、三个、阳极A、阴极K、门极G。 2、晶闸管在其阳极与阴极之间加上电压的同时，门极上加上电压，晶闸管就导通。 2、正向、触发。 3、、晶闸管的工作状态有正向状态，正向状态和反向状态。 3、阻断、导通、阻断。 4、某半导体器件的型号为KP50—7的，其中KP表示该器件的名称为，50表示，7表示。 4、普通晶闸管、额定电流50A、额定电压700V。 5、只有当阳极电流小于电流时，晶闸管才会由导通转为截止。 5、维持电流。 6、当增大晶闸管可控整流的控制角α，负载上得到的直流电压平均值会。 6、减小。 7、按负载的性质不同，晶闸管可控整流电路的负载分为性负载，性负载和负载三大类。 7、电阻、电感、反电动势。 8、当晶闸管可控整流的负载为大电感负载时，负载两端的直流电压平均值会，解决的办法就是在负载的两端接一个。 8、减小、并接、续流二极管。 9、工作于反电动势负载的晶闸管在每一个周期中的导通角、电流波形不连续、呈状、电流的平均值。要求管子的额定电流值要些。 9、小、脉冲、小、大。 10、单结晶体管的内部一共有个PN结，外部一共有3个电极，它们分别是极、极和极。 10、一个、发射极E、第一基极B1、第二基极B2。 11、当单结晶体管的发射极电压高于电压时就导通；低于电 压时就截止。 11、峰点、谷点。 12、触发电路送出的触发脉冲信号必须与晶闸管阳极电压，保证在管子阳极电压每个正半周内以相同的被触发，才能得到稳定的直流电压。 12、同步、时刻。 13、晶体管触发电路的同步电压一般有同步电压和电压。 13、正弦波、锯齿波。 14、正弦波触发电路的同步移相一般都是采用与一个或几个的叠加，利用改变的大小，来实现移相控制。 14、正弦波同步电压、控制电压、控制电压。 15、在晶闸管两端并联的RC回路是用来防止损坏晶闸管的。 15、关断过电压。 16、为了防止雷电对晶闸管的损坏，可在整流变压器的一次线圈两端并接一个或。 16、硒堆、压敏电阻。 16、用来保护晶闸管过电流的熔断器叫。 16、快速熔断器。 二、判断题对的用√表示、错的用×表示（每小题1分、共10分） 1、普通晶闸管内部有两个PN结。（×） 2、普通晶闸管外部有三个电极，分别是基极、发射极和集电极。（×） 3、型号为KP50—7的半导体器件，是一个额定电流为50A的普通晶闸管。（） 4、只要让加在晶闸管两端的电压减小为零，晶闸管就会关断。（×） 5、只要给门极加上触发电压，晶闸管就导通。（×） 6、晶闸管加上阳极电压后，不给门极加触发电压，晶闸管也会导通。（√） 7、加在晶闸管门极上的触发电压，最高不得超过100V。（×） 8、单向半控桥可控整流电路中，两只晶闸管采用的是“共阳”接法。（×） 9、晶闸管采用“共阴”接法或“共阳”接法都一样。（×） 10、增大晶闸管整流装置的控制角α，输出直流电压的平均值会增大。（×） 11、在触发电路中采用脉冲变压器可保障人员和设备的安全。（√） 12、为防止“关断过电压”损坏晶闸管，可在管子两端并接压敏电阻。（×） 13、雷击过电压可以用RC吸收回路来抑制。（×） 14、硒堆发生过电压击穿后就不能再使用了。（×） 15、晶闸管串联使用须采取“均压措施”。（√）
第1章 电力电子器件王兆安
第1章电力电子器件 填空题： 1.电力电子器件一般工作在________状态。 2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为________，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为________。 3.电力电子器件组成的系统，一般由________、________、________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________。 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________、________、________三类。 5.电力二极管的工作特性可概括为________。 6.电力二极管的主要类型有________、________、________。 7.肖特基二极管的开关损耗________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I H与擎住电流I L在数值大小上有I L________I H。 10.晶闸管断态不重复电压U DRM与转折电压U bo数值大小上应为，U DRM________Ubo。 11.逆导晶闸管是将________与晶闸管________（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。 12.GTO的________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________。 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________、前者的饱和区对应后者的________、前者的非饱和区对应后者的________。 15.电力MOSFET的通态电阻具有________温度系数。 16.IGBT 的开启电压U GE（th）随温度升高而________，开关速度________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________。 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________和________两类。 19.为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是________。 20.GTR的驱动电路中抗饱和电路的主要作用是________。 21.抑制过电压的方法之一是用________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________功率装置的保护。
第2章 电力电子器件概述 习题答案
第2章 电力电子器件概述 习题 第1部分：填空题 1. 电力电子器件是直接用于（主）电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担（电能的变换或控制任务） 的电路。 3.处理信息的电子器件一般工作于放大状态，而电力电子器件一般工作在（开关）状态。 4. 电力电子器件组成的系统，一般由（控制电路）、（驱动电路）、（保护电路）、（主电路）四部分组成。 5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：（半控型）、（全控型） 和（不控型）。 6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：（电流驱动型） 和（电压驱动型） 7. 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）。 8. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为（1K ）Hz 以下的整流电路。其反向恢复时间较长，一般在(5us)以上。 9.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在(5us)以下。 10.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论（门极是否有触发电流），晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在（门极有触发电流）情况下，晶闸管才能导通；晶闸管一旦导通，（门极）就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流（降到接近于零的某一数值以下）。 11.晶闸管的派生器件有：（快速晶闸管）、（双向晶闸管）、（逆导晶闸管）、（光控晶闸管）。 12. 普通晶闸管关断时间（一般为数百微秒），快速晶闸管（一般为数十微秒），高频晶闸管（10us ）左右。高频晶闸管的不足在于其（电压和电流定额）不易提高。 13.（双向晶闸管）可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。 14.逆导晶闸管是将（晶闸管）反并联一个（二极管）制作在同一管芯上的功率集成器件。 15. 光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用（一定波长的光照信号）触发导通的晶闸管。光触发保证了主电路与控制电路之间的（绝缘），且可避免电磁干扰的影响。常应用在（高压大功率）的场合。 16. GTO 的开通控制方式与晶闸管相似，但是可以通过在门极（施加负的脉冲电流）使其关断。 17. GTR 导通的条件是：（0CE u >） 且（ 0B i > ）。
第一章电力电子器件
第1章 电力电子器件 1. 使晶闸管导通的条件是什么？ 2. 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？ 3. 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I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。 π4π4π25π4a)b)c)图1-43 图1-43 晶闸管导电波形 4. 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I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少? 5．试说明IGBT 、GTR 、GTO 和电力MOSFET 各自的优缺点。 6．快恢复二极管的动态参数有哪些？动态参数对电路工作有什么影响？ 7．什么是晶闸管的关断时间？晶闸管的关断时间受哪些参数的影响？ 8．晶闸管的非正常导通方式有哪些？晶闸管的非正常导通有什么危害？怎样才能阻止晶闸管的非正常导通？ 9．试述晶体管基极驱动电流与晶体管导通压降和晶体管关断时间之间的关系。怎样的晶体管基极读动电流波形能使晶体管既有低的导通压降又有短的关断时间？ 10．什么是晶体管安全工作区？与功率MOSFET 和IGBT 相比，功率晶体管的安全工作区多了什么限制？ 11．功率MOSFET 和IGBT 是电压控制器件，为什么当频率很高时，它们的门极驱动电流仍然很大？ 12．比较功率MOSFET ，IGBT 和功率晶体管的动态和静态特性。 13．为什么要提高器件的开关速度？如果器件工作频率很低，器件的开关速度是否也很重要？为什么？ 14．对于IGBT 单开关电路，其电阻负载为100Ω，电源电压为1000V ，器件关断时间为0.5μS ，要求设计RCD 参数（电阻值与功率、电容值与耐压、二极管的规格），使得关断过程中电压上升率控制在500V/μS 以内，开通器件冲击电流不高于15A ，放电时间在100μS 以内。（提示：电阻负载带有一定感性，在器件关断过程中负载电流可以看作不变，设计参数有一定范围，只要符合要求就行）
电力电子技术第二章总结
2016 电力电子技术 作业：第二章总结 班级：XXXXXX学号：XXXXXXX姓名：XXXXXX
第二章电力电子器件总结 1.概述 不可控器件——电力二极管(Power Diode) GPD FRD SBD 半控型器件——晶闸管(Thyristor) FST TRIAC LTT 典型全控型器件GTO GTR MOSFET IGBT 其他新型电力电子器件MCT SIT SITH IGCT 功率集成电路与集成电力电子模块HVIC SPIC IPM 1.1相关概念 主电路(Main Power Circuit):在电气设备或电力系统中,直接承担电能的变换或控制任务的电路? 电力电子器件(Power Electronic Device)是指可直接用于处理电能的主电路中,实现电能的变换或控制的电子器件? 1.2特点 电功率大,一般都远大于处理信息的电子器件? 一般都工作在开关状态? 由信息电子电路来控制,而且需要驱动电路(主要对控制信号进行放大)? 功率损耗大,工作时一般都需要安装散热器? 通态损耗,断态损耗,开关损耗(开通损耗关断损耗) 开关频率较高时,可能成为器件功率损耗的主要因素? 电力电子器件在实际应用中的系统组成 一般是由控制电路?驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统? 关键词电力电子系统电气隔离检测电路保护电路三个端子 1.3电力电子器件的分类 按能够被控制电路信号控制的程度不同可分为半控型器件(开通可控,关断不可控) 全控型器件(开通,关断都可控) 不可控器件(开通,关断都不可控) 按照驱动信号的性质不同可分为电流驱动型电压驱动型 按照驱动信号的波形(电力二极管除外)不同可分为脉冲触发型电平控制型 按照载流子参与导电的情况不同可分为单极型器件(由一种载流子参与导电) 双极型器件(由电子和空穴两种载流子参与导电)复合型器件(由单极型器件和双极型器件集成混合而成,也称混合型器件) 关键词控制的程度驱动信号的性质?波形载流子参与导电的情况工作原理基本特性主要参数2不可控器件——电力二极管(Power Diode) 2.1结构与工作原理 电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的? PN节(PN junction):采用不同的掺杂工艺,通过扩散作用,将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体(通常是硅或锗)基片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结? N型半导体(N为Negative的字头,由于电子带负电荷而得此名):即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体? P型半导体(P为Positive的字头,由于空穴带正电而得此名):即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体? 正向电流IF :当PN结外加正向电压(正向偏置)时,在外电路上则形成自P区流入而从N区流出的电流? 反向截止状态:当PN结外加反向电压时(反向偏置)时,反向偏置的PN结表现为高阻态,几乎没有电流流过的状态? 反向击穿:PN结具有一定的反向耐压能力,但当施加的反向电压过大,反向电流将会急剧增大,破坏PN 结反向偏置为截止的工作状态?雪崩击穿齐纳击穿(可以恢复) 热击穿(不可恢复) P-i-N结构
电力题全答案
电力电子技术复习题 题型 一. 填空题(每空2分，共20分) 二. 判断题(5小题，每小题2分，共10分) 三. 选择题(5小题，每小题2分，共10分) 四. 简答题(3小题，每小题10分，共30分) 五. 分析题(15分) 电路分析，电压电流波形，整流电路+续流二极管/二象限斩波电路+直流电机负载 六. 计算（15分） 整流电路电压电流/晶闸管的额定参数计算 总成绩: 平时(作业+练习+考勤)15%+实验(考勤+报告)15%+期终70% . 复习题 一，填空/判断/选择 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有_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。 4, 肖特基二极管的开关损耗明显低于快恢复二极管的开关损耗。 5, 晶闸管的基本工作特性可概括为门极正向有触发则导通、反向截止。 6, 对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上的关系是I L约为I H的2–4倍。7, 晶闸管断态不重复电压U DRM与转折电压U bo数值大小上的关系是U DRM电力电子技术第2章_习题_答案
班级姓名学号 第2/9章电力电子器件课后复习题 第1部分：填空题 1. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。 3. 电力电子器件一般工作在开关状态。 4. 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。 5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件 和全控型器件。 6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。 7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。 8. 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。 9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。其 反向恢复时间较长，一般在5μs以上。 10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5μs以下。 11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。 12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导 通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；晶闸管一旦导通， 门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降至维持电流以下。 13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，一般取 为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。 14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。晶闸管刚从断态转入通态并移除 触发信号后，能维持导通所需的最小电流称为擎住电流。对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。 15.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。 16. 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10微秒左右。 高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。 17. 双向晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。
电力电子技术第五版第二章答案
电力电子技术第五版课后习题答案 第二章 电力电子器件 2. 使晶闸管导通的条件是什么？ 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：u AK >0且u GK >0。 3. 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？ 答：维持晶闸管导通的条件是使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。 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。 4. 图2-27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I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。 π4 π 4 π2 5π4a) b) c) 图1-43 图2-27 晶闸管导电波形 解：a) I d1= π21?π πωω4 )(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1= ? π π ωωπ 4 2)()sin (21 t d t I m = 2m I π 2143+≈0.4767 I m b) I d2 = π1?π πωω4)(sin t td I m =π m I (122+)≈0.5434 I m I 2 = ? π π ωωπ 4 2)()sin (1 t d t I m = 2 2m I π 2143+≈0.6741I m c) I d3=π21?20 )(π ωt d I m =41 I m I 3 = ? 20 2 )(21 π ωπ t d I m = 2 1 I m 5. 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I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少? 解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知 a) I m1≈ 4767 .0I ≈329.35， I d1≈0.2717 I m1≈89.48
第1章 电力电子器件习题(作业1)
一、问答题 1、晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定? 答：条件：晶闸管阳极和阴极间施加正向电压，并在门极和阴极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。 电流由电源和负载阻抗决定，负载上电压由电源电压决定。 2、晶闸管的关断条件是什么?如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定? 答：（1）条件：使晶闸管的阳极电流I A减小到维持电流I H以下，内部正反馈无法进行，实现晶闸管的关断。（2）增大负载阻抗、减小阳极电压或反向。（3）两端电压大小由电源电压决定。 3、试说明晶闸管有哪些派生器件？ 答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。 4、请简述光控晶闸管的有关特征。 答：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，光照下，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。 5、晶闸管触发的触发脉冲要满足哪几项基本要求？ 答：A触发信号有足够的功率。B触发脉冲有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。C触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。 6、如何防止P-MOSFET因静电感应应起的损坏? 答：它的输入电容是低泄漏电容，当栅极开路时极易受静电干扰而充上超过±20的击穿电压，所以为防止MOSFET因静电感应而引起的损坏 7、GTR对基极驱动电路的要求是什么？ 答：要求： （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）电路简单，工作稳定可靠，抗干扰能力强。 8、与GTR相比P-MOSFET管有何优缺点? 答：GTR是电流型器件，P-MOSFET是电压型器件，与GTR相比，P-MOSFET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。 P-MOSFET缺点：电流容量低，承受反向电压小。 9、分别说明什么是不可控型、半控型和全控型电力电子器件。
第一章电力电子器件
第1章电力电子器件 概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。 介绍常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意问题。1.1 电力电子器件概述 1.1.1 电力电子器件的概念和特征 1）概念: 电力电子器件（Power Electronic Device） ——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 主电路（Main Power Circuit） ——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。 2）分类: 电真空器件(汞弧整流器、闸流管) 半导体器件(采用的主要材料硅） 3）同处理信息的电子器件相比的一般特征： 能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。 电力电子器件一般都工作在开关状态。 电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。 电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。 电力电子器件的损耗 主要损耗：通态损耗、断态损耗、开关损耗、关断损耗、开通损耗 通态损耗是器件功率损耗的主要成因。 器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。 1.1.2 应用电力电子器件系统组成 电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。 图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成 在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行 1.1.3 电力电子器件的分类 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
半控型器件（Thyristor） ——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 全控型器件（IGBT,MOSFET) ——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。 不可控器件(Power Diode) ——不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱动电路。 按照驱动电路信号的性质，分为两类： 电流驱动型 ——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。 电压驱动型 ——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。 1.1.4 本章学习内容与学习要点 本章内容: 介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。 集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用这三个问题。 学习要点: 最重要的是掌握其基本特性。 掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性曲线的使用方法。 可能会主电路的其它电路元件有特殊的要求。 1.2 不可控器件—电力二极管 Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用。 快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位。 1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。
电力电子第二章第九章第十章课后习题答案
2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？ 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-6 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? 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 + α 2 = 1 是器件临界导通的条件。α1 + α 2＞两个等效晶体管过饱和而导通；α1 + α 2＜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： l)GTO 在设计时α 2 较大,这样晶体管 T2 控制灵敏,易于 GTO 关断; 2)GTO 导通时α1 + α 2 的更接近于 l,普通晶闸管α1 + α 2 ≥ 1.5 ,而 GTO 则为α1 + α 2 ≈ 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。 2-7与信息电子电路中的MOSFET相比,电力MOSFET具有怎样的结构特点才具有耐受高电压和大电流的能力？ 1．垂直导电结构：发射极和集电极位于基区两侧，基区面积大，很薄，电流容量很大。2．N-漂移区：集电区加入轻掺杂N-漂移区，提高耐压。 3．集电极安装于硅片底部，设计方便，封装密度高，耐压特性好。 2-8试分析IGBT和电力MOSFET在内部结构和开关特性上的相似和不同之处 答：IGBT比电力MOSFET在背面多一个P型层，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。 2-11试列举你所知道的电力电子器件，并从不同的角度对这些电力电子器件进行分类。目前常用的控型电力电子器件有哪些? 答：1. 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类： （1）半控型器件：晶闸管及其派生器件 （2）全控型器件：IGBT,MOSFET，GTO,GTR （3）不可控器件:电力二极管 2. 按照驱动信号的波形（电力二极管除外） （1）脉冲触发型：晶闸管及其派生器件 （2）电平控制型：（全控型器件）IGBT,MOSFET，GTO,GTR 3. 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类： （1）单极型器件：电力 MOSFET，功率 SIT,肖特基二极管 （2）双极型器件：GTR,GTO,晶闸管，电力二极管等 （3）复合型器件：IGBT,MCT,IGCT 等 4.按照驱动电路信号的性质，分为两类： （1）电流驱动型：晶闸管，GTO，GTR 等 （2）电压驱动型：电力 MOSFET,IGBT 等 常用的控型电力电子器件：门极可关断晶闸管, 电力晶闸管，电力场效应晶体管，绝缘栅双极晶体管。 9-1电力电子器件的驱动电路对整个电力电子装置有哪些影响？ 电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。采用性能良好的驱动电路可使电力电子器件工作在比较理想的开关状态,可缩短开关时间,减少开关损耗,对装置的运行效率、可靠性和安全性都有着重要意义。另外，对电力电子器件或整个装置的一些保护措施也往往就将近设在驱动电路中，或者通过驱动电路来实现，这使得驱动电路的设计更为重要。
第2章 电力电子器件 习题
第2章电力电子器件习题 一、填空题 1.电力电子器件是直接用于电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 2.主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担的电路。 3.处理信息的电子器件一般工作于放大状态，而电力电子器件一般工作在_状态。 4.电力电子器件组成的系统，一般由、、、四部分组成。 5.按照器件载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为以下三类：、和。 6.按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：和。 7.电力二极管的主要类型有、、_ 。 8.针对电力二极管的特性，完成下列题目： I开始明显增加所对应的二极管两端的电压定义为。 1)将正向电流 F I对应的二极管两端的电压定义为。 2)与正向电流 F 3)承受反向电压时，只有微小而数值恒定的电流流过，该电流定义为。 4)承受很高反向电压而出现击穿时所对应的二极管两端的电压，定义为。 5)从承受正向电压开始，到二极管完全导通所需要的时间定义为。 6)在关断时，须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态，这段时间定义为。 7)二极管在关断之前有较大的电流出现，并伴随有明显的过冲。 9.普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高，一般为Hz以下的整流电路。其反向恢复时间较长，一般在以上。 10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在以下。 11.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论_，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在情况下，晶闸管才能导通；晶闸管一旦导通，就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流。 12.晶闸管的派生器件有：、、、
_ 。 13.普通晶闸管关断时间 ，快速晶闸管 ，高频晶闸管 左右。 高频晶闸管的不足在于其 不易做高。 14. 晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。 15.逆导晶闸管是将 反并联一个 制作在同一管芯上的功率集成器件。 16.光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用 触发导通的晶闸管。光触发保证了主电路与控制电路之间的 ，并且可避免电磁干扰的影响。常应用在 的场合。 17.针对晶闸管的特性，完成下列题目： 1)晶闸管的关断时间由两段时间组成，分别是： 时间和 时间。 2)将指定的管壳温度和散热条件下，晶闸管允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值定义为 流，用()T AV I 表示。()T AV I 是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量，该电流对应的有效值为 倍()T AV I 。 3)使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为 ，用H I 表示。晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流称为 ，用L I 表示。对同一晶闸管来说，通常L I 约为H I 的 倍。 4)在门极断路并且结温为额定值时，将允许重复加在器件上的正向峰值电压定义为 ，用DRM U 表示；将允许重复加在器件上的反向峰值电压定义为 ，用RRM U 表示。通常取晶闸管的DRM U 和RRM U 中 （该空选项：较大或较小）的标值作为该器件的额定电压。选用时，应考虑安全裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的 倍。 5)断态电压临界上升率/du dt 是指：在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。电压上升率过大，就会使晶闸管 。 6)通态电流临界上升率/di dt 是指：在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率，如果电流上升太快，可能造成 使晶闸管损坏。 18.GTO 的开通控制方式与晶闸管相似，但是可以通过在门极 使其关断。 19. GTO 的额定电流是用 电流来定义的。GTO 最大可关断阳极电流与门极负
第9章 电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介
目录 目录............................................................................................................................................................................. I 第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介 . (1) 9.1 电力二极管的应用简介 (1) 9.1.1 电力二极管的种类 (1) 9.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途 (1) 9.1.3 电力二极管的主要参数 (1) 9.1.4 电力二极管的选型原则 (2) 9.2 电力晶体管的应用简介 (3) 9.2.1 电力晶体管的主要参数 (3) 9.2.2 电力晶体管的选型原则 (3) 9.3 晶闸管的应用简介 (4) 9.3.1 晶闸管的种类 (4) 9.3.2 各种常用的晶体管结构、特点和用途 (4) 9.3.3 晶闸管的主要参数 (5) 9.3.4 晶闸管的选型原则 (6) 9.4 总结 (7)
第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介 9.1 电力二极管的应用简介 电力二极管（Power Diode）在20世纪50年代初期就获得应用，当时也被称为半导体整流器；它的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管相同，都以半导体PN结为基础，实现正向导通、反向截止的功能。电力二极管是不可控器件，其导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。 9.1.1 电力二极管的种类 电力二极管主要有普通二极管、快速恢复二极管和肖特基二极管。 9.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途 名称结构特点、用途实例图片 整流二极管 多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。其反向恢复时间较长，一般在5s以上，其正向电流定额和反向电压定额可以达到很高。 快速恢复二极管 恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短（一般在5s以下）。快恢复外延二极管，采用外延型P-i-N结构，其反向恢复时间更短（可低于50ns），正向压降也很低（0.9V左右）。从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到20~30ns。 肖特基二极管 优点：反向恢复时间很短（10~40ns），正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管；因此，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高。 弱点：（1）当所能承受的反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下的低压场合.（2）反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。 9.1.3 电力二极管的主要参数 1．正向平均电流I F（AV）。 正向平均电流指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称壳温，用T C表示）和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。其是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相
第9章--电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介讲解学习
目录目录 第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介 0 9.1 电力二极管的应用简介 0 9.1.1 电力二极管的种类 0 9.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途 0 9.1.3 电力二极管的主要参数 0 9.1.4 电力二极管的选型原则 (1) 9.2 电力晶体管的应用简介 (2) 9.2.1 电力晶体管的主要参数 (2) 9.2.2 电力晶体管的选型原则 (2) 9.3 晶闸管的应用简介 (3) 9.3.1 晶闸管的种类 (3) 9.3.2 各种常用的晶体管结构、特点和用途 (3) 9.3.3 晶闸管的主要参数 (4) 9.3.4 晶闸管的选型原则 (5) 9.4 总结 (6)
第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介 9.1 电力二极管的应用简介 电力二极管（Power Diode）在20世纪50年代初期就获得应用，当时也被称为半导体整流器；它的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管相同，都以半导体PN结为基础，实现正向导通、反向截止的功能。电力二极管是不可控器件，其导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。 9.1.1 电力二极管的种类 电力二极管主要有普通二极管、快速恢复二极管和肖特基二极管。 9.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途 名称结构特点、用途实例图片 整流二极管 多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。其反向恢复时间较长，一般在5s以上，其正向电流定额和反向电压定额可以达到很高。 快速恢复二极管 恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短（一般在5s以下）。快恢复外延二极管，采用外延型P-i-N结构，其反向恢复时间更短（可低于50ns），正向压降也很低（0.9V左右）。从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到20~30ns。 肖特基二极管 优点：反向恢复时间很短（10~40ns），正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管；因此，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高。 弱点：（1）当所能承受的反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下的低压场合.（2）反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。 9.1.3 电力二极管的主要参数 1．正向平均电流I F（AV）。 正向平均电流指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称壳温，用T C表示）和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。其是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相
电力电子课后答案
第一章电力电子器件 1.1使晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲） 或者 U AK >0 且 U GK >0 1.2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？ 答:维持晶闸管导通的条件是使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。 1.3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 1 — 1 I3 「2 02 Im 2 d(t) 2Im 1.4. 上题中如果不考虑安全裕量 ，问100A 的晶阐管能送 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？ 解:额定电流|T （ AV ）=100A 的晶闸管，允许的电流有效值 I=157A,由上题计算结果知 解:a) 1 Id1= 一 2 Im sin( t)d( t) 1) 0.2717Im b) I1 = 讣 7 (ImS " 2 t) d(wt) Im 3 1 0.47671m Id2=l Im sin td(wt) 4 四倚 1) 0. 5434Im 12= (Imsin t)2d(wt) 岑 V 4 2 \4 0.6741Im c) 1 1 Id3 =厂 02 Imd ( t) 4Im 试计算各波形的电流平均值 I d1,|d2,|d3与电流有效值I 1, I 2 , I 3 町 b) c)
a)Im1 329.35A,Id10.2717Im1 89.48A 0.4767 I232.90A,Id20.5434Im2 126.56A b)Im2 0.6741 c)Im3=2I=314Id31 =—Im3 78.5 4 1.5. GT0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和普通晶阐管同为PNPN结构,由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管VI、V2，分别具有共基极电流增益1和2，由普通晶阐管的分析可得， 1 2 1是器件临界导通 的条件。1 2>1 两个等效晶体管过饱和而导通； 1 2V1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2较大，这样晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断； 2) GTO导通时1 2的更接近于I，普通晶闸管1 2 1.5,而GTO贝U为 1 2 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。 1.6. 如何防止电力MOSFET因静电感应应起的损坏？ 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静电干扰而充上超过土20的击穿电压所以为防止MOSFET因静电 感应而引起的损坏，应注意以下几点： ①一般在不用时将其三个电极短接； 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、源极间常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。 1.7.IGBT、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，1 GBT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。 ：