电力电子技术-第五版-王兆安-课后习题全解

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1、电力电子技术课后习题全解(个人整理)第5版王兆安刘进军主编机械工业出版社第二章2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其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。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。2-2.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

2、正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：UAK>0且UGK>0。2-3.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。2-4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Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。1I

3、m24Imsin(t)(1)0.2717Im222解：a)Id1=12Im31(Imsint)d(wt)0.4767Im2242I41=b)1Im2Imsintd(wt)(1)0.5434Im22Id2=4122Im31(Imsint)d(wt)0.6741Im242I42=112Imd(t)Imc)I204d3=1212Imd(t)ImI2023=2-5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Id1、Id2、Id3各为多少

4、?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I329.35a)Im10.4767A,Id10.2717Im189.48AI232.90A,0.5434I126.56Ab)I0.6741m2m2Id21I78.5m3c)Im3=2I=314Id3=42-6GTO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V

5、1、V2，分别具有共基极电流增益1和2，由普通晶阐管的分析可得，121是器件临界导通的条件。12＞1体管过饱和而导通；12＜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：l)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12的更接近于l，普通晶闸管121.5，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；3)多元集成结构使

6、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。2-7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使得它具有耐受高电压电流的能力？答1.目前大多电力MOSFET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。2.电力MOSFET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。2-8试分析I

7、GBT和电力MOSFET在内部结构和开关特性上的相似与不同之处.答：IGBT比电力MOSFET在背面多一个P型层，IGBT开关速度小，开关损耗少,具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小。开关速度低于电力MOSFET。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。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的驱动多采用专用的混合集成驱动器。电力MOSFET驱动电路的特点：要求驱动电路具有

8、较小的输入电阻，驱动功率小且电路简单。2-9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：典型的宽禁带半导体材料有：碳化硅氮化镓金刚石等材料。性能方面，具有更高的耐受高压的能力，低的多的通态电阻，