第一章习题解答

第一章 电力电子器件及其应用

1、快恢复二极管动态参数有哪几个动态参数对电路工作有什么影响 快恢复二极管的动态参数主要有两个：（1）正向恢复时间t fr ， （2）反向恢复时间t rr 。

在正向恢复时间内，二极管表现出很大的阻抗效应，而在反向恢复时间内则 表现出低阻抗特性，在这两个时间段内，二极管的单向导电性能表现较差， 为了减小这两种状态对电路的影响，要求电路工作频率f 满足：

fr 1t f >> rr 1

t f

>> 这对电路工作频率的选择产生制约作用。

2、晶闸管导通条件是什么怎样才能使导通晶闸管关断 晶闸管正常导通的条件是：

u AK >0

i GK >0 或u GK >0 两个条件同时具备 关断晶闸管的方法：

利用外加电压或外电路的作用，使流过晶闸管的电流降到接近于零的某 一值以下（小于维持电流）。

3、什么是晶闸管的关断时间为什么刚关断的晶闸管不能立即加正向电压 晶闸管关断时间：恢复晶闸管电压阻断能力所需的最小电路换流反压时间。 由于反向恢复过程结束后，载流子复合过程比较慢，晶闸管要恢复正向阻断能力还需要一定时间，在正向阻断恢复期内对晶闸管施加正向电压，可能导致晶闸管重新导通而不受门极控制，因此实际应用必须对晶闸管施加施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复其正向阻断能力。

4、晶闸管非正常导通方式有那些晶闸管的非正常导通有何危害怎样才能防

止非正常导通

晶闸管非正常开通有两种：

（1）硬开通：根据静态特性，当u AK达到一定值时，即使i GK=0，晶闸管也可

以导致开通。

（2）d u/d t导通：如果晶闸管两端电压变化过快，即d u/d t超过一定值，可以由

于位移电流而导致晶闸管导通。

非正常开通的危害：

（1）硬开通可能导致器件击穿失效。

（2）d u/d t导通可以引起电路工作失常。

非正常开通的防护：

（1）u AK工作电压应小于器件的U DRM、U RRM，并留有一定余量。

（2）限制电路d u/d t的值，使之在器件的允许值内，并留有一定余量。

5、晶体管驱动电流与晶体管导通压降和关断时间之间的关系怎样的晶体管基

极驱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

（1）增大基极驱动电流i b并增大d i b/d t，可以缩短延迟时间和上升时间，从而

加快开通过程。同时，基极驱动电流的增加可以加深器件的饱和深度，降低U

值。

CES

（2）减小导通的饱和深度，可以减小基区储存的载流子，或者增大基极抽取

电流i b的幅值和负偏压，这些均可以缩短储存时间，从而加速关断速度。

（3）基极驱动电流的两方面影响，决定了其电流要求初始值较大，维持值较小，

一般采用加速电容，使开、关瞬间取得高d i b/d t和峰值电流，正常驱动

维持较小电流（使晶体管处于浅饱和状态）。

6、什么是晶体管的安全工作区与MOSFET 和 IGBT 相比，晶体管安全工 作区多了什么

功率晶体管SOA 区：由I CM 、U CEM 、P CM 、二次击穿功率P SB 几条曲线围成

的区域，即能够维持晶体管稳定安全工作的范围。由于存在二次击穿，GTR 的SOA 区增加P SB 曲线限制，相对缩小了区间。

7、P-MOSFET 和 IGBT 是电压控制器件，为什么当工作频率很高时，他们的门极驱动电流仍然很大

IGBT 和MOSFET 的输入阻抗呈容性，尽管静态驱动电流几乎为零，但高频 动态时电容充放电仍需要一定的电流，以加快门极电压的建立和回零，从而 保证器件的快速开关。

8、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 器件开关速度的影响：

（1）电路工作频率受限于器件开关速度

（2）器件的开关损耗与开关速度密切相关，一定工作周期T 下，开关时间t ∆

小，损耗：⎰=2

1

d 1t t t t ui T P 12t t t -=∆ 就小。

（3）电路工作频率比较低的情况下，器件开关速度要求也比较低，器件开关速度的要求相对不太重要。

9、全控型器件缓冲电路的主要作用是什么分析RCD 缓冲电路中各元件的作用

缓冲电路的作用：

（1）降低全控型器件的开关应力，即降低t u d d 、t

i

d d 值， （2）降低全控型器件的开关损耗。 RCD 缓冲电路中各元件的作用：

（1）电阻R 的作用是限制吸收电容的放电电流，消耗电容的储能，

（2）吸收电容C 的作用是利用电容的充放电过程，减缓

t

u d d （3）二极管D 的作用是利用单相导电性在器件关断瞬间钳位电压于电容电压；在器件开通时迫使电容经电阻放电，限制放电电流并消耗存储能量。

10、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μs ，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）

（1）器件关断时间为μs 5.0f =t ，器件饱和导通的电流为

A 10100V

1000max A =Ω

=

I 则

V 10002ABmax S

f

Amax =≤U C t I 得到：nF 5.2≥S C （2）由于要求关断过程中电压上升率控制在500V/μs 以内，有：

500d d max

max A =≤t

U

C I S

得 μF 02.0μF 50

1

S =≥

C 综合（1）和（2），可取 μF 033.0S =C

由于V 1000ABmax =U ，电容额定电压可取V 1000)2~5.1(CSmax ⨯=U

电路结构