15 功率场效应晶体管、16 绝缘栅双极型晶体管
电力电子器件复习提纲
• 16、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Um等于√2U2，晶闸管控制角 α的最大移相范围是0~150º，使负载电流连续的条件 为α≤30º(U2为相电压有效值)。 • 17、单相全控桥式整流大电感负载电路中，控制角α 的移相范围是( A ) • A 0°～90° B 0°～180° C 90°～ 180° D 180°～360°
• 11、直流斩波电路作用是将交流电压变换成一种幅值可调的直流 电压。 （×） • 12、直流斩波电路采用的电力电子器件多以晶闸管为主。 （×） • 13、直流斩波电路有降压式斩波电路、升压式斩波电路和升降压 式斩波电路。 （√） • 14、晶闸管过零调功器两种控制方式为全周波连续式和全周波间 隔式。 • 15、交流调压电路是用来变换交流电压幅值的电路，与整流相似， 也有单相和三相之分。
• 23、晶闸管在电路中的门极正向偏压（ B ）愈好。 • A、愈大 B、愈小 C、不变 D、愈稳定 • 24、普通晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（ C ） 来表示的。A 有效值 B 最大值 C 平均值 D瞬时值 • 25、如某晶闸管的正向阻断重复峰值电压为745V，反向重复 峰值电压为825V，则该晶闸管的额定电压应为（ A ） • A、700V B、750V C、800V D、850V • 26、双向晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（ A ） 来表示的。 • A、 有效值 B、 最大值 C、 平均值 D、 瞬时值 • 27、比较而言，下列半导体器件中输入阻抗最大的（ B ）。 • A、GTR B、MOSFET C、IGBT D、GTO • 28、下列电力半导体器件电路符号中表示IGBT器件的电路符 号是( C )。
第一章 电力电子器件
• 1、P14，例1-1 • 2、P14，例1-2 • 3、作业（P34）：1-1、1-2、1-3、1-4、1-7、1-8、1-9（C）、110、1-11、1-22。 • 4、电力电子技术是依靠电力电子器件组成各种电力变换电路， 实现电能的高效率转换与控制的一门学科，它包括 电力电子器件、 电力电子电路和控制电路三个组成部分。
【电力电子技术期末考试】必考填空题整理
填空1、请在空格内标出下面元件的简称：电力晶体管GTR；可关断晶闸管GTO ；功率场效应晶体管MOSFET ；绝缘栅双极型晶体管IGBT ；IGBT是MOSFET和GTR的复合管。
2、晶闸管对触发脉冲的要求是要有足够的驱动功率、触发脉冲前沿要陡幅值要高和触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步3、多个晶闸管相并联时必须考虑均流的问题，解决的方法是串专用均流电抗器。
4、在电流型逆变器中，输出电压波形为正弦，输出电流波形为方波。
5、型号为KS100-8的元件表示双向晶闸管、它的额定电压为800伏、额定有效电流为100安。
6、180°导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在_ 同一桥臂上的上、下二个元件之间进行；而120º导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在_ 不同桥臂上的元件之间进行的。
7、当温度降低时，晶闸管的触发电流会增加、正反向漏电流会下降；当温度升高时，晶闸管的触发电流会下降、正反向漏电流会增加。
8、在有环流逆变系统中，环流指的是只流经逆变电源、逆变桥而不流经负载的电流。
环流可在电路中加电抗器来限制。
为了减小环流一般采用控制角α大于β的工作方式。
9、常用的过电流保护措施有快速熔断器、串进线电抗器、接入直流快速开关、控制快速移相使输出电压下降。
（写出四种即可）10、双向晶闸管的触发方式有 Ⅰ+ 、 Ⅰ- 、 Ⅲ＋ Ⅲ- 四种 。
11、双向晶闸管的触发方式有：I+ 触发：第一阳极T1接 正 电压，第二阳极T 2接 负 电压；门极G 接 正 电压，T2接 负 电压。
I- 触发：第一阳极T1接 正 电压，第二阳极T2接 负 电压；门极G 接负 电压，T2接 正 电压。
Ⅲ+触发：第一阳极T1接 负 电压，第二阳极T2接 正 电压,门极G 接正 电压，T2接 负 电压。
Ⅲ-触发：第一阳极T1接 负 电压，第二阳极T2接 正 电压；门极G 接 负电压，T2接 正 电压。
12、由晶闸管构成的逆变器换流方式有 负载 换流和 强迫（脉冲） 换流。
功率三极管种类
功率三极管种类功率三极管是一种广泛应用于电子电路中的半导体器件，它的种类繁多，可以满足不同场合的使用需求。
功率三极管的主要作用是放大和开关，具有高电流放大系数、低阻抗、高电压承受能力等特点。
本文将对功率三极管的种类进行详细介绍，以帮助大家更好地了解和选择适合的功率三极管。
一、按结构分类1.金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）：MOSFET具有较高的输入阻抗和较低的噪声，非常适合高精度放大和开关应用。
2.绝缘栅双极型晶体管（IGBT）：IGBT兼具双极型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）的优点，具有高电压、高电流、高速度等特性，广泛应用于工业控制和电动汽车等领域。
3.双向可控硅（BJT）：BJT具有电流放大和开关功能，常见的有NPN和PNP两种类型。
它们在放大和开关电路中具有广泛的应用。
4.晶闸管（Thyristor）：晶闸管是一种四层三端的半导体器件，具有电压控制的开关特性，主要用于交流电路中的整流和逆变。
二、按材料分类1.硅（Si）功率三极管：Si功率三极管具有较高的导通电阻和较低的饱和电压，适用于较低频率的场合。
2.氮化镓（GaN）功率三极管：GaN功率三极管具有高频率、高电压、高温度等特性，适用于5G、电动汽车等高要求的领域。
3.碳化硅（SiC）功率三极管：SiC功率三极管具有高导通电阻、高饱和电压、高温度等优点，适用于高温、高功率的场合。
三、按封装分类1.塑料封装：塑料封装功率三极管具有轻小、低成本的特点，适用于一般场合。
2.陶瓷封装：陶瓷封装功率三极管具有高可靠性、高频率、低噪声等特点，适用于高要求的场合。
3.金属封装：金属封装功率三极管具有高电压、高电流、高温度等特性，适用于大功率、高压场合。
总结：功率三极管的种类繁多，根据不同的应用需求，可以选择适合的结构、材料和封装类型。
在实际应用中，要充分考虑功率三极管的性能、可靠性、成本等因素，确保电路的正常工作和性能要求。
通过了解和掌握功率三极管的种类，可以为我们在电子电路设计和应用中提供更多的选择和便利。
电力电子变流技术全本书课后答案
电力电子变流技术全本书课后答案习题与摸索题解1-1．晶闸管导通的条件是什么？如何样使晶闸管由导通变为关断？解：晶闸管导通的条件是：阳极承担正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。
门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到坚持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流ＩＬ以上。
导通后的晶闸管管压降专门小。
使导通了的晶闸管关断的条件是：使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值－坚持电流ＩＨ以下。
其方法有二：１）减小正向阳极电压至某一最小值以下，或加反向阳极电压；２）增加负载回路中的电阻。
1-2．型号为KP100-3的晶闸管，坚持电流I H =4mA ，使用在题1-2图中的电路中是否合理？什么缘故〔不考虑电压、电流裕量〕？解：依照机械工业部标准JB1144-75规定，ＫＰ型为一般闸管，KP100-3的晶闸管，其中100是指承诺流过晶闸管的额定通态平均电流为100A ，3表示额定电压为300V 。
关于图(a)，假假设晶闸管V 被触发开通，由于电源为直流电源，那么晶闸管流过的最大电流为()mA I V 2105001003=⨯= 因为I V < I H ，而I H < I L ，I L 为擎住电流，通常I L =(2~4) I H 。
可见，晶闸管流过的最大电流远小于擎住电流，因此，图(a)不合理。
关于图(b)，电源为交流220V ，当α=0°时，最大输出平均电压9922045.045.02=⨯=≈U U d 〔Ｖ〕平均电流 9.91099===R U d VAR I (A) 波形系数 57.1≈=VARV f I I K 因此， ＩＶ＝K f 。
ＩＶＡＲ＝1.57×9.9＝15.5(A)而KP100-3承诺流过的电流有效值为I VE ＝1.57×100＝157(A)， I L < I V <I VE ，因此，电流指标合理。
电力电子技术_复习题答案
电⼒电⼦技术_复习题答案第⼆章：1.晶闸管的动态参数有断态电压临界上升率du/dt和通态电流临界上升率等，若du/dt过⼤，就会使晶闸管出现_ 误导通_，若di/dt过⼤，会导致晶闸管_损坏__。
2.⽬前常⽤的具有⾃关断能⼒的电⼒电⼦元件有电⼒晶体管、可关断晶闸管、功率场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管⼏种。
简述晶闸管的正向伏安特性？答: 晶闸管的伏安特性正向特性当IG=0时，如果在器件两端施加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状态，只有很⼩的正向漏电流流过。
如果正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增⼤，器件开通。
随着门极电流幅值的增⼤，正向转折电压降低，晶闸管本⾝的压降很⼩，在1V左右。
如果门极电流为零，并且阳极电流降⾄接近于零的某⼀数值IH以下，则晶闸管⼜回到正向阻断状态，IH称为维持电流。
3.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：uAK>0且uGK>0。
4.在如下器件：电⼒⼆极管（Power Diode）、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，属于半控型器件的是 SCR 。
5.晶闸管的擎住电流I L答：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。
6.晶闸管通态平均电流I T(AV)答：晶闸管在环境温度为40 C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最⼤⼯频正弦半波电流的平均值。
标称其额定电流的参数。
7.晶闸管的控制⾓α（移相⾓）答：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲⽌的电⾓度,⽤a表⽰,也称触发⾓或控制⾓。
8.常⽤电⼒电⼦器件有哪些？答：不可控器件：电⼒⼆极管。
半控型器件：晶闸管。
全控型器件：绝缘栅双极晶体管IGBT，电⼒场效应晶体管（电⼒MOSFET），门极可关断晶闸管（GTO），电⼒晶体管。
电力电子技术考核点总结--填空选择
1 简要说明四类基本的电力电子变流电路表答：交流变直流，即整流电路交流变交流，即交流电力控制电路或变频变相电路直流变直流，即直流斩波电路直流变交流，即逆变电；2 美国学者W.Newell用倒二角形对电力电子技术进行形象的描述，认为电力电子学是由电力学，电子学，控制理论三个学科交义而形成的。
3 电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，其电力变换常分为四大类：直流变直流、直流变交流、交流变交流、交流变直流。
4 根据二极管反向恢复时间的长短，可以将二极管分为普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管。
5 驱动电路需要提供控制电路和主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离和磁隔离。
6 电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压，其中内因过电压包括换相过电压和关断过电压。
7 电力电子系统一般由控制电路，驱动电路，主电路组成8 电力电子器件的损耗主要包括开关损耗和通态损耗9 单相半波整流电路带阻性负载时，晶闸管触发角a移相范围是【0~π】，晶闸管导通角沒和触发角α之间的关系是α+β=π或互补10 三相半波整流电路带阻性负载时，晶闸管触发角a移相范围是0-150度，输出电压连续时触发角α移相范围是0-30度11 同步信号为锯齿波的晶闸管触发电路主耍由脉冲的形成与放大，锯齿波的形成和脉冲移相，同步环节三个基本环节12 一般来说，电力电子变流电路中换流方式有器件换流、负载换流、电网换流和强迫换流。
13 直流斩波电路主要有三种控制方式：脉宽调制、脉频调制和混合调制。
14 正弦脉宽调制（SPWM)中，根据载波比N是否为固定值，可以分为同步调制和异步调制15 PWM控制方案优劣体现在输出波形谐波的多少、直流侧电压利用率; 一个周期内的开关次数。
16 PWM整流电路根据是否引入电流反馈可分为直接电流控制和间接电流控制17 根据电力电子电路中的功率器件开关过程中是否产生损耗，其开关方式可以分为软开关和硬开关。
电力电子复习(有答案)
第一章填空题：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_主电路_、_驱动电路_、_控制电路_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_。
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单向导通。
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。
（SCR晶闸管）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_大于I H。
（I L=2~4I 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_小于_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并联_结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。
（GTO门极可关断晶闸管）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_饱和区_。
15.电力MOSFET的通态电阻具有正温度系数。
（MOSFET场效应晶体管、GTR电力晶体管、IGBT绝缘栅双极型16.IGBT 的开启电压U GE（th）随温度升高而_略有下降_，开关速度_低于_电力MOSFET 。
晶体管）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。
功率场效应晶体管16绝缘栅双极型晶体管课件
功率MOSFET具有电流负温度效应，没有二次击穿问题，具有非常宽的安全工作区，特别是在高电压范围内，但是功率MOSFET的通态电阻比较大，所以在低压部分不仅受最大电流的限制，还要受到自身功耗的限制。
图 正向偏置安全工作区
1.5.4 P-MOSFET的安全工作区
1.5.5 P-MOSFET的门极驱动电路
功率场效应晶体管16绝缘栅双极型晶体管课件
⑤ 驱动电路应实现主电路与控制电路之间的隔离，避免功率电路对控制信号造成干扰。 ⑥ 驱动电路应能提供适当的保护功能，使得功率管可靠工作，如低压锁存保护、过电流保护、过热保护及驱动电压箝位保护等。 ⑦ 驱动电源必须并联旁路电容，它不仅滤除噪声，也用于给负载提供瞬时电流，加快功率MOSFET的开关速度。
P-MOSFET的结构
功率场效应晶体管16绝缘栅双极型晶体管课件
1.5.1 P-MOSFET的结构和工作原理
截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。 P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。
P-MOSFET的工作原理
导电：在栅源极间加正电压UGS 则栅极上的正电压将其下面的P基区中的空穴推开，而将（少子）电子吸引到栅极下的P基区的表面， 当UGS大于UT时，P型半导体反型成N型，成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电 。 UGS数值越大，P-MOSFET导电能力越强，ID也就越大。
2) 动态特性
功率场效应晶体管16绝缘栅双极型晶体管课件
P-MOSFET元件极间电容的等效电路
从中可以求得器件的： 输入电容： Cin＝CGS＋CGD。 输出电容: Cout＝CGD＋CDS。 反馈电容： Cr＝CGD。 正是Cin在开关过程中需要进行充、放电，影响了开关速度。同时也可看出，静态时虽栅极电流很小，驱动功率小，但动态时由于电容充放电电流有一定强度，故动态驱动仍需一定的栅极功率。开关频率越高，栅极驱动功率也越大。
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0 10 20 30 40 50 UDS/V
截止区
UGS=UT=3V
截止区（UGS低于开启电压）
图1-20 P-MOSFET的输出特性
工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。
漏源极之间有寄生二极管，漏源极间加反向电压时器件导通。
通态电阻，具有正温度系数的直流电阻，对器件并联时的均流有利。
1.5.2 P-MOSFET的基本特性
关断过程
+UE
up
RL
O
iD
uuGGSSP
uT
Rs up
O
RG uGS RF iD信号
iD
O td(on)
tr
t
t
td(off) tf
t
关断延迟时间td(off)
a）
b)
Up高电平，Cin放电，UGS ，iD不变
下降时间tf
td(off )时iD 图，预 1-夹 21断， P-MOSFET的开关过程
P-MOSFET的种类
按导电沟道可分为P沟道和N沟道。 耗尽型——当栅极电压为零时漏源极之间 就存在导电沟道。
增强型——对于N（P）沟道器件，栅极电 压大于（小于）零时才存在导电沟道。
功率MOSFET主要是N沟道增强型。
功率MOSFET的芯片内部结构
芯片照片
源极 栅极
Ｎ
Ｎ
Ｐ
Ｎ－
Ｎ＋
漏极
断面
1.5.1 P-MOSFET的结构和工作原理
驱动电路简单，需要的驱动功率小。(绝缘栅、电压控制器件) 开关速度快，工作频率高。(只有多数载流子，无少数载流子积蓄 效应) 安全区宽，热稳定性优于GTR。（没有类似GTR的二次击穿） 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 。
1.5.1 P-MOSFET的结构和工作原理
第一章 电力半导体器件
1.0 电力电子器件 概述 1.1 功率二极管 1.2 晶闸管 1.3 可关断晶闸管(GTO) 1.4 电力晶体管(GTR) 1.5 功率场效应晶体管(P-MOSFET) 1.6 绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 1.7 电力电子器件散热、串并联及缓冲保护
1.5 功率场效应晶体管—全控型
1）静态特性
(2) 输出特性
漏极电流ID和漏源间电压UDS的关系称 为MOSFET的输出特性，即漏极伏安特 性。
分为四个区：非饱和区（可变电阻区）、 饱和区（恒流区）、击穿区（雪崩区）、
ID/A
50 非
饱 40 和
UGS=8V
区
30
饱和区 UGS=7V
击 穿
区
20
UGS=6V
10
UGS=5V
UGS=4V
1.5.1 P-MOSFET的结构和工作原理
P-MOSFET的工作原理
截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。
P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。
导电：在栅源极间加正电压UGS
则栅极上的正电压将其下面的P基区 中的空穴推开，而将（少子）电子 吸引到栅极下的P基区的表面，
D
S P 沟道
是单极型、全控型晶体管。 导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别。 采用多元集成结构，不同的生产厂家采用了不同设计。
1.5.1 P-MOSFET的结构和工作原理
P-MOSFET的结构
小功率MOS管是横向导电器件。 功 率 MOSFET 大 都 采 用 垂 直 导 电 结 构 ， 又 称 为 VMOSFET（Vertical MOSFET）。 按垂直导电结构的差异，分为利用V型槽实现垂直导电 的 VVMOSFET 和 具 有 垂 直 导 电 双 扩 散 MOS 结 构 的 VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET）。 这里主要以VDMOS器件为例进行讨论。
Characteristic）
40
漏极电流ID和栅源间电压UGS的 关系称为MOSFET的转移特性。
ID较大（小）时，ID与UGS的关 系近似（非）线性，曲线的斜 率（微变量之比）定义为跨导
ID/A
30
20 △ID
10
△UGS
0
2
UT
46 UGS/V
8
Gfs。
图1-20 功率MOSFET的转移特性
1.5.2 P-MOSFET的基本特性
1.5.1 P-MOSFET的结构与工作原理 1.5.2 P-MOSFET的基本特性 1.5.3 P-MOSFET的主要参数 1.5.4 P-MOSFET的安全工作区 1.5.5 P-MOSFET的门极驱动电路
1.5 功率场效应晶体管—全控型
功率场效应晶体管( Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
2) 动态特性
开通过程
U p ， C in 充 电 ， U G S U T 时 ， 导 电 沟 道 ， iD iD 预 夹 断 ， C in 仍 充 电 ， U G S 稳 定 ， iD 不 变
开通延迟时间td(on) 上升时间tr 开通时间ton——开通延迟 时间与上升时间之和
ton＝ td(on) ＋ tr
关断时间toff——关断延迟 时间和下降时间之和
toff＝ td(off) ＋ tf
UCiGnS仍放 U电 T时， a， u)Up开导 —GS关电 脉继特沟 冲续性道 信， R测号消 夹 G—试源失 断栅电，， 区极路Ri上 D电s＝ —升 b阻0)信， 开，号i关D源过内程阻波，形 RL—负载电阻，RF—检测漏极电流
分为结型和绝缘栅型
通 常 主 要 指 绝 缘 栅 型 中 的 MOS 型 （ Metal Oxide Semiconductor FET）
简称功率MOSFET（Power MOSFET）
结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管 （Static Induction Transistor——SIT） 特点——用栅极电压来控制漏极电流
P-MOSFET的结构
源极
S
栅极
G
SSiO2
绝G缘层
S
GD
D
N+
P N+
N+ 沟道
P NN++PN+
N+PN P+ N+
N-沟道
N-
G
N+ 沟道
GP
N-
G
N+
N+
N+ SSFra bibliotek漏极D
D
外延漂移层
a)
衬底
a)
N沟道
D
图1-19
P沟道 b)
D
G S N 沟道
b)
图1-19 功率MOSFET的结构和电气图形符号
当UGS大于UT时，P型半导体反型成 N型，成为反型层，该反型层形成N 沟道而使PN结J1消失，漏极和源极 导电 。
UGS数值越大，P-MOSFET导电能力 越强，ID也就越大。
S G
N+ P N+
N+ P N+
沟道
N-
N+
D a)
1.5.2 P-MOSFET的基本特性
1）静态特性
(1) 转移特性（Transfer 50