电力电子第二章、第九章、第十章课后习题答案
电力电子技术课后习题答案
目录第1章电力电子器件 (1)第2章整流电路 (4)第3章直流斩波电路 (20)第4章交流电力控制电路和交交变频电路 (26)第5章逆变电路 (31)第6章PWM控制技术 (35)第7章软开关技术 (40)第8章组合变流电路 (42)第1章 电力电子器件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）。
或：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。
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。
002π2π2ππππ4π4π25π4a)b)c)图1-430图1-43 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22m I π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰2)(πωt d I m =41 I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m4. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的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(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I≈329.35，I d1≈0.2717 I m1≈89.48b) I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56c) I m3=2 I = 314,I d3=41I m3=78.55. 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P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成两个晶体管V 1、V 2,分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶闸管的分析可得，1α+2α=1是器件临界导通的条件。
电力电子技术第二章答案(金海明 第一版)
电力电子课后答案 第二章2.2 使晶闸管导通的条件是什么？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： 使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或者U AK >0且U GK >0；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。
2.3图2-1中阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，各波形的电流最大值均为m I ， 试计算各波形的电流平均值1d I 、2d I 、3d I 与电流有效值1I 、2I 、3I ，和它们的波形系数1f K ，2f K ，3f K 。
题图2.1 晶闸管导电波形解： a) 1d I=41sin()(1)0.27222m m m I I t I ππωππ=+≈⎰ 1I0.48m I =≈ 111/0.48/0.27 1.78f d m m K I I I I ===b) 2d I=41sin ()1)0.542m m m I I td wt I ππϖ=+=∏⎰2I0.67m I =≈ 222/0.67/0.54 1.24f d m m K I I I I ===c) 3d I =2011()24m m I d t I πωπ=⎰3I12m I =333/0.5/0.252f d m m K I I I I ===2.4. 如果上题中晶闸管的通态平均电流为100A ，考虑晶闸管的安全裕量为1.5，问其允许通过的平均电流和应的电流最大值各为多少? 解：由上题计算结果知：（额定电流I T(A V)=100A 的晶闸管，允许的电流有效值I=157A ） a)()111.57 1.57*10058.8()1.5 1.5*1.78T AV d f I I A K ===11/58.8/0.27217.78()m d f I I K A ===b)()221.57 1.57*10084.4()1.5 1.5*1.24T AV d f I I A K ===222/84.4/0.54156.30()m d f I I K A ===c)()331.57 1.57*10052.3()1.5 1.5*2T AV d f I I A K ===323/52.3/0.25209.2()m d f I I K A ===2.5.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1α和2α，由普通晶阐管的分析可得，121=+αα是器件临界导通 的条件。
电力电子技术第五版课后习题及答案
电力电子技术第五版课后习题及答案第二章电力电子器件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Imπ4π4π25π4a)b)c)图1-43图2-27晶闸管导电波形解：a)I d1=π21ππωω4)(sin t td I m=π2m I(122+)≈0.2717I m I1=ππωωπ42)()sin(21t d t I m=2m Iπ2143+≈0.4767I m b)I d2=π1ππωω4)(sin t td I m=πm I(122+)≈0.5434I m I 2=ππωωπ42)()sin(1t d t I m=22m Iπ2143+≈0.6741I m c)I d3=π2120)(πωt d I m=4 1I m I3=202)(21πωπt d I m=21I m2-5上题中如果不考虑安全裕量,问100A的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(AV)=100A的晶闸管，允许的电流有效值I =157A，由上题计算结果知a)I m1≈4767.0I≈329.35，I d1≈0.2717I m1≈89.482/16b)I m2≈6741.0I≈232.90,I d2≈0.5434I m2≈126.56c)I m3=2I=314,I d3=41I m3=78.52-6GTO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V1、V2，分别具有共基极电流增益a1和a2，由普通晶阐管的分析可得,a1+a2=1是器件临界导通的条件。
电力电子技术知到章节答案智慧树2023年潍坊科技学院
电力电子技术知到章节测试答案智慧树2023年最新潍坊科技学院第一章测试1.电力变换通常可分为（）。
参考答案:交流变直流;直流变交流;直流变直流;交流变交流2.电力电子系统的组成（）。
参考答案:控制电路;主电路;驱动电路;检测电路3.电力电子技术的基础是（）。
参考答案:电力电子器件的制造技术4.电力电子技术所变换的电力，功率可以大到数百兆瓦甚至吉瓦。
（）参考答案:对5.信息电子技术主要用于信息处理，电力电子技术则主要用于电力变换。
（）参考答案:对6.电子技术包括信息电子技术和电力电子技术。
（）参考答案:对7.电力电子学和电力学的主要关系是电力电子技术广泛应用于电气工程中。
（）参考答案:对8.电力电子装置被广泛应用于（）。
参考答案:静止无功补偿;电力机车牵引;交直流电力传动;高压直流输电9.电力电子技术是弱电控制强电的技术。
（）参考答案:对10.用于电力变换的电子技术在晶闸管出现以后才实现。
（）参考答案:错第二章测试1.晶闸管电流的波形系数定义为（）。
参考答案:2.晶闸管的伏安特性是指（）。
参考答案:阳极电压与阳极电流的关系3.为限制功率晶体管的饱和深度，减少存储时间，桓流驱动电路经常采用（）。
参考答案:抗饱和电路4.过快的晶闸管阳极du/dt会使误导通。
（）对5.选用晶闸管的额定电流时，根据实际最大电流计算后至少还要乘以1.5-2。
（）参考答案:对6.取断态重复峰值电压和反向重复峰值电压中较小的一个，并规化为标准电压等级后，定为该晶闸管的（）。
参考答案:额定电压7.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为电压驱动型和电流驱动型两类。
（）参考答案:对8.晶闸管是硅晶体闸流管的简称，常用的封装结构有（）。
参考答案:平板形;螺栓形9.在螺栓式晶闸管上有螺栓的一端是阳极。
（）对10.晶闸管的断态不重复峰值电压UDSM与转折电压UBO在数值大小上应为UDSM大于UBO。
（）参考答案:错第三章测试1.单相全控桥大电感负载电路中，晶闸管可能承受的最大正向电压为（）。
电力电子技术课后习题答案
m
第四章 直流-直流变换技术
4-1 答：主要元器件有开关元件、电容器、电感器和快恢复二极管。基本原理是利用对电感的定时地间隙储能及 释放，实现电能的转移和变换。
2-2 答： 使晶闸管导通的条件是：晶闸管处于正向偏置电压时，给门极施加足够功率的触发电压；当晶闸管处于 导通状态时只要将导通的电流减小到小于维持电流，或者直接施加反向电压就可。 2-3 答： 1)
IdVT
IT ( AV )
2)
IdVT
4
IVT
1
i dt
2 4 0
相电压之间通过 VT3 及短路的 VT1 发生短路，从而又烧毁 VT3。
ww
3-12 答：设α=30º 1）单相半波：IdVT=Id=30A，IVT=kf*IdVT=1.606﹡30=48.2A。 2）单相桥式：IdVT=Id/2=15A，IVT=kf*IdVT=1.606﹡15=24.1A。 上述两题均可采用式 3-7（根号中的 sinα应为 sin2α）计算 Kf 3) 提示：三相半波电阻性负载时需要先推出一个晶闸管流过电流（1/3 周期）的有效值计算式和平均值计算 式，获得波形系数 Kf，然后根据一个晶闸管流过电流平均值（是负载电流的 1/3）计算有效值。
da
1/2
后 答
w.
3-11 答：一个晶闸管不能导通时，会导致输出波形缺波头。例如 VT1 不导通，则 输出将直接从
uCb 降为 0。一个晶闸管短路问题将十分严重，例如 VT
w.
uab,uac 的波头将失去，此处
VT3 时，会导致
1 短路，当触发
案 网
1）由 Ud 0.9U 2
1 cos 得: Ud=0.9*220(1+0.866)/2=184.7V 2
电力电子技术第五版课后习题及答案
电力电子技术第五版课后习题及答案第二章电力电子器件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 π4π4π25π4a)b)c)图1-43图2-27 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22m I π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41 I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m 2-5 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的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(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I ≈329.35，I d1≈0.2717 I m1≈89.482 / 16 b) I m2≈6741.0I ≈232.90,I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314,I d3=41I m3=78.5 2-6 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a1和a2，由普通晶阐管的分析可得,a1+a2=1是器件临界导通的条件。
交大所用教材《电力电子技术》课后答案
第 2 章 思考题与习题交大教材2.1 晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定? 答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加 正向触发电压和电流（或脉冲）。
导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压U A 决定。
2.2 晶闸管的关断条件是什么? 如何实现? 晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小 由什么决定?答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电 压反向使阳极电流I A 减小，I A 下降到维持电流I H 以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。
进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压U A 决定。
2.3 温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反 向击穿电压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增 大，维持电流I H 会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。
2.4 晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：(1) I g =0，阳极电压升高至相当高的数值；(1) 阳极电压上升率 du/dt 过高；(3) 结温过高。
2.5 请简述晶闸管的关断时间定义。
答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。
即 t q = t rr + tgr 。
2.6 试说明晶闸管有哪些派生器件？ 答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。
2.7 请简述光控晶闸管的有关特征。
答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。
主要用于高压大功率场合。
2.8 型号为KP100-3，维持电流I H =4mA 的晶闸管，使用在图题 1.8 所示电路中是否合理， 为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题 1.8T(AV m答：（a）因为IA=100V50KΩ= 2mA < IH，所以不合理。
(完整版)《电力电子技术(第二版)》课后习题及解答
《电力电子技术》习题及解答第1章思考题与习题1.1晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。
导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压U A决定。
1.2晶闸管的关断条件是什么?如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流I A减小，I A下降到维持电流I H以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。
进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压U A决定。
1.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流I H会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。
1.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：(1) I g=0，阳极电压升高至相当高的数值；(1) 阳极电压上升率du/dt 过高；(3) 结温过高。
1.5请简述晶闸管的关断时间定义。
答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。
即gr rr q t t t +=。
1.6试说明晶闸管有哪些派生器件？答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。
1.7请简述光控晶闸管的有关特征。
答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。
主要用于高压大功率场合。
1.8型号为KP100-3，维持电流I H =4mA 的晶闸管，使用在图题1.8所示电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题1.8答：（a ）因为H A I mA K V I <=Ω=250100，所以不合理。
电力电子学课后答案第二章
电力电子学课后答案第二章2.1说明半导体PN结单向导电的基本原理和静态伏-安特性。
答案E 答：PN结一一半导体二极管在正向电压接法下（简称正偏），外加电压所产生的外电场与内电E E场.方向相反，因此PN结的内电场被削弱。
内电场 .所引起的多数载流子的漂移运动被削弱，多数载流子的扩散运动的阻力减小了，扩散运动超过了反方向的漂移运动。
大量的多数载流子能不断地扩散越过交界面，P区带正电的空穴向N区扩散，N区带负电的电子向P区扩散。
这些载流子在正向电压作用下形成二极管正向电流。
二极管导电时，其PN结等效正向电阻很小，管子两端正向电压降仅约1V左右（大电流硅半导体电力二极管超过IV，小电流硅二极管仅0.7V，锗二极管约0.3V）。
这时的二极管在电路中相当于一个处于导通状态（通态）的开关。
PN结一一半导体二极管E E在反向电压接法下（简称反偏）外加电压所产生的外电场‘-七与原内电场匚；方向相同。
因此外电场使原内电场更增强。
多数载流子（P区的空穴和N区的电子）的扩散运动更难于进行。
这时只有受光、热激发而产生的少数载流子（P区的少数载流子电子和N区的少数载流子空穴）在电场力的作用下产生漂移运动。
因此反偏时二极管电流极小。
在一定的温度下，二极管反向电流 '在一定的反向电压范围内不随反向电压的升高而增大，为反向饱和电流I。
因此半导体PN结呈现出单向导电性。
其静态伏一安特性曲线如左图曲线①所示。
但实际二极管静态伏一安特性为左图的曲线②。
二V极管正向导电时必须外加电压超过一定的门坎电压:;（又称死区电压），当外加电压小于死区电压时，外电场还不足以削弱PN结内电场，因此正向电流几乎为零。
硅二极管的门坎电压约为0.5V，V锗二极管约为0.2V，当外加电压大于P后内电场被大大削弱，电流才会迅速上升。
二极管外加反V V I 向电压时仅在当外加反向电压三不超过某一临界击穿电压值二一:时才会使反向电流一：保持为L L V ¥反向饱和电流。
电子电工技术 课后习题答案
1－11 电压表内阻∞，S断开时，电压表读数 12V；S闭合时，电压表读数11.8V，求US、R0。
US +
S断开时 S V
10Ω
US＝U开＝12V R S闭合时
R0
10 U US 11.8V R 0 10
R0＝0.169Ω
1－12 求S闭合和打开情况下的A点电位。
+24V
10kΩ S
10V － ＋
N1
－1.5A N2
依照参考方向
PN1＝U I＝10V×－2.5A
＝－25W 发出 PN1＝U I＝－60V×－1.5A
－60V －
＝90W 吸收
1－2 计算电流、电压。 － U+ 60＋u－20＝0 10Ω + 20V + 60V U＝－40V － － I I＝－40V/10Ω＝－4A
联解得 I1=2.5A，I2=0.5A I3=2A，I4=－1A
2－3 用叠加原理求图中电压U。
3kΩ 2kΩ +
+ +
12V－ －
6kΩ
4kΩ
－
U
3mA
解：
电压源单独作用时 电流源单独作用时 R0 ′= 3∥6+2 kΩ= 4kΩ3kΩ R = 6∥（4+2) kΩ = U″ = 12×(3／6) × (4 6V U′=3×(4／8) × 4V = ／6)V = 4V U = 6V+4V=10V
（c） 解：
+
3V－
u1=3V + 10Ω 1A IR=u / R=3 / 2=1.5A 2Ω u1 － u2=－1×10=－10V
PR1=1.5×3=4.5W PR2=(－1)×(－10)=10W
电力电子第二章、第九章、第十章课后习题答案
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。
2-6 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 + α 2 = 1 是器件临界导通的条件。
α1 + α 2＞1 两个等效晶体管过饱和而导通；α1 + α 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α 2 较大,这样晶体管 T2 控制灵敏,易于 GTO 关断;2)GTO 导通时α1 + α 2 的更接近于 l,普通晶闸管α1 + α 2 ≥ 1.5 ,而 GTO 则为α1 + α 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具有耐受高电压和大电流的能力？1．垂直导电结构：发射极和集电极位于基区两侧，基区面积大，很薄，电流容量很大。
2．N-漂移区：集电区加入轻掺杂N-漂移区，提高耐压。
3．集电极安装于硅片底部，设计方便，封装密度高，耐压特性好。
电力电子学课后答案第二章
2.1 说明半导体PN 结单向导电的基本原理和静态伏-安特性。
答案答：PN结——半导体二极管在正向电压接法下（简称正偏），外加电压所产生的外电场与电场方向相反，因此PN结的电场被削弱。
电场所引起的多数载流子的漂移运动被削弱，多数载流子的扩散运动的阻力减小了，扩散运动超过了反方向的漂移运动。
大量的多数载流子能不断地扩散越过交界面，P区带正电的空穴向N区扩散，N区带负电的电子向P区扩散。
这些载流子在正向电压作用下形成二极管正向电流。
二极管导电时，其PN结等效正向电阻很小，管子两端正向电压降仅约1V左右（大电流硅半导体电力二极管超过1V ，小电流硅二极管仅0.7V ，锗二极管约0.3V）。
这时的二极管在电路中相当于一个处于导通状态（通态）的开关。
PN 结——半导体二极管在反向电压接法下（简称反偏）外加电压所产生的外电场与原电场方向相同。
因此外电场使原电场更增强。
多数载流子（P区的空穴和N区的电子）的扩散运动更难于进行。
这时只有受光、热激发而产生的少数载流子（P区的少数载流子电子和N区的少数载流子空穴）在电场力的作用下产生漂移运动。
因此反偏时二极管电流极小。
在一定的温度下，二极管反向电流在一定的反向电压围不随反向电压的升高而增大，为反向饱和电流。
因此半导体PN结呈现出单向导电性。
其静态伏－安特性曲线如左图曲线①所示。
但实际二极管静态伏－安特性为左图的曲线②。
二极管正向导电时必须外加电压超过一定的门坎电压（又称死区电压），当外加电压小于死区电压时，外电场还不足以削弱PN结电场，因此正向电流几乎为零。
硅二极管的门坎电压约为0.5V，锗二极管约为0.2V ，当外加电压大于后电场被大大削弱，电流才会迅速上升。
二极管外加反向电压时仅在当外加反向电压不超过某一临界击穿电压值时才会使反向电流保持为反向饱和电流。
实际二极管的反向饱和电流是很小的。
但是当外加反向电压超过后二极管被电击穿，反向电流迅速增加。
2.2 说明二极管的反向恢复特性。
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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。
2-6 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 + α 2 = 1 是器件临界导通的条件。
α1 + α 2＞1 两个等效晶体管过饱和而导通；α1 + α 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α 2 较大,这样晶体管 T2 控制灵敏,易于 GTO 关断;2)GTO 导通时α1 + α 2 的更接近于 l,普通晶闸管α1 + α 2 ≥ 1.5 ,而 GTO 则为α1 + α 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具有耐受高电压和大电流的能力？1．垂直导电结构：发射极和集电极位于基区两侧，基区面积大，很薄，电流容量很大。
2．N-漂移区：集电区加入轻掺杂N-漂移区，提高耐压。
3．集电极安装于硅片底部，设计方便，封装密度高，耐压特性好。
2-8试分析IGBT和电力MOSFET在内部结构和开关特性上的相似和不同之处答：IGBT比电力MOSFET在背面多一个P型层，IGBT开关速度高，开关损耗小，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。
2-11试列举你所知道的电力电子器件，并从不同的角度对这些电力电子器件进行分类。
目前常用的控型电力电子器件有哪些?答：1. 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：（1）半控型器件：晶闸管及其派生器件（2）全控型器件：IGBT,MOSFET，GTO,GTR（3）不可控器件:电力二极管2. 按照驱动信号的波形（电力二极管除外）（1）脉冲触发型：晶闸管及其派生器件（2）电平控制型：（全控型器件）IGBT,MOSFET，GTO,GTR3. 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类：（1）单极型器件：电力 MOSFET，功率 SIT,肖特基二极管（2）双极型器件：GTR,GTO,晶闸管，电力二极管等（3）复合型器件：IGBT,MCT,IGCT 等4.按照驱动电路信号的性质，分为两类：（1）电流驱动型：晶闸管，GTO，GTR 等（2）电压驱动型：电力 MOSFET,IGBT 等常用的控型电力电子器件：门极可关断晶闸管, 电力晶闸管，电力场效应晶体管，绝缘栅双极晶体管。
9-1电力电子器件的驱动电路对整个电力电子装置有哪些影响？电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。
采用性能良好的驱动电路可使电力电子器件工作在比较理想的开关状态,可缩短开关时间,减少开关损耗,对装置的运行效率、可靠性和安全性都有着重要意义。
另外，对电力电子器件或整个装置的一些保护措施也往往就将近设在驱动电路中，或者通过驱动电路来实现，这使得驱动电路的设计更为重要。
9-2为什么要对电力电子主电路和控制电路进行电气隔离？其基本方法有哪些？各自的基本原理是什么？9-3对晶闸管触发电路有哪些基本要求？ＩＧＢＴ、ＧＴＲ、ＧＴＯ和电力ＭＯＳＦＥＴ的驱动电路各有什么特点？晶闸管触发电路应满足下列要求：１）触发脉冲的宽度应保证晶闸管的可靠导通；２）触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的3-5倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达到1-2A/US。
３）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠出发区域之内。
４）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。
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。
GTR驱动电路的特点是：驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿，并有一定的过冲，这样可加速开通过程，减小开通损耗；关断时，驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流，并加反偏截止电压，以加速关断速度。
GTO驱动电路的特点是：GTO要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度，且一般需要在整个导通期间施加正门极电流，关断需施加负门极电流，幅值和陡度要求更高，其驱动电路通常包括开通驱动电路，关断驱动电路和门极反偏电路三部分。
电力MOSFET驱动电路的特点：要求驱动电路具有较小的输入电阻，驱动功率小且电路简单。
9-6电力电子器件缓冲电路是怎样分类的？全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析RCD缓冲电路中元件的作用。
答:缓冲电路又称为吸收电路，可以分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。
关断缓冲电路又称为du/dt抑制电路，开通缓冲电路又称为di/dt抑制电路。
将关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起，称为复合缓冲电路。
还可以分类方法：缓冲电路中储能元件的能量如果消耗在其吸收电阻上，则被称为耗能式缓冲电路；如果缓冲电路能将其储能元件的能量回馈给负载或者电源，则被称为馈能式缓冲电路，或称为无损吸收电路。
全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压,du/dt或过电流和di/dt, 减小器件的开关损耗。
RCD缓冲电路中,各元件的作用是: 开通时,Cs经Rs放电,Rs起到限制放电电流的作用;关断时,负载电流经VDs从Cs分流,使du/dt减小,抑制过电压。
10-3.试阐明图10-7交-直-交变频器电路的工作原理，并说明该电路有何局限性。
图中逆变电路的能量是可以双向流动的，若负载能量反馈到中间直流电路，将导致电容电压升高，称为泵升电压。
由于该能量无法反馈回交流电流，则电容只能承担少量的反馈能量，否则汞升电压过高会危及整个电路的安全。
10-4.试分析图10-8交-直-交变频器电路的工作原理，并说明其局限性。
带有泵升电压限制电路的电压型间接交流变流电路它是在上图的基础上，在中间直流电容两端并联一个由电力晶体管V0和能耗电阻R0组成的泵升电压限制电路。
当泵升电压超过一定数值时，使V0导通，把从负载反馈的能量消耗在R0上。
其局限性是当负载为交流电动机，并且要求电动机频繁快速加减速时，电路中消耗的能量较多，能耗电阻R0也需要较大功率，反馈的能量都消耗在电阻上，不能利用。
10-5试说明图10-9交-直-交变频器电路是如何实现负载能量回馈的。
利用可控变流器实现再生反馈的电压型间接交流变流电路它增加了一套变流电路，使其工作于有源逆变状态。
当负载回馈能量时，中间直流电压上升，使不可控整流电路停止工作，可控变流器工作于有源逆变状态，中间直流电压极性不变，而电流反向，通过可控变流器将电能反馈回电网。
10-6何谓双PWM电路？其优点是什么？双PWM电路为整流电路和逆变电路都采用PWM控制的间接交流变流电路。
它可以使电路的输入输出电流均为正弦波，输入功率因数高，中间直流电路的电压可调。
当负载为电动机时，可工作在电动运行状态，也可工作在再生制动状态；通过改变输出交流电压的相序可使电动机正转或反转，因此，可实现电动机四象限运行。
10-7什么是变频调速系统的恒压频比控制？变频调速系统的恒压频比控制是为了不使电动机因频率变化导致磁饱和而造成励磁电流增大，引起功率因数和效率的降低，需对变频器的电压的频率和比率进行控制，使该比率保持恒定，以维持气隙磁通为额定值。
10-8何谓UPS？试说明图10-16所示UPS系统的工作原理。
UPS 是指当交流输入电源发生异常或断电时,还能继续向负载供电,并能保证供电质量,使负载供电不受影响的装置,即不间断电源。
图 10-16 为用柴油发电机作为后备电源的 UPS,其工作原理为:一旦市电停电,则蓄电池投入工作,同时起动油机,由油机代替市电向整流器供电,整流后再通过逆变器逆变为 50Hz 恒频恒压的交流电向负载供电广市电恢复正常后, 再重新由市电供电。
因为蓄电池只作为市电与油机之间的过渡,柴油发电机作为后备电源,所以此系统可保证长时间不间断供电。
10-9试解释为什么开关电源的效率高于线性电源。
线性电源功率器件工作在线性状态,也就是说他一用起来功率器件就是一直在工作,所以也就导致他的工作效率低,一般在 50%~60%。
开关电源，他的功率器件工作在开关状态,(一开一关,一开一关,频率非常快, 一般的平板开关电源频率在 100~200KHz, 模块电源在300～500KHZ) 这样他的损耗就小,效率也就高。
10-13与高压交流输电相比，高压直流输电有哪些优势？高压直流输电的系统结构是怎样的？与高压交流输电相比，高压直流输电具有如下优势：1）更有利于进行远距离和大容量的电能传输或者海底或地下电缆传输；2）更有利于电网联络；3）更有利于系统控制。
高压直流输电采用十二脉波换流器的双极高压直流输电线路。
双极是指其输电线路两端的每端都由两个额定电压相等的换流器串联连接，具有两根传输导线，分别为正极和负极，每端两个换流器的串联连接点接地。
单级高压直流输电系统只用一根输电导线（一般为负极），以大地或海水作为回路。