《电力电子技术(第2版)》 王立夫、金海明版 第二章 习题答案
电力电子技术第二版课后答案
【复习思考】1.1电力电子技术的任务是什么？答：电力电子技术的根本任务是实现电能的变换、控制和调节。
1.2根据电能变换种类的不同，电力电子变换电路分为哪几种类型？各自的作用是什么？答：根据电能变换种类的不同，电力电子变换电路分为直流-直流变换、直流-交流变换、交流-直流变换、交流-交流变换四种类型。
直流-直流变换的作用是将一种直流电变换为另一固定或可调电压的直流电的电路；直流-交流变换的作用是使直流变成可调的交流电，而且可输出连续可调的工作频率；交流-直流变换的作用是将交流电变换为固定或可调的直流电的电路；交流-交流变换的作用是将交流电的参数（幅值、频率等）加以转换。
1.3信息电子技术和电力电子技术的相同和不同点分别是什么？控制理论在电力电子技术中有什么作用？答：电力电子技术和信息电子技术的相同点：①从器件的制造技术上讲两者同根同源，都是采用半导体材料制成，而且两者大多数的制造工艺也是一致的。
①两者电路的分析方法也基本一致。
电力电子技术和信息电子技术的不同点：①电力电子技术变换的是“电力”，所处理的电能功率一般是“大功率”，但也可以处理“小功率”；信息电子技术变换的是“信息”，一般处理的是“小功率”。
①在信息电子技术中的电子器件既可处于放大状态，也可处于开关状态；而在电力电子技术中为了避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态。
电力电子技术实质上是将现代电子技术和控制技术引入到传统电力技术领域实现电力变换和控制，可以看作弱电控制强电的技术，是弱电和强电之间的接口。
而控制理论则是实现这种接口的强有力的纽带。
1.4电力电子器件的发展分为哪几个阶段？答：电力电子技术的发展可以根据电力电子器件的发展分为4个阶段：第一个阶段：电子管、汞弧整流器等非半导体器件为主的史前期；第二个阶段：晶闸管时代；第三个阶段：全控型器件时代；第四个阶段：复合/新型器件时代。
【复习思考】2.1电力二极管属于哪种类型的控制器件？在电力电子电路中有哪些用途？答：电力二极管属于不可控型、双极性器件；用途：可作为整流、续流、保护元件用。
电力电子技术课后答案
20:28
分析下图电流可逆斩波电路，并结合波形，绘制出各个阶段电流流通的标明 电流方向。 电流可逆斩波电路 V1导通，电源向负载供电 中，V1和 VD1构成 降压斩波电路，由 电源向直流电动机 供电，电动机为电 动运行，工作于第 1 象限；V2和 VD2 V2导通，L 蓄能 构成升压斩波电路， 把直流电动机的动 能转变为电能反馈 到电源，使电动机 作再生制动运行， 工作于第 2 象限。 V1关断，VD1续流
①触发电路工作不可靠 →采用精确可靠的触发电路
②晶闸管发生→保证交流电源的质量 ④换相的裕量角不足→留出充足的换向裕量角β等
20:28
如图所示的降压斩波电路中，已知 E=200V，R=10Ω，L 值极大，EM=50V， T=40μs,ton=20μs,计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io。
20:28
单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，反电动势 E=100V，当α＝45°时， 要求： ①作出 ud、id、和 i2的波形； ②求整流输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次电流有效值 I2； ③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
20:28
在三相半波整流电路中，如果 a 相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载 和电感性负载下整流电压 ud 的波形。 假设在自然换相角处触发导通，即α＝0°
VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6-VT1
20:28
三相半波可控整流电路，反电动势阻感负载，U2=100V，R=1Ω，L 值极大，
LB=1mH,求当a=30°,E=50V时Ud、Id、γ的值并作出Ud与iVT1和iVT2的波形。
20:28
三相桥式全控整流电路，反电动势阻感负载，U2=220V，R=1Ω，L 值极大， LB=1mH,当EM=-400V，β=60°时Ud、Id、γ的值，此时送回电网的有功功率 是多少？
电力电子技术课后习题答案
电力电子技术课后习题答案The document was finally revised on 2021第一章 电力电子器件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。
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。
解：a) I d1=Im 2717.0)122(2Im )(sin Im 214≈+=⎰πωπππtI 1=Im 4767.021432Im )()sin (Im 2142≈+=⎰πϖπππwt d tb) I d2=Im 5434.0)122(2Im )(sin Im 14=+=⎰wt d t ππϖπI 2=Im6741.021432Im 2)()sin (Im 142≈+=⎰πϖπππwt d tc) I d3=⎰=2Im 41)(Im 21πωπt dI 3=Im 21)(Im 21202=⎰t d ωππ.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 m135.3294767.0≈≈I A, ≈≈ I m2,90.2326741.0A I≈≈ I d2A I m 56.1265434.02≈≈c) I m3=2I=314 I d3=5.78413=m I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V1、V2，分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶阐管的分析可得，121=+αα是器件临界导通的条件。
(完整版)《电力电子技术(第二版)》课后习题及解答
《电力电子技术》习题及解答第1章思考题与习题1.1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：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。
导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压U A决定。
1.2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：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流I A减小，I A下降到维持电流I H以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。
进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压U A决定。
1.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流I H会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。
1.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：(1) I g=0，阳极电压升高至相当高的数值；(1) 阳极电压上升率du/dt 过高；(3) 结温过高。
1.5请简述晶闸管的关断时间定义。
答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。
即gr rr q t t t +=。
1.6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。
1.7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，在光的照射下，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。
1.8型号为KP100-3，维持电流I H =4mA 的晶闸管，使用在图题1.8所示电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题1.8答：（a ）因为H A I mA K V I <=Ω=250100，所以不合理。
电力电子第二章课后习题
第2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）。
或者U AK 〉0且U GK 〉03。
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，即I A ＞I H 。
关断条件:①去掉阳极所加的正向电压，或给阳极施加反向电压;②设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下，即I A ＜I H 。
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解： a ） I d1=Im 2717.0)122(2Im )()(sin Im 214≈+=⎰∏∏πωπt d t ω I 1=Im 4767.021432Im )()sin (Im 2142≈+=⎰∏∏ππwt d t ω b ） I d2=Im 5434.0)122(Im )(sin Im 14=+=⎰∏∏πωπwt d t I 2=Im 6741.021432Im2)()sin (Im 142≈+=⎰∏∏ππwt d t ω c) I d3=⎰∏=20Im 41)(Im 21t d ωπ I 3=Im 21)(Im 21202=⎰∏t d ωπ 5. 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 m135.3294767.0≈≈I A ， I d1≈0.2717Im1≈89.48A b ） I m2,90.2326741.0A I ≈≈ I d2A 56.1262Im 5434.0≈≈ c) I m3=2I=314 I d3=5.783Im 41= 6。
电力电子学课后答案第二章
电力电子学课后答案第二章2.1说明半导体PN结单向导电的基本原理和静态伏-安特性。
答案E 答：PN结一一半导体二极管在正向电压接法下（简称正偏），外加电压所产生的外电场与内电E E场.方向相反，因此PN结的内电场被削弱。
内电场 .所引起的多数载流子的漂移运动被削弱，多数载流子的扩散运动的阻力减小了，扩散运动超过了反方向的漂移运动。
大量的多数载流子能不断地扩散越过交界面，P区带正电的空穴向N区扩散，N区带负电的电子向P区扩散。
这些载流子在正向电压作用下形成二极管正向电流。
二极管导电时，其PN结等效正向电阻很小，管子两端正向电压降仅约1V左右（大电流硅半导体电力二极管超过IV，小电流硅二极管仅0.7V，锗二极管约0.3V）。
这时的二极管在电路中相当于一个处于导通状态（通态）的开关。
PN结一一半导体二极管E E在反向电压接法下（简称反偏）外加电压所产生的外电场‘-七与原内电场匚；方向相同。
因此外电场使原内电场更增强。
多数载流子（P区的空穴和N区的电子）的扩散运动更难于进行。
这时只有受光、热激发而产生的少数载流子（P区的少数载流子电子和N区的少数载流子空穴）在电场力的作用下产生漂移运动。
因此反偏时二极管电流极小。
在一定的温度下，二极管反向电流 '在一定的反向电压范围内不随反向电压的升高而增大，为反向饱和电流I。
因此半导体PN结呈现出单向导电性。
其静态伏一安特性曲线如左图曲线①所示。
但实际二极管静态伏一安特性为左图的曲线②。
二V极管正向导电时必须外加电压超过一定的门坎电压:;（又称死区电压），当外加电压小于死区电压时，外电场还不足以削弱PN结内电场，因此正向电流几乎为零。
硅二极管的门坎电压约为0.5V，V锗二极管约为0.2V，当外加电压大于P后内电场被大大削弱，电流才会迅速上升。
二极管外加反V V I 向电压时仅在当外加反向电压三不超过某一临界击穿电压值二一:时才会使反向电流一：保持为L L V ¥反向饱和电流。
电力电子技术(第二版)第2章答案
电力电子技术 ( 第二版 ) 第 2 章答案第 2 章可控整流器与有源逆变器习题解答2-1 拥有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Ω,电感为 0.2H，电源电压U2为 220V，直流均匀电流为10A，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。
解：由直流输出电压均匀值U d的关系式：1 cosU d0.45U 22已知直流均匀电流I d为10A，故得：U d I d R 10 5 50A能够求得控制角α为：2U d1250cos0.451 00.45U2220则α =90°。
因此，晶闸管的电流有效值求得，I VT1I d2d t I d 2I d1I d 5A2222续流二极管的电流有效值为： I VD R I d 8.66 A2晶闸管蒙受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值U M2U2，考虑 2~3 倍安全裕量，晶闸管的额定电压为U TN 2~ 3U M 2~ 3 311 622~ 933V续流二极管蒙受的最大反向电压为电源电压的峰值U M2U2，考虑 2~3 倍安全裕量，续流二极管的额定电压为U TN2~ 3U M2~ 3 311 622~ 933V2-2 拥有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44 所示，问该变压器能否存在直流磁化问题。
试说明晶闸管蒙受的最大反向电压是多少？当负载是电阻或许电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时能否相同。
解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的均匀电流为零，故不会有直流磁化的问题。
剖析晶闸管蒙受最大反向电压及输出电压和电流波形的状况：（1）以晶闸管VT2为例。
当VT1导通时，晶闸管VT2经过VT1与2个变压器二次绕组并联，因此 VT2蒙受的最大电压为 2 2U 2。
（2）当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角相同时，关于电阻负载：（0 ~ ）时期无晶闸管导通，输出电压为0；（~）时期，单相全波电路中 VT1 导通，单相全控桥电路中VT1、VT4导通，输出电压均与电源电压u2相等；(~)时期，均无晶闸管导通，输出电压为0；(~ 2)时期，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出电压等于u2。
《电力电子技术(第2版)》 王立夫、金海明版 第三章 部分习题答案
3.1 具有续流二极管的单相半波相控整流电路，U 2=220V ，R=7.5Ω，L 值极大，当控制角当α=︒30和60︒时，要求： ①作出d u ，d i ，2i 的波形②计算整流输出平均电压U d 、输出电流I d 、变压器二次侧电流有效值I 2； ③计算晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值； ④考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。
解： 当α=︒30时 ① d u ，d i ，2i 的波形②输出平均电压U d 、输出电流I d 、变压器二次侧电流有效值I 2分别为d 21cos 0.450.4522092.3672U U α+==⨯=（V ） d 92.36712.31567.5d U I R ===（A ）212.31567.95dI I ===（A ） ③晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值 晶闸管的电流平均值 d V T 55.1315212d d I I I παπ-===（A ） 晶闸管的电流有效值 V T 27.95I I ==（A ） 续流二极管的电流平均值 Rd V D 7212d d I I I παπ+===7.1841（A ）续流二极管的电流有效值 R VD 12.31569.4062I I ===（A ）④考虑安全裕量晶闸管的额定电压为正常工作峰值电压的(2~3)倍2(2~3)(2~622.16~933.24R M U U ===（V ） 晶闸管的额定电流为T(AV)7.95(1.5~2)(1.5~2)(1.5~2)7.5955~10.1271.571.57 1.57f d VT k I I I ====（A ） 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。
当α=60︒时① d u ，d i ，2i 的波形 略②输出平均电压U d 、输出电流I d 、变压器二次侧电流有效值I 2分别为d 21cos 11/20.450.4522074.2522U U α++==⨯⨯=（V ） d 74.259.97.5d U I R ===（A ）29.9 5.7159dI I ===（A ） ③晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值 晶闸管的电流平均值 d V T 13.323d d I I I παπ-===（A ） 晶闸管的电流有效值 V T 2 5.7159I I ==（A ） 续流二极管的电流平均值 Rd V D 26.623d d I I I παπ+===（A ）续流二极管的电流有效值 R VD 9.98.0833dI I ===（A ） ④考虑安全裕量晶闸管的额定电压为正常工作峰值电压的(2~3)倍2(2~3)(2~622.16~933.24R M U U ===（V ） 晶闸管的额定电流为T(AV) 5.7159(1.5~2)(1.5~2)(1.5~2) 5.46~7.28141.571.57 1.57f d VT k I I I ====（A ） 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。
电力电子课后答案(整理版)汇编
电力电子技术课后习题答案 第2章 电力电子器件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。
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。
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。
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 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t Im=2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =2m I π2123+≈0.898 I m c) I d3=π21⎰2)(πωt d I m =0.25I mI 3 =⎰202)(21πωπt d I m =0.5I m4. 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 b) I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314, I d3=41I m3=78.55. 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P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成两个晶体管V 1、V 2,分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶闸管的分析可得，1α+2α=1是器件临界导通的条件。
电力电子技术(第二版)第2章答案
电力电子技术(第二版)第2章答案第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答2-1 具有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Ω,电感为0.2H ，电源电压2U 为220V ，直流平均电流为10A ，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。
解：由直流输出电压平均值d U 的关系式：2cos 145.02α+=U U d 已知直流平均电流d I 为10A ，故得：A R I U d d 50510=⨯==可以求得控制角α为：0122045.0502145.02cos 2≈-⨯⨯=-=U U d α 则α=90°。
所以，晶闸管的电流有效值求得， ()A I I I t d I I d d d d VT 521222212==-=-==⎰ππππαπωππα 续流二极管的电流有效值为：A I I d VD R 66.82=+=παπ 晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，晶闸管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，续流二极管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==2-2 具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示，问该变压器是否存在直流磁化问题。
试说明晶闸管承受的最大反向电压是多少？当负载是电阻或者电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。
解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。
分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况：（1） 以晶闸管 2VT 为例。
当1VT 导通时，晶闸管2VT 通过1VT 与2个变压器二次绕组并联，所以2VT 承受的最大电压为222U 。
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4
sin
t)2 d(t)
Im 2
3 1 4 2
0.4767Im
Kf1
I1 Id1
0.4767Im 0.2717Im
1.7545
b)
Id 2
1
4
Im
sin
td (t )
Im
(
2 2
1)
0.5434 I m
I2
1
(Im
sin
t)2 d(t)
4
2Im 2
3 1 4 2
0.6741Im
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
IGBT
开关速度高,开关损耗小,具有 开关速度低于电力 MOSFET,
耐脉冲电流冲击的能力,通态 电压,电流容量不及 GTO
压降较低,输入阻抗高,为电压
驱动,驱动功率小
GTR
耐压高，电流大，开关特性好， 开关速度低,为电流驱动,所需
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1 和2 ，由普通晶闸管的 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 +2 ＜1，不能维持饱和导通而关断。
13.电力电子器件过电压保护和过电流保护各有哪些主要方法？ 答：1.过电压保护措施一般采用器件限压和 RC 阻容吸收等方法。
2.过电压保护措施一般采用快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器，一般电力电 子装置均同时采用几种过电流保护措施，以提高保护的可靠性和合理性。
14.电力电子器件缓冲电路是怎样分类的？全控型器件的缓冲电路主要作用是什么？ 答：电力电子器件按照作用的过程和结果可以分为关断缓冲电路、开通缓冲电路和复合缓冲 电路；按储能元件的能量的去向不同可以分为耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路。缓冲电路 的主要作用可归纳如下：
通流能力强，饱和压降低
驱动功率大,驱动电路复杂,存
在二次击穿问题
GTO
电压、电流容量大,适用于大 电流关断增益很小,关断时门
功率场合,具有电导调制效应, 极负脉冲电流大,开关速度低,
其通流能力很强
驱动功率大,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 电流容量小,耐压低,一般只适
11 电力电子器件有几种分类方法？每种中有哪几类？
1．按照电力电子器件开、关可控性的不同分类 ⑴不可控器件：电力二极管 ⑵半控器件：普通晶闸管 SCR ⑶全控型器件：门极可关断晶闸管 GTO；电力晶体管 GTR；电力场效应晶体管 Power MOSFET；绝缘栅双极型晶体管 IGBT 2．按照控制极所需驱动信号性质的不同分类 ⑴电流控制型器件： SCR、GTR、GTO 等器件属于电流控制型器件。 ⑵电压控制型器件： 电力场效应晶体管(Power MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，静 电感应晶体管(SIT)、静电感应晶闸管(SITH)、MOS 控制晶闸管(MCT)，集成门极换流晶闸 管(IGCT)。 3．按照器件内部载流子导电情况不同分类 ⑴单极型器件:只有一种载流子参与导电的电力电子器件称为单极型器件。
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。
7.试分析 IGBT 与 MOSFET 在内部结构和开关特性上的相似与不同之处。 答：从内部结构上来说，相似之处在于二者都是三端器件。不同之处在于，MOSFET 的
1.57 100 1.5 1.2405
84.3746 (A)
Im
Id2 0.5434
155.2716
(A)
(c)
Id2
1.57IT ( AV ) 1.5K f 3
1.57 100 1.5 2
52.3333 (A)
Im
Id3 0.25
209.3333
(A)
5. GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，为什么 GTO 能够自关断，
第二章 习题答案 1 电力二极管属于哪种类型的器件？它在电力电子电路中有哪些用途？ 答：电力二极管属于不可控器件。在 AC/DC 变换电路中作为整流元件；在电感元件电路中 作为续流元件；在各种变流电路中作为隔离、篏位或保护元件。
2 晶闸管导通的条件是什么？维持晶闸管导通的条件是什么？怎么才能使晶闸管有导通变 为关断？ 答：晶闸管导通的条件是：只有在阳极承受正向电压，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维持通态所需要的最小阳极电流即 擎住电流 L 以上。晶闸管一旦导通后，门极将失去控制作用，只要阳极电流大于维持电流就 可以维持晶闸管导通；要使已导通的晶闸管关断，必须使阳极电流降低到某一个数值以下。 这可通过增加负载电阻降低阳极电流接近于零。另外，也可以通过施加反向阳极电压来实现。
3 图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 ， Id 2 ， Id 3 与电流有效值 I1 ， I2 ， I3 。
解：a)
I d1
1 2
I m sin td(t)
4
Im 2
(
2 2
1) 0.2717I m
I1
1 2
(Im
(1)外因过电压主要来自雷击和系统中操作过程等外部原因，包括(a)操作过电压 由分闸 合闸等开关操作引起的过电压，电网侧的操作过电压会由供电变压器电磁感应耦合，或由变 压器绕组之间存在的分布电容静电感应耦合过来（b）雷击过电压。由雷击引起的过电压。
(2)内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括（a）换相过电压 （b） 关断过电压 全控型器件在较高频率下工作，当器件关断时，因正向电流的迅速降低而由线 路电感在器件两端感应出的过电压。
定性好,所需驱动功率小且驱 用于功率不超过 10kW 的电
动电路简单,工作频率高,不存 力电子装置
在二次击穿问题
9.试列举典型的宽禁带半导体材料，基于这些宽禁带半导体材料的电力电子器件在哪些方面 性能优于硅器件？ 答：（1）典型的是碳化硅、氮化镓、金刚石等材料。
（2）具有比硅器件高得多的耐受高电压的能力、低得多的通态电阻、更好的导热性能和
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。
6．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 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。
Power MOSFET、SIT 等，单极型器件都是电压驱动型全控型器件。 ⑵双极型器件：电子和空穴两种载流子都参与导电的电力电子器件称为双极型器件。
电力二极管、SCR、GTO、GTR、SITH 等器件均属于双极型器件。 ⑶复合型器件：输入部分是单极型，而输出部分是双极型器件。
IGBT 是由 MOSFET 和 GTR 复合而成。MCT 是由 MOSFET 和 SCR 复合而成。 12.电力电子器件产生过电压的原因有哪些？ 答：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两类。
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 导通时的1 +2 更接近于 1，普通晶闸管1 +2 1.15，而 GTO 则为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；
Kf2
I2 Id2
0.6741Im 0.5434Im
1.2405
c)
I d 3
1 2
2 0
Imd (t)
1 4
Im
I3
1 2
2 0
Im2d (t)
1 2
Im
Kf2
I3 Id3
2
4 上题中晶阐管的通态平均电流为 100A，如果考虑安全裕量为 1.5，问其允许通过的平均
电流各为多少?这时相应的电流最大值各为多少?
答： 由
1.57IT ( AV ) 1.5K f Id 得
Id
1.57IT ( AV ) 1.5K f
(a) Id1
1.57IT ( AV ) 1.5K f 1
1.57 100 1.5 1.7545
59.6561
(A))
(b)
Id2
1.57IT ( AV ) 1.5K f 2
热稳定性以及更强的耐受高温和射线辐射的能力，许多方面的性能都是成数量级的提高。
10.试分析电力电子集成技术可以带来哪些益处，功率集成电路与集成电力电子模块实现集 成的思路有何不同？
答：(1)电力电子集成技术可以使装置体积减小，可靠性提高；用户使用更为方便以及制造、 安装和维护的成本大幅度降低，而且实现了电能和信息的集成。