电力电子技术(王兆安第五版)课后习题全部答案.docx

.. .. 电力电子技术 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。 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 、I 、I 与电流有效值 I 、I 、I 。 d1 d2 d3 1 2 3 解：a) I  1 = 2? d1  ?? Imsin(?t) ? 4 ?  Im ( ? 1) ? 0.2717 Im 22? 2 2 2?1 ?? (Im 2? 1 ?? (Imsin?t)2 d (wt) ? 4 Im 2 3 ? 1 4 2? I = 1 21 ?? Imsin?td (wt) ? Im ( ? 1) ? 0.5434 Im 2 b) I = ? ? 2 2 d2 4 ?1 ?? (I ? 1 ?? (Imsin?t)2 d (wt) ? 4 2 Im 2 3 ? 1 4 2? I = 2 1 ? ? Im d (?t) ? 1 Im c) I = 2? 2 0d3 0 4 2?1 ?? 2? 1 ?? 2 Im2 d ( ?t) 0 I = 2 3 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 、I d2 d3 各为多少? 这时，相应的电流最大值 I 、I 、I 各为多少? m1 m2 m3 解：额定电流 I =100A 的晶闸管，允许的电流有效值 I=157A,由上题计算结果知 T(AV) I ?  ? 329.35 I m1 0.4767 A, I d1 ? 0.2717I m1 ? 89.48A ? I m2 I ? 232.90 A, 0.6741  ? 0.5434 I Im 2 I d2  ? 126.56 A I  =2I=314 I 1 I = 4 m3 ? 78.5 m3 d3 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? 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 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。 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 2-7 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它具有耐受高电压电流的能力？ 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。 2-8 试分析 IGBT 和电力 MOSFET 在部结构和开关特性上的相似与不同之处 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，