电力电子技术(第二版)第1章答案
电力电子技术第二版课后答案
【复习思考】1.1电力电子技术的任务是什么？答：电力电子技术的根本任务是实现电能的变换、控制和调节。
1.2根据电能变换种类的不同，电力电子变换电路分为哪几种类型？各自的作用是什么？答：根据电能变换种类的不同，电力电子变换电路分为直流-直流变换、直流-交流变换、交流-直流变换、交流-交流变换四种类型。
直流-直流变换的作用是将一种直流电变换为另一固定或可调电压的直流电的电路；直流-交流变换的作用是使直流变成可调的交流电，而且可输出连续可调的工作频率；交流-直流变换的作用是将交流电变换为固定或可调的直流电的电路；交流-交流变换的作用是将交流电的参数（幅值、频率等）加以转换。
1.3信息电子技术和电力电子技术的相同和不同点分别是什么？控制理论在电力电子技术中有什么作用？答：电力电子技术和信息电子技术的相同点：①从器件的制造技术上讲两者同根同源，都是采用半导体材料制成，而且两者大多数的制造工艺也是一致的。
①两者电路的分析方法也基本一致。
电力电子技术和信息电子技术的不同点：①电力电子技术变换的是“电力”，所处理的电能功率一般是“大功率”，但也可以处理“小功率”；信息电子技术变换的是“信息”，一般处理的是“小功率”。
①在信息电子技术中的电子器件既可处于放大状态，也可处于开关状态；而在电力电子技术中为了避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态。
电力电子技术实质上是将现代电子技术和控制技术引入到传统电力技术领域实现电力变换和控制，可以看作弱电控制强电的技术，是弱电和强电之间的接口。
而控制理论则是实现这种接口的强有力的纽带。
1.4电力电子器件的发展分为哪几个阶段？答：电力电子技术的发展可以根据电力电子器件的发展分为4个阶段：第一个阶段：电子管、汞弧整流器等非半导体器件为主的史前期；第二个阶段：晶闸管时代；第三个阶段：全控型器件时代；第四个阶段：复合/新型器件时代。
【复习思考】2.1电力二极管属于哪种类型的控制器件？在电力电子电路中有哪些用途？答：电力二极管属于不可控型、双极性器件；用途：可作为整流、续流、保护元件用。
电力电子技术第二版张兴课后习题答案
一、简答题2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。
题2.1图在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表阻的分压值）。
2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。
电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。
2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。
电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。
2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。
导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。
阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。
电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。
感性机制是指电流随时间上升在器件部电感上产生压降，d i/d t 越大，峰值电压U FP 越高。
2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。
若流过 PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂 N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过 PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂 N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。
2.6 比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。
从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。
(完整版)《电力电子技术》第1章课后习题答案
1.1 晶闸管导通的条件是什么？由导通变为关断的条件是什么？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。
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。
1.2晶闸管非正常导通方式有几种？（常见晶闸管导通方式有5种，见课本14页，正常导通方式有：门级加触发电压和光触发）答：非正常导通方式有：(1) Ig=0，阳极加较大电压。
此时漏电流急剧增大形成雪崩效应，又通过正反馈放大漏电流，最终使晶闸管导通；(2) 阳极电压上率du/dt过高；产生位移电流，最终使晶闸管导通(3) 结温过高；漏电流增大引起晶闸管导通。
1.3 试说明晶闸管有那些派生器件。
答：晶闸管派生器件有：（1）快速晶闸管，（2）双向晶闸管，（3）逆导晶闸管，（4）光控晶闸管1.4 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 + α2 = 1 是器件临界导通的条件。
α1 + α2＞1 两个等效晶体管过饱和而导通；α1 + α2＜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：1）GTO 在设计时α2 较大,这样晶体管T2 控制灵敏,易于GTO 关断;2)GTO 导通时α1 + α2 的更接近于l,普通晶闸管α1 + α2 ≥1.5 ,而GTO 则为α1 + α2 ≈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。
电力电子技术第二版张兴课后习题答案
一、简答题2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。
题2.1图在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。
2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。
电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。
2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。
电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。
2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。
导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。
阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。
电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。
感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，d i/d t 越大，峰值电压U FP 越高。
2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。
若流过PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。
2.6 比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。
从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。
电力电子技术试题及答案一
电力电子技术试题（第一章）一、填空题1、普通晶闸管内部有PN 结,，外部有三个电极，分别是极极和极。
1、两个、阳极A、阴极K、门极G。
2、晶闸管在其阳极与阴极之间加上电压的同时，门极上加上电压，晶闸管就导通。
2、正向、触发。
3、晶闸管的工作状态有正向状态，正向状态和反向状态。
3、阻断、导通、阻断。
4、某半导体器件的型号为KP50 —7 的，其中KP 表示该器件的名称为，50 表示，7 表示。
4、普通晶闸管、额定电流50A、额定电压100V。
5、只有当阳极电流小于电流时，晶闸管才会由导通转为截止。
5、维持电流。
6、当增大晶闸管可控整流的控制角α，负载上得到的直流电压平均值会。
6、减小。
7、按负载的性质不同，晶闸管可控整流电路的负载分为性负载，性负载和负载三大类。
7、电阻、电感、反电动势。
8、当晶闸管可控整流的负载为大电感负载时，负载两端的直流电压平均值会，解决的办法就是在负载的两端接一个。
8、减小、并接、续流二极管。
9、工作于反电动势负载的晶闸管在每一个周期中的导通角、电流波形不连续、呈状、电流的平均值。
要求管子的额定电流值要些。
9、小、脉冲、小、大。
10、单结晶体管的内部一共有个PN 结，外部一共有3 个电极，它们分别是极、极和极。
10、一个、发射极E、第一基极B1、第二基极B2。
11、当单结晶体管的发射极电压高于电压时就导通；低于电压时就截止。
11、峰点、谷点。
12、触发电路送出的触发脉冲信号必须与晶闸管阳极电压，保证在管子阳极电压每个正半周内以相同的被触发，才能得到稳定的直流电压。
12、同步、时刻。
13、晶体管触发电路的同步电压一般有同步电压和电压。
13、正弦波、锯齿波。
14、正弦波触发电路的同步移相一般都是采用与一个或几个的叠加，利用改变的大小，来实现移相控制。
14、正弦波同步电压、控制电压、控制电压。
15、在晶闸管两端并联的RC 回路是用来防止阳”接法。
（×）损坏晶闸管的。
9、晶闸管采用“共阴”接法或“共阳”接法都一样。
电力电子技术习题及答案 第1章
8、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 的优缺点的比较如下表： 器件 IGBT 优 点 缺 点 开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流 开 关 速 度 低 于 电 力 冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高， MOSFET ，电压，电流容 为电压驱动，驱动功率小 量不及 GTO 开关速度低，为电流驱动， 耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强 ， 所需驱动功率大，驱动电 饱和压降低 路复杂，存在二次击穿问 题 电流关断增益很小，关断 时门及负脉冲电流大，开 关速度 低， 驱动 功率 大， 驱动电路复杂，开关频率 低 电流容量小，耐压低，一 般中 适 用 于 功 率 不 超 过 10kw 的电力电子装置
过流
二、判断题 1、“电力电子技术”的特点之一是以小信息输入驱动控制大功率输出。 （ √ ） 2、某晶闸管，若其断态重复峰值电压为 500V ，反向重复峰值电压为 700V ，则该晶闸管的 额定电压是 700V 。 （ × ） 3、晶闸管导通后，流过晶闸管的电流大小由管子本身电特性决定。 （ × ） 4、尖脉冲、矩形脉冲、强触发脉冲等都可以作为晶闸管的门极控制信号。 （ √ ） 5、 在晶闸管的电流上升至其维护电流后， 去掉门极触发信号， 晶闸管级能维护导通。 （×
） ）
1、图中阴影部分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 。
解：a ） I d1
1 2
m 4
I sin td (t )
1m 2 ( 1) 0.2717I m 2 2
2 220 311.13V ；取晶闸管的安全裕量为 2 ，则晶闸管额定电压不低于 2× 311.13 ≈
电力电子技术试题及答案
I=1.66Id=1.66×30=50A 为最大值 ITM 50 ∴ IT(AV)=2× =2× =64A 取 100A 1.57 1.57 又 Uyn=2UTM=2× 2 ×220=624V 取 700V
解：① 单向半波可控整流电路的 1 COS UL=0.45U2 2 当 UL=50V 时
阳”接法。 （×） 9、晶闸管采用“共阴”接法或“共阳”接法都一样。 （×） 10、 增大晶闸管整流装置的控制角α，输出直流电压的平 均值会增大。 （×） 11、 在触发电路中采用脉冲变压器可保障人员和设备的安 全。 （√） 12、 为防止“关断过电压”损坏晶闸管，可在管子两端并 接压敏电阻。 （×） 13、 雷 击 过 电 压 可 以 用 RC 吸 收 回 路 来 抑 制 。 （×） 14、 硒 堆 发 生 过 电 压 击 穿 后 就 不 能 再 使 用 了 。 （×） 15、 晶 闸 管 串 联 使 用 须 采 取 “ 均 压 措 施 ”。 （√） 16、 为防止过电流，只须在晶闸管电路中接入快速熔断器 即可。 （×） 17、 快速熔断器必须与其它过电流保护措施同时使用。 （√） 18、 晶 闸 管 并 联 使 用 须 采 取 “ 均 压 措 施 ”。 （×） 22、在电路中接入单结晶体管时，若把 b1、b2 接反了， 就会烧坏管子。 （×） 23、 单结晶体管组成的触发电路也可以用在双向晶闸管电 路中。 （√） 24 、单结晶体管组成的触发电路输出的脉冲比较窄。
15 、 在 晶 闸 管 两 端 并 联 的 RC 回 路 是 用 来 防 止 损坏晶闸管的。 15、关断过电压。 16、为了防止雷电对晶闸管的损坏，可在整流变压器的 一次线圈两端并接一个 或 。 16、硒堆、压敏电阻。 16、用来保护晶闸管过电流的熔断器叫 。 16、快速熔断器。 二、
(完整版)电力电子技术第二版张兴课后习题答案
一、简答题2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。
题2.1图在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。
2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。
电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。
2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。
电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。
2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。
导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。
阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。
电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。
感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，d i/d t 越大，峰值电压U FP 越高。
2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。
若流过PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。
2.6 比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。
从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。
电力电子技术第二版张兴课后习题答案
一、简答题2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。
题2.1图在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。
2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。
电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。
2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。
电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。
2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。
导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。
阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。
电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。
感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，d i/d t 越大，峰值电压U FP 越高。
2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。
若流过PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。
2.6 比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。
从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。
电力电子技术第二版张兴课后习题答案
一、简答题2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。
题2.1图在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。
2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。
电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。
2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。
电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。
2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。
导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。
阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。
电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。
感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，d i/d t 越大，峰值电压U FP 越高。
2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。
若流过PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。
2.6 比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。
从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。
电力电子技术(第二版)第1章答案
第1章 电力电子器件习题答案1.晶闸管导通的条件是什么?关断的条件是什么? 答: 晶闸管导通的条件:① 应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压。
② ②应在晶闸管的门极与阴极之间也加上正向电压和电流。
晶闸管关断的条件:要关断晶闸管,必须使其阳极电流减小到一定数值以下,或在阳极和阴极加反向电压。
2.为什么要限制晶闸管的通态电流上升率?答:因为晶闸管在导通瞬间,电流集中在门极附近,随着时间的推移,导通区才逐渐扩大,直到全部结面导通为止。
在刚导通时,如果电流上升率/di dt 较大,会引起门极附近过热,造成晶闸管损坏，所以电流上升率应限制在通态电流临界上升率以内。
3.为什么要限制晶闸管的断态电压上升率？答：晶闸管的PN 结存在着结电容，在阻断状态下，当加在晶闸管上的正向电压上升率/du dt 较大时，便会有较大的充电电流流过结电容，起到触发电流的作用，使晶闸管误导通。
因此，晶闸管的电压上升率应限制在断态电压临界上升率以内。
4.额定电流为100A 的晶闸管流过单相全波电流时，允许其最大平均电流是多少？ 解：额定电流为100A 的晶闸管在不考虑安全裕量的情况下，允许的电流有效值为：A I I 15710057.157.1T(A V )T =⨯==晶闸管在流过全波电流的时候，其有效值和正弦交流幅值的关系为：2d )sin (1m 02m T I t t I I ==⎰πωωπ其平均值与和正弦交流幅值的关系为：πωωππmm d 2d sin 1I t t I I ==⎰则波形系数为：11.122d T f ===πI I K 则晶闸管在流过全波电流的时候，其平均值为：A K I I 1.14111.1157f T d ===所以，额定电流为100A 的晶闸管流过单相全波电流时，允许其最大平均电流是141.4A 。
5.晶闸管中通过的电流波形如下图所示，求晶闸管电流的有效值、平均值、波形系数及晶闸管额定电流。
解：晶闸管电流的有效值为A I t I I 5.11532003d 21m 3202m T ====⎰πωπ晶闸管电流的平均值为A I t I I 7.6632003d 21m 320m d ====⎰πωπ波形系数为732.17.665.115d T f ===I I K 晶闸管的额定电流为A I I 120)2~5.1(57.1TT(AV)=⨯=6.比较GTO 与晶闸管的开通和关断，说明其不同之处。
(完整版)电力电子技术(第二版)第1章答案
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grrr 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HA I mA K VI <=Ω=250100，所以不合理。
电力电子技术第二版张兴课后习题答案
一、简答题2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。
题2.1图在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。
2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。
电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。
2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。
电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。
2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。
导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。
阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。
电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。
感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，d i/d t 越大，峰值电压U FP 越高。
2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。
若流过PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。
2.6 比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。
从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。
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第1章 电力电子器件习题答案1.晶闸管导通的条件是什么?关断的条件是什么? 答: 晶闸管导通的条件:① 应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压。
② ②应在晶闸管的门极与阴极之间也加上正向电压和电流。
晶闸管关断的条件:要关断晶闸管,必须使其阳极电流减小到一定数值以下,或在阳极和阴极加反向电压。
2.为什么要限制晶闸管的通态电流上升率?答:因为晶闸管在导通瞬间,电流集中在门极附近,随着时间的推移,导通区才逐渐扩大,直到全部结面导通为止。
在刚导通时,如果电流上升率/di dt 较大,会引起门极附近过热,造成晶闸管损坏，所以电流上升率应限制在通态电流临界上升率以内。
3.为什么要限制晶闸管的断态电压上升率？答：晶闸管的PN 结存在着结电容，在阻断状态下，当加在晶闸管上的正向电压上升率/du dt 较大时，便会有较大的充电电流流过结电容，起到触发电流的作用，使晶闸管误导通。
因此，晶闸管的电压上升率应限制在断态电压临界上升率以内。
4.额定电流为100A 的晶闸管流过单相全波电流时，允许其最大平均电流是多少？ 解：额定电流为100A 的晶闸管在不考虑安全裕量的情况下，允许的电流有效值为：A I I 15710057.157.1T(AV)T =⨯==晶闸管在流过全波电流的时候，其有效值和正弦交流幅值的关系为：2d )sin (1m 02m T I t t I I ==⎰πωωπ其平均值与和正弦交流幅值的关系为：πωωππmm d 2d sin 1I t t I I ==⎰则波形系数为：11.122dT f ===πI I K则晶闸管在流过全波电流的时候，其平均值为：A K I I 1.14111.1157fT d ===所以，额定电流为100A 的晶闸管流过单相全波电流时，允许其最大平均电流是141.4A 。
5.晶闸管中通过的电流波形如下图所示，求晶闸管电流的有效值、平均值、波形系数及晶闸管额定电流。
解：晶闸管电流的有效值为A I t I I 5.11532003d 21m 3202m T ====⎰πωπ晶闸管电流的平均值为A I t I I 7.6632003d 21m 320m d ====⎰πωπ波形系数为732.17.665.115dT f ===I I K晶闸管的额定电流为A I I 120)2~5.1(57.1T T(AV)=⨯=6.比较GTO 与晶闸管的开通和关断，说明其不同之处。
答：GTO 与晶闸管开通过程的不同之处：GTO 与晶闸管最大区别就是导通后回路增益12αα+数值不同，晶闸管的回路增益12αα+常为1.15左右，而GTO 得12αα+略大于1（其中1α和2α分别为112P N P 和122N P N 的共基极电流放大倍数，1α比2α小）。
GTO 与晶闸管关断过程的不同之处：GTO 处于临界饱和状态时用抽走阳极电流的方法破坏临界饱和状态，能使器件关断，又GTO 得门极和阴极是多元并联结构，故也能从门极抽走更大的电流使GTO 关断。
而晶闸管导通之后处于深度饱和状态，用抽走阳极电流的方法不能使其关断，它是通过使阳极电压减小到零或反向的方法来关断的。
7.电力电子器件为何要设置缓冲电路？说明其作用。
有哪些缓冲电路形式？答：附加各种缓冲电路，不仅能降低浪涌电压、/du dt 和/di dt ，还能减少器件的开关损耗、避免器件损坏和抑制电磁干扰，提高电路可靠性。
缓冲电路的作用是在电力电子器件开通和关断的过程中减缓其电流或电压上升率，以降低电力电子器件的开关损耗和开关应力。
缓冲电路有耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路两种类型。
其中前者有5种缓冲电路形式：RC 关断缓冲电路、RCD 关断缓冲电路、母线吸收式缓冲电路、开通缓冲电路、复合缓冲电路。
8.简单说明大功率晶体管BJT 与小功率晶体管作用有何不同。
答：大功率晶体管耐压高，电流大，开关特性好，主要工作在开关状态。
小功率晶体管用于信息处理，注重单管电流放大系数，线性度，频率响应以及噪声和温漂等性能参数。
9.导致BJT 二次击穿的因素有哪些？可采取何种措施抑制二次击穿的出现？答：二次击穿主要是由于器件局部过热引起的，而热点的形成需要能量的积累，即需要一定的电压、电流和一定的时间。
因此集电极电压、电流、负载性质、导通脉冲宽度、基极电路的配置，以及材料、工艺等因素都对二次击穿有一定的影响。
为防止BJT二次击穿，尽量避免采用电抗成分过大的负载，并合理选择工作点及工作状态，使之不超过BJT的安全工作区。
10.VDMOS结构会发生二次击穿吗？为什么？答：VDMOS结构不会发生二次击穿.因为它是采用垂直导电的双扩散MOS结构,利用两次扩散形成的P型区和N+型区,在硅片表面处的结深之差形成沟道,电流在沟道内沿表面流动,然后垂直被漏极接收,具有正温度系数，故没有热点反馈引起的二次击穿,输入阻抗高,跨导的线性度好和工作频率高。
11.功率MOSFET是电压控制器件，是否需要栅极驱动电流？答：功率MOSFET是电压控制器件，不需要栅极驱动电流。
但由于有栅源电容，还是需要很小的一点电流的。
12.功率MOSFET静电保护措施有哪些？答：功率MOSFET可采取3个方面的静电保护措施：①应存放在防静电包装袋、导电材料包装袋或金属容器中，不能放在塑料袋或纸袋中。
取用器件时应拿器件管壳，而不要拿引线。
②将开关管接入电路时，工作台和烙铁都必须良好接地，焊接时电烙铁功率应不超过25W，最好是用内热式烙铁，先焊漏极与源极或集电极和发射极，最好使用12～24V的低电压烙铁，且前端作为接地点。
③在测试开关管时，测量仪器和工作台都必须良好接地，并尽量减少相同仪器的使用次数和使用时间，开关管的3个电极未全部接入测试仪器或电路前，不要施加电压，改换测试范围时，电压和电流都必须先恢复到零。
13.IGBT在何种情况下会出现擎住效应？使用中如何避免出现该效应？答：因为IGBT是4层结构，体内存在一个寄生晶体管，在NPN晶体管的基极与发射极之间存在一个体区短路电阻,P型区的横向空穴流过该电阻会产生一定压降,对J3结来说相当于一个正偏置电压,当输出集电极电流i c大到一定程度时,该正偏置电压使NPN晶体管导通,进而使NPN和PNP晶体管处于饱和状态,于是寄生晶闸管导通,栅极失去控制作用,这就是所谓的擎住效应。
du dt和过大的过载电流。
所以，IGBT在使用中,应注意防止过高的/14.晶闸管并联时，有几种引起电流不平衡的原因？如何抑制？答：由于并联的各个晶闸管在导通状态时的伏安特性各不相同，却有相同的端电压，因而通过并联器件的电流是不等的。
为了使并联器件的电流均匀分配，除了选用特性比较一致的器件进行并联外，还可采用串联电阻法和串联电感等均流措施。
15．简述产生过电压的原因，对不同的过电压分别采取什么样的保护措施？答：引起过电压的原因：（1）操作过电压。
由断路器的拉闸、合闸、变压器的通电、断电等经常性操作中的电磁过程引起的过电压。
（2）浪涌过电压。
由雷击等偶然原因引起，从电网进入变换器的过电压，其幅值远远高于工作电压。
（3）电力电子器件关断过电压。
电力电子器件关断时，由于回路电感在电力电子器件上产生的过电压。
（4）过电压和过电流保护动作引起的过电压。
某处过电流过电压动作时所产生的电路的过电流过电压抑制过程，可能引起电路其他部分产生过电流过电压。
（5）泵升过电压。
在电力电子变换器—电动机调速系统中，由于电动机回馈制动造成直流侧过电压。
对不同的过电压可采取的保护措施有：（1）雷击过电压可在变压器初级接避雷器加以保护。
（2）二次电压很高或变压比很大的变压器，一次侧合闸时，由于一次、二次绕组间存在分布电容，高电压可能通过分布电容耦合到二次侧而出现瞬时过电压。
对此可采取变压器附加屏蔽层接地或变压器星形中点通过电容接地的方法来减小电压。
（3）阻容保护电路是变换器中用得最多的过电压保护措施。
（4）泵升电压应该采用泄放回路或者将能量回馈电网。
16．简述产生过电流的原因，对不同的过电流分别采取什么样的保护措施？答：产生过电流的原因：（1）外部出现负载过大、交流电源电压过高或过低、缺相时引起的过电流。
（2）电力电子变换器内部某一器件击穿或短路、线路绝缘老化失效、直流侧短路、可逆传动系统产生环流或逆变失败引起的过电流。
（3）控制线路、触发电路、驱动电路的故障或干扰信号的侵入引起的误动作引起的过电流。
（4）配线等人为的错误引起的过电流。
对不同的过电流可采取的保护措施有：（1）交流进线电抗器。
加入进线电抗器或采用漏抗大的整流变压器，利用电感限制短路电流。
（2）电流检测装置和直流过流继电器。
在交流侧设置电流检测装置，利用过电流信号控制触发电路，使触发脉冲后移或使晶闸管关断，使输出直流电压下降，从而抑制过电流。
加过流继电器也能实现过流保护，但动作时间大约200ms，不能有效地保护电力电子器件。
（3）快速熔断器。
它是防止变换器过电流损坏的最后一道防线。
（4）直流快速开关。
它的动作时间只有2ms,在直流侧过电流时，它可先于快速熔断器动作而达到保护电力电子器件的目的。
17.阐述不同过电流保护的动作时序。
答：①交流进线电抗器。
加入进线电抗器或采用漏抗大的整流变压器，利用电感限制短路电流。
②电流检测装置和直流过流继电器。
在交流侧设置电流检测装置，利用过电流信号控制触发电路，使触发脉冲后移或使晶闸管关断，使输出直流电压下降，从而抑制过电流。
③直流快速开关。
它的动作时间只有2ms,在直流侧过电流时，它可先于快速熔断器动作而达到保护电力电子器件的目的。
④快速熔断器。
它是防止变换器过电流损坏的最后一道防线。
1.9 图题1.9中实线部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为I m ，试计算各图的电流平均值．电流有效值和波形系数。
解：图(a)： I T(AV )=π21⎰πωω0)(sin t td I m =πmII T =⎰πωωπ2)()sin (21t d t I m =2m IK f =)(AV T TI I =1.57图题1．9图(b)： I T(AV )=π1⎰πωω0)(sin t td I m =π2I mI T =⎰πωωπ2)()sin (1t d t I m =2m IK f =)(AV T T I I =1.11图(c)： I T(AV )=π1⎰ππωω3)(sin t td I m =π23I mI T =⎰ππωωπ32)()sin (1t d t I m = I mm I 63.08331≈+πK f =)(AV T T I I =1.26图(d)： I T(AV )=π21⎰ππωω3)(sin t td I m =π43I mI T =⎰ππωωπ32)()sin (21t d t I m = I mm I 52.06361≈+πK f =)(AV T TI I =1.78图(e)： I T(AV )=π21⎰4)(πωt d I m =8m II T =⎰42)(21πωπt d I m =22mIK f =)(AV T TI I =2.83图(f)： I T(AV )=π21⎰2)(πωt d I m =4m II T =⎰22)(21πωπt d I m =2m IK f =)(AV T TI I =21.10上题中，如不考虑安全裕量，问额定电流100A 的晶闸管允许流过的平均电流分别是多少?解：(a)图波形系数为1.57，则有： 1.57)(AV T I ⨯=1.57⨯100A , I T(AV) = 100 A(b)图波形系数为1.11，则有： 1.11)(AV T I ⨯=1.57⨯100A , I T(AV)=141.4A (c)图波形系数为1.26，则有： 1.26)(AV T I ⨯=1.57⨯100A , I T(AV)=124.6A (d)图波形系数为1.78，则有： 1.78)(AV T I ⨯=1.57⨯100A , I T(AV)=88.2A (e)图波形系数为2.83，则有： 2.83)(AV T I ⨯=1.57⨯100A, I T(AV)=55.5A (f)图波形系数为2，则有： 2)(AV T I ⨯=1.57⨯100A , I T(AV)=78.5A。