第一章：电力电子习题解答

第一章 电力电子器件

习题及思考题

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）。

即：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阳极电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即：维持电流。

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阳极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头断。

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 。

解：a ） m m m d I .I )t

(d t sin I I 2717012

2

221

41≈⎰

）＋（＝＝

πωωπ

π

π

m m m I .I )t (d )t sin (I I 47670214322124

1≈⎰

π

ωωππ

π

＋＝

＝

b ） m m m d I .I )t (d t sin I I 5434012

2

1

4

2≈⎰

）＋（＝＝

πωωπ

π

π

m m m I .I )t (d )t sin (I I 674102143221

24

2≈⎰

π

ωωπ

π

π

＋＝＝

c ） m m

d I )t (d I I 4

1

21

20

3＝＝

ωπ

π

⎰

m m I )t (d I I 2

1

21

20

23＝＝

ωπ

π

⎰

0 0 0

π

π 2π π/4 2π

2π 5π/2

π/2

π/4

图1－43 晶闸管导电波形

a ）

b ）

c ）

４．上题中如果不考虑安全裕量，问100A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（A V）＝100A的晶闸管，允许的电流有效值I＝157A，由上题计算结果，根据电流有效值相等的原则可得：

a）I1＝157A＝0.4767I m∴I m1＝157/ 0.4767＝329.35（A）

I d1 ＝0.2712 I m1＝89.48（A）

b）I2＝157A＝0.6742I m∴I m2＝157/ 0.6742＝232.88（A）

I d2 ＝0.5434 I m1＝126.56（A）

c）I3＝157A＝0.5I m∴I m3＝157/ 0.5 ＝314（A）

I d3 ＝0.25 I m1＝78.5（A）

５．GTO和普通晶闸管同为PNP结构，为什么GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？

解：1）GTO器件α2较大，模型中的V2控制灵敏。

2）使导通时的α1＋α2更接近于1，而SCR设计的α1＋α2≥1.5，导通时，GTO 饱和程度不深，更接近临界饱和，为门极控制关断提供了有利的条件。

3）多元集成结构使每个GTO元阴极面积很小，P2基区的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。

６．如何防止电力MOSFET因静电感应引起的损坏？

解：1）栅极加过压保护。栅源电压不要超过20V。

2）运输焊接时防止静电（栅源短接）。

７．IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的驱动电路各有什么特点？

解：IGBT 和MOSFET均为电压驱动器件，栅源极之间有间电容，故要求驱动电路具有较小的输出电阻，以使快速建立驱动电压。IGBT驱动电路栅射电压为15～20V，而MDSFET栅源电压为10～15V。驱动电路还能提供反压以减小关断时间和关断损耗，同时IGBT驱动电路具有退饱和检测和保护环节。

GTR和GTO均为电流驱动器件，故要求触发电路能提供前沿陡度高的正向和负向强触发电流。强脉冲应具有一定的宽度。GTR触发电路还应该具有抗饱和功能，以保证GTR导通时处于临界饱和状态。

８．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？

解：

（1）关断缓冲电路（du/dt抑制电路）：吸收关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减

小关断损耗；

（2）开通缓冲电路（di/dt抑制电路）：抑制器件开通时的电流过冲和di/dt及开通损耗。

（3）在RCD抑制电路中，C吸收过电压过电流的能量，R消耗C中吸收的能量，D 提供R耗能和C吸收能量的通路。

９．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的优缺点比较如下表：