电力电子电源技术及应用1.2 电力晶体管GTR
2015-2016学年一学期《电力电子技术》第一二章部分习题(2)
《电力电子技术》第一二章部分练习题一、选择题（含多选题）1、电力电子器件通常工作在（）状态。
A、导通B、截止C、开关D、任意2、下列器件中，电流容量最大的是（）A. GTOB. GTRC. IGBTD.SCR3、一只额定电流为100A的晶闸管所能送出的电流有效值为（）。
A. 100AB. 157AC. 64AD. 128A4、双向晶闸管的额定电流是以（）值定义的。
A. 平均值B. 有效值C.最大值D. 最小值1、下列对晶闸管特性的叙述中，正确的是（）A.晶闸管属于电流驱动双极型器件；B.晶闸管触发导通后，门极就失去了控制作用；C.晶闸管具有单相导电性；D.晶闸管的擎住电流大于维持电流。
2、下列电力电子器件中，存在电导调制效应的是（）A. GTOB. GTRC. Power MOSFETD.IGBT3、下列电力电子器件中，电流容量最大的是（）A. GTOB. GTRC. Power MOSFETD.IGBT4、下列电力电子器件中，开关频率最高的是（）A. GTOB. GTRC. Power MOSFETD.IGBT5、下列电力电子器件中，驱动功率较小的为（）A. SCRB. GTOC. GTRD.IGBT6、晶闸管刚由断态转入通态，并且去掉门极信号，仍能维持其导通所需的最小阳极电流，称为（）A. 维持电流B. 擎住电流C. 浪涌电流D. 额定电流7、由于二次击穿现象对GTR的危害极大，因此规定了GTR的安全工作区，此安全工作区的组成曲线为（）A. 2条B. 3条C. 4条D. 5条8、如下图所示的单相桥式半控整流电路中续流二极管VD的作用有（）A. 减轻晶闸管的负担B. 防止出现失控现象C. 提高整流电压的平均值D. 起电压钳位作用。
9、如上图所示的单相桥式半控整流电路，ωL＞＞R ，触发角为α，负载电流为I d，流过晶闸管的电流有效值为（ ） A. παπ2-I d B. παπ- I d C. παπ2-I d D. παπ-I d 10、单相桥式全控整流电路，阻感性负载，ωL ＞＞R ，设变压器二次侧电压为U 2，则晶闸管承受的最高正、反向电压分别为（ ）A. 22U 2, 22U 2 B. 22U 2,2U 2 C. 2U 2, 22U 2 D. 2U 2,2U 211、单相桥式全控整流电路带电阻性负载与阻感性负载（ωL ＞＞R ）情况下，晶闸管触发角的移相范围分别为（ ）A. 900，900B. 900，1800C. 1800，900D. 1800，180012、单相桥式全控整流电路，阻感性反电动势负载（ωL ＞＞R ），负载电压U d ，反电动势为E ，则负载电流为（ ）A. R U dB.R E U -dC. R E U +dD. RE U -2 13、下列电路中，存在变压器铁芯直流磁化现象的有（ ）A. 单相半波可控整流电路B. 单相桥式全控整流电路C. 单相桥式半控整流电路D. 单相全波可控整流电路14、三相半波可控整流电路与三相桥式全控整流电路，电阻性负载，晶闸管触发角的移相范围分别为（ ）A. 900，1200B. 900，1500C. 1200，1500D. 1500，120015、三相半波可控整流电路中，电阻性负载，晶闸管承受的最高正、反向电压分别为（ ）A. 2U 2，2U 2B. 2U 2，6U 2C. 6U 2，2U 2D. 6U 2，6U 2二、填空题1、晶闸管是一种由______层半导体材料构成的三端器件。
电力电子技术试卷3份答案
《电力电子技术》试卷1答案一、填空（每空1分，36分）1、请在正确的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波，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晶闸管、它的额定电压为800V伏、额定有效电流为100A。
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控用控制角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。
二、判断题,（每题1分，10分）（对√、错×）1、在半控桥整流带大电感负载不加续流二极管电路中，电路出故障时会出现失控现象。
（√）2、在用两组反并联晶闸管的可逆系统，使直流电动机实现四象限运行时，其中一组逆变器工作在整流状态，那么另一组就工作在逆变状态。
（×）3、晶闸管串联使用时，必须注意均流问题。
（×）4、逆变角太大会造成逆变失败。
（×）5、并联谐振逆变器必须是略呈电容性电路。
（√）6、给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。
电力电子试题及答案及电力电子器件及其驱动电路实验报告
一、填空题：（本题共7小题，每空1分，共20分）
1、请在正确的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触发功率、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。
ton=1.8us，ts=1.8us，tf=1.2us
（2）电阻、电感性负载时的开关特性测试
除了将主回器部分由电阻负载改为电阻、电感性负载以外（即将“1”与“22”断开而将“2”与“22”相连)，其余接线与测试方法同上。
ton=2.1us，ts=10.0us，tf=2.5us
2．不同基极电流时的开关特性测试
2．不同基极电流时的开关特性测试。
3．有与没有基极反压时的开关过程比较。
4．并联冲电路性能测试。
5．串联冲电路性能测试。
6．二极管的反向恢复特性测试。
三．实验线路
四．实验设备和仪器
1．MCL-07电力电子实验箱中的GTR与PWM波形发生器部分
2．双踪示波器
3．万用表
4．教学实验台主控制屏
五．实验方法
GTR ：1
PWM：1
GTR：6
PWM：2
GTR：3
GTR：5
GTR：9
GTR：7
GTR：8
GTR：11
GTR：18
主回路：4
GTR：15
GTR：16
GTR：19
GTR：29
GTR：21
GTR：22
主回路：1
用示波器观察，基极驱动信号ib（“19”与“18”之间）及集电极电流ic（“21”与“18”之间）波形，记录开通时间ton，存贮时间ts、下降时间tf。
新能源电源变换技术 第1章 电力电子电源中的功率器件
内容
电力电子电源中的功率器件 ＤＣ－ＤＣ 变换器原理及应用 软开关技术 三相 ＡＣ－ＤＣ 整流电路及控制算法 逆变电源原理及应用
第一章 电力电子电源中的功率器件 功率电子器件概述 常见的功率开关器件 功率器件的驱动电路
1.1 功率电子器件概述
功率电子器件的发展方向：
电容效应：势垒电容、扩散电容
反向恢复特性：二极管在关断时刻，由于少数载流子存储效应，正向导通电流
IF不能立即消失，在短时间内存在反向（即由阴极到阳极）电流，这个时间称 作反向恢复时间。根据反向恢复时间的大小，可分为：普通二极管(trr较大， 适用于低频场合，如1kHz整流电路)；快速恢复二极管(trr < 5us，适用于高频 整流/斩波和逆变电路)；肖特基二极管(适用于50V以下低压高频型器件).
（3）高频功率器件： 如 MOSFET、快恢复二极管、肖特基二极管、SIT等
按导电载波的粒子
（1）多子器件： 如 MOSFET、肖特基二极管、SIT、JFET 等
（2）少子器件： 如 IGBT、 GTR、 GTO、快恢复二极管等
按是否可控
半控型：晶闸管
功率器件
门极可关断晶闸管(GTO)
全控型
双极性功率晶体管
1.3.2 隔离驱动电路
MOSFET及IGBT的驱动电路绝大部分采用光耦隔离。
开通过程的时间为零
关断过程的时间为零
1.1.2 开关器件的分类
按制作材料：Si功率器件、Ga功率器件、GaAs功率器件、SiC功率器件、GaN 功率器件及Diamond功率器件
按工作频率：
（1）低频功率器件： 如可控硅，普通二极管等；
（2）中频功率器件： 如 GTR、 IGBT、IGT/COMFET；
(完整版)《电力电子技术》第1章课后习题答案
1.1 晶闸管导通的条件是什么？由导通变为关断的条件是什么？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。
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。
1.2晶闸管非正常导通方式有几种？（常见晶闸管导通方式有5种，见课本14页，正常导通方式有：门级加触发电压和光触发）答：非正常导通方式有：(1) Ig=0，阳极加较大电压。
此时漏电流急剧增大形成雪崩效应，又通过正反馈放大漏电流，最终使晶闸管导通；(2) 阳极电压上率du/dt过高；产生位移电流，最终使晶闸管导通(3) 结温过高；漏电流增大引起晶闸管导通。
1.3 试说明晶闸管有那些派生器件。
答：晶闸管派生器件有：（1）快速晶闸管，（2）双向晶闸管，（3）逆导晶闸管，（4）光控晶闸管1.4 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 分别具有共基极电流增益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。
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T2 控制灵敏,易于GTO 关断;2)GTO 导通时α1 + α2 的更接近于l,普通晶闸管α1 + α2 ≥1.5 ,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。
电力电子技术
电力电子技术复习题填空题1.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波，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晶闸管、它的额定电压为 800V伏、额定有效电流为100A。
°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.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）9.普通晶闸管内部有两个 PN结，外部有三个电极，分别是阳极A 、阴极K 和门极G 。
10.晶闸管在其阳极与阴极之间加上正向电压的同时，门极上加上触发电压，晶闸管就导通。
11.晶闸管的工作状态有正向阻断状态，正向导通状态和反向阻断状态。
12.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减小。
13.晶体管触发电路的同步电压一般有正弦波同步电压和锯齿波电压。
14.按负载的性质不同，晶闸管可控整流电路的负载分为电阻性负载，电感性负载和反电动势负载三大类。
15.双向晶闸管的触发方式有Ⅰ+、Ⅰ-、Ⅲ＋、Ⅲ-四种16.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控用控制角α大于β的工作方式。
17.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差120°。
电力电子技术 GTO与GTR
阴极 K
G 门极
J3 N +
J2 P
Q2
K
K
G
G
G
N-
短路 J1 P +
Q1
N+
N+
P
A
K的条状结构
G
A 阳极
K
1-7
GTO关断特点
d•v•快的供关各/G边缩极生当d会极再断结Tt缘 ， 电 机 于限局 间 生O后 完首 形 流 制 基关制部 电 基加必 全先 成 不 中 极断：功 容 极吸须 恢反 挤 能 断 开：挤耗 充 电收保 复偏 流 收 ， 路门流过 电 流缓持 。，效缩器的极末大电，冲一阴应、件晶加期，流使电段极，门各体负阳热会关路时电称极Ｐ管脉极损向断限间流为分Ｎ关冲电坏双失制后逐二流结断后压，晶败。才渐维使先称，上且体，可向关双后为靠升过管必再阴断晶恢一近过大提须次极过体复维门开条 程 管 关阻极通中 。 电 断断的，心 到 流 过，阴使收 阴 再 程相极
N K+-
再生机制中 断，基极开
路关断
VD
2000
1000
0 5
Ik 晶闸管导通区
10 Ig
A GTR关断 P
缓冲吸收
G-
N P
电路抑
N
制电压 K+-
晶体管关断区
15
20
上升率 t
25 s
门极分流 －1000 GTO的关断过程
1-9
门极可关断晶闸管
结论： ➢ GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时
diG dt 0.8IGM
0.5IGM
IGM
tGM
0.1IGM
IG
G T O 典型开通脉冲
1.2门极可关断晶闸管GTO 4.2 大功率晶体管GTR
直流负载线
9
2. GTO的特定参数
1． 最大可关断阳极电流IATO
IATO也是GTO的额定电流。 GTO的阳极电流 IA过大时，管子饱和加深，
导致门极关断失败，因此，GTO必须规定一个最
大可关断阳极电流IATO，也就是管子的铭牌电流。
IATO与管子电压上升率、工作频率、反向门极电
流峰值和缓冲电路参数有关，在使用中应予以 注意。
能控制较大的电流和较高的电压；
电力三极管由于结构所限其耐压难于超过1500V，现今商品 化的电力三极管的额定电压、电流大都不超过1200V、 800A; 逐步被其他全控型电力电子器件（特别是IGBT和 MOSFET），趋于淘汰
22
1.
GTR的极限参数
(1)．集电极最大电流ICM(最大电流额定值)
（MOSFET） 、绝缘栅双极晶体管（IGBT）
2
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
——通过控制信号可以控制其导通而不能控制
其关断，晶闸管是典型的半控型电力电子器件。 全控型器件 ——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，GTO、GTR等。
不能自关断与开关速度慢的缺点。其电气符号与普通晶
体管相同。
GTR是一种双极型大功率高反压晶体管，具有自关
断能力，控制方便，开关时间短，高频特性好，价格低
廉。可用于不停电电源、中频电源和交流电机调速等电
力变流装臵中。
20
图4-5 1300系列GTR的外观
21
电力三极管的主要特点
是电流驱动器件，控制基极电流就可控制电力三极管的开通 和关断； 开关速度较快； 饱和压降较低； 有二次击穿现象；
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
驱动电路举例
D2 A
I
C D1
B
D3
IB
GTR
D4 E
贝克箝位电路
C
D1为箝位二极管，保证GTR始 终处于准饱和状态。
D1
D2
D2和D3用来调整GTR的基极电
4.动态参数
开关时间：GTR的开关时间通常在几毫秒 之内。 电压上升率du/dt：为了抑止过高的du/dt 对GTR的危害，一般在集射极间并联一个 （RCD）缓冲网络。 开关损耗：GTR的开关损耗由开关过程中 集电极电流与电压的乘积决定。它的大小 与负载性质有关。
5.二次击穿与安全工作区
二次击穿特性：集射极间最高工作电压BUCEO，又 称为一次击穿电压值，发生一次击穿时不一定引起 晶体管特性变坏。所谓二次击穿是指器件发生一次 击穿后，集电极电流继续增加，在某电压电流点产 生向低阻抗区高速移动的负阻现象。二次击穿用符 号SB表示。二次击穿时间在纳秒至微秒数量级之内， 即使在这样短的时间内，它也能使器件内出现明显 的电流集中和过热点。
6.驱动电路举例
iB
3
2 IB1
1 IB2
-1
2us
-2 -3
5us t(us)
IB3
比较理想的基极驱动电流波形
IB1为过驱动电流，作用是保证GTR快速开通； IB2是GTR维持导通的驱动电流，应使GTR恰好维 持准饱和状态，以便缩短存储时间tS； 一般情况下，IB1≈3 IB2 IB3为快速抽走基区中载流子的电流，作用是缩短 关断时间，减小关断损耗。
3.极限参数
❖ （集电极）最大允许电流ICM ：一般以β值下降 到额定值的1/2至1/3时的IC值定为ICM。中功率 GTR常取β为10时的IC值为ICM，大功率GTR， 取β为3~5时的IC值为ICM。另一种是以结温和 耗散功率为尺度来确定。
❖ 基极最大允许电流IBM ：基极最大允许电流IBM 规定为内引线允许流过的最大基极电流，通常 取IBM＝ （1/2~1/6） ICM。
3.极限参数
集电极最大耗散功率PCM：指GTR在最高允许结温 时对应的耗散功率。它受结温的限制，大小主要由 集电结工作电压和集电极电流的乘积决定。 由于这部分能量将转化为热能并使GTR发热，因此 GTR散热条件是十分重要的。如果散热不好，管子 会因温度过高而损坏。
3.极限参数
GTR的最高结温TJM：由半导体材料性质、器件 钝化工艺、封装质量以及它们的可靠性要求等因 素所决定的。 一般情况下，塑料封装的硅管结温TJM为125150 ℃，金属封装的硅管TJM为150 175℃，高可靠 平面管的TJM为175 200℃。
2.静态特性
共射极输出特性
IC/A
深 饱 和 区
准饱和区
线性区
0 阻断区
IB4 IB3 IB2 IB1 IB0
UCE/V
3.极限参数
❖ （集电极）最高工作电压：集电极的击穿电压 值，它不仅因管子不同而不同，而且与基极电 路条件有着极大的关系。
❖ 发射极最高工作电压：集电极开路条件下，发 射结允许的最高反向偏置电压值，通常只有几 伏，典型值为8V。
下图两个GTR构成的达林顿晶体管。
由多个达林顿晶体管、二极管及电阻形成的 组合器件，称为GTR模块。
(O反)偏(R)
特 性
UCE(V)
安全工作区：GTR能够安全运行的电流、电压 极限范围。安全工作区分为正向偏置安全工作区和 反向偏置安全工作区。
一 般 手 册 中 给 出 的 安 全 工 作 区 是 在 壳 温 25℃ 时做出的。当温度升高时，GTR允许的功耗和二次 击穿限制均有所下降。
增大了的du/dt势必增大GTR关断时的瞬时功 耗，而瞬时功耗的增加会使安全工作区缩小。
IC(A)二次击穿最终是由于局部过热引起，而热 点的形成需要能量的积累，即需要一定的电压 电流数值和一定的时间，因此，诸如集电极电 压、电流、负载性质、导通脉冲宽度、基极电 路的配置及材料、工艺等因素都对二次击穿有 一定的影响。
IC(A)
二
IS/B(F)
正 偏 PS/B (F)
次击
开路
穿
IS/B(O) IS/B(R)
电力晶体管
❖ 电力晶体管也称巨型晶体管（简称GTR:Giant Transistor），是一种双极型大功率高反压晶体 管。它具有自关断能力，并具有开关时间短、饱 和压降低和安全工作区宽等优点。
❖ 目前GTR的容量已达400A/1200V以上，耗散功率 已达几百W以上。
1.GTR的结构与原理
基本结构
GTR结构示意图
工作特点
+Ucc
+UB 0 -UB
C B
E
GTR共射极开关电路
GTR工作在开关状态时，可用以下四种不同 的工作状态表示：
导通——GTR接通（饱和） 阻断——GTR关断（截止） 开通——GTR由断到通 关断——GTR由通到断 因此，可将GTR视为受控的开关。
对GTR的几点要求： 饱和压降UCES要低 直流电流增益β要大 穿透电流ICEO要小 开通与关断时间ton及toff短。
A
B
流，改变其饱和深度。
GTR
I
D3
IB
D4为反向抽走基区载流子提供
D4
了电流通路，加快了GTR的关
E 断过程。
GTR导通时，只要二极管D1处于正向偏置状态， 该电路即满足下述电压方程关系
UCE＝UBE十UD2十UD3－UD1 从而保证GTR为准饱和状态。
7.达林顿GTR及GTR模块
两个以上的单管GTR用共集电极电路形成 的组合器件，称为达林顿晶体管。