电力电子技术习题及答案

8、试说明 IGBT、GTR、GTO 和电力 MOSFET 各自的优缺点。
解：对 IGBT、GTR、GTO 和电力 MOSFET 的优缺点的比较如下表：
器件
优点
缺点
开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流 开 关 速 度 低 于 电 力
IGBT 冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高， MOSFET，电压，电流容
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。
开通时，CS 经 RS 放电，RS 起到限制放电电流的作用；关断时，负载电流经 VDS 从 CS 分 流，使 du/dt 减小，抑制过电压。Ds 选用快恢复二极管。
为电压驱动，驱动功率小
量不及 GTO
开关速度低，为电流驱动，
耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强 ， 所需驱动功率大，驱动电
GRT 饱和压降低
路复杂，存在二次击穿问
题
电流关断增益很小，关断
GTO
时门及负脉冲电流大，开 电压电流容量大，适用于大功率场合，具有
关速度低，驱动功率大， 电导调制效应，其通流能力很强
零的某一数值以下，即降到维护电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
3、单向正弦交流电源，其电压有效值为 220V，晶闸管和电阻串联相接，试计算晶闸管实际 承受的正、反向电压最大值是多少？考虑晶闸管的安全裕量，其额定电压如何选取？ 答：晶闸 管所承受的正、 反向电压最大值 为输入正弦交流 电源电压的峰值 ：
三、选择题
1、下列元器件中，（ bh ）属于不控型，（ defijklm ）属于全控型,（ ac g ）属于半
控型
A、普通晶闸管
B、整流二极管
C、逆导晶闸管
D、大功率晶体管
E、绝缘栅场效应晶体管 F、达林顿复合管
G、双向晶闸管
H、肖特基二极管
I、可关断晶闸管
J、绝缘栅极双极型晶体管
K、MOS 控制晶闸管
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 V2 控制灵敏，易于 GTO 关断； 2） GTO 导通时的α1+α2 更接近于 1，普通晶闸管α1+α2≥1.15，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 元阴极面积小，门极和阴极间的距离在为缩短，使得 P2 级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。
6、全控型开关器件：GTR、IGBT，MOSFET，达林顿管中属于电流型驱动的开关管的是哪 几种？属于电压型驱动的是哪几种？ 答：属于电流型驱动：GTR、达林极管。 属于电压型驱动：IGBT，MOSFET。
7、全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析 RCD 缓冲电路中各元件的作用。 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。 RCD 缓冲电路中，各元件的作用是：开通时，CS 经 RS 放电，RS 起到限制放电电流的作用 ； 关断时，负载电流经 VDS 从 CS 分流，使 du/dt 减小，抑制过电压。
第一章 电力电子器件
一、填空题：
1、若晶闸管电流有效值是 157A，则其额定电流为 100A
。若该晶闸管阳、阴间
电压为 60sinwtV，则其额定电压应为 60V
。（不考虑晶闸管的电流、电压安全裕
量 。）
2、功率开关管的损耗包括两方面，一方面是 导通损耗
；另一方是 开关损
耗
。
3、在电力电子电路中，常设置缓冲电路，其作用是抑制电力电子器件的内因过电压、 du/dt
b）
Id2

1
4
Im
sin
td
(t)

1m
(
2 2
1) 0.5434Im
I1
1 2

Im
sin t2
d (t)

4
2Im 2
31
4 2
0.6741Im
c）
Id3

1 2

2 0
I m d (t )

1 4
Im
I3
1 2
2 220 311.13V ；取晶闸管的安全裕量为 2，则晶闸管额定电压不低于 2×311.13≈
622V 。
4、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 具有其基极电流增益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。
L、静电感应晶闸管
M、静电感应晶体管
2、下列器件中，（ c ）最适合用在小功率，高开关频率的变换器中。
A、GTR
B、IGBT
C、MOSFET
D、GTO
3、开关管的驱动电路采用的隔离技术有（ ad ）
A、磁隔离 B、电容隔离 C、电感隔离 D、光耦隔离
四、计算题
1、图中阴影部分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
或者过电流和 di/dt，减小器件的开关损耗 。
4、缓冲电路可分为 关断缓冲电路
和 开通缓冲电路
。
5、电力开关管由于承受过电流，过电压的能力太差。所以其控制电路必须设有 过流
和 过压 保护电路。
二、判断题 1、“电力电子技术”的特点之一是以小信息输入驱动控制大功率输出。（ √ ） 2、某晶闸管，若其断态重复峰值电压为 500V，反向重复峰值电压为 700V，则该晶闸管的 额定电压是 700V。（ × ） 3、晶闸管导通后，流过晶闸管的电流大小由管子本身电特性决定。（ × ） 4、尖脉冲、矩形脉冲、强触发脉冲等都可以作为晶闸管的门极控制信号。（ √ ） 5、在晶闸管的电流上升至其维护电流后，去掉门极触发信号，晶闸管级能维护导通。（ × ） 6、在 GTR 的驱动电路设计中，为了使 GTR 快速导通，应尽可能使其基极极驱动电流大些。 （× ） 7、达林顿复合管和电力晶体管属电流驱动型开关管；而电力场效应晶体管和绝缘栅极双极 型晶体管则属电压驱动型开关管。（ √ ） 8、IGBT 相比 MOSFET，其通态电阻较大，因而导通损耗也较大。（ × ） 9、整流二级管、晶闸管、双向晶闸管及可关断晶闸管均属半控型器件。（ × ） 10、导致开关管损坏的原因可能有过流、过压、过热或驱动电路故障等。（ √ ）
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。
2、维持晶闸管导通和条件是什么？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
1 Im1 0.4767 329.35,
Id1 0.2717Im1 89.48
b）
1
Im2

0.6741
232.90,
Id2 0.5434Im2 126.56
c）
Im3 2I 314,
五、问答题晶闸管导通的条件是什么？
5、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，IGBT 是电压驱动型器件，IGBT 的驱动多采用专用混合集成驱动器。
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，减少开通损耗，并断时，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。
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 般中适用于功率不超过 10kw 的电力电子装置
9、试分析下图缓冲电路其工作过程和在电路中所起的作用。电路对二极管的选取有何特殊
要求？。
2
0
Im2d (t)

1 2
Im
2、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？
解：额定电流 IT（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）
波形的电流平均值 Id1、Id2、Id3 与电流有效值 I1、I2、I3。
解：a）
Id1

1 2

I
m
sin
td
(t
)

4
1m ( 2
2 2
1) 0.2717Im
I1
1 2

I m
sin t 2d (t)

Im 2
31
4 2
0.4767Im
4