电力电子技术答案

电力电子技术习题解答

习题一

1、晶闸管正常导通的条件是什么，导通后流过的电流由什么决定？晶闸管关断的条件是什么，如何实现？

答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压（U AK>0），并在门极施加触发电流（U GK>0）。要使晶闸管由导通转为关断，可利用外加反向电压或由外电路作用使流过晶闸管的电流降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。

2、有时晶闸管触发导通后，触发脉冲结束后它又关断了，是何原因？

答：这是由于晶闸管的阳极电流I A没有达到晶闸管的擎住电流（I L）就去掉了触发脉冲，这种情况下，晶闸管将自动返回阻断状态。在具体电路中，由于阳极电流上升到擎住电流需要一定的时间（主要由外电路结构决定），所以门极触发信号需要保证一定的宽度。

3、图1-32中的阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为I m，试计算各波形的电流平均值、有效值。如不考虑安全裕量，额定电流100A的晶闸管，流过上述电流波形时，允许流过的电流平均值I d各为多少？

(f)

图1-32 习题3附图

解：（a）

11

sin()()20.3183

22

m

da m m m

I

I I t d t I I

π

ωω

πππ

===≈

⎰

2

m a

I I===

额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则2157314()m I A =⨯=； 平均值为：100m

da I I A π

=

=。

（b ）0

12

sin()()0.6366db m m m I I t d t I I π

ωωππ

=

=

≈⎰

b I =

=

= 额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A

，则157222()m I A =≈； 平均值为：0.6366141.33()db m I I A =≈。

（c ）3

1

3

sin()()0.47752dc m m m I I t d t I I π

π

ωωπ

π

=

=

≈⎰

0.6342c m I I I =

=

=≈ 额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则157

247.56()0.6342

m I A =≈； 平均值为：0.4775118.21()dc m I I A =≈。

（d ）3

31

13

sin()()0.23872224m dd m m m I I I t d t I I π

π

ωωπ

ππ

=

=

=≈⎰

0.4485d m I I =

=

= 额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则157

350.06()0.4485

m I A =≈； 平均值为：0.238783.56()dd m I I A =≈。

（e ）40

1

1()0.125224

de m m m I I d t I I π

π

ωπ

π=

=

=⎰

0.3536e m I I =

≈

额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则157

444.00()0.3536

m I A =

≈；

平均值为：0.12555.5()de m I I A ==。

（f ）40

1

1()0.254

df m m m I I d t I I π

π

ωπ

π=

=

=⎰

0.5f m I I =

=

额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则：157

314()0.5

m I A =

=； 平均值为： 0.2531478.5()df I A =⨯=

4、为什么晶闸管不能用门极负脉冲信号关断阳极电流，而GTO 却可以？

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α1和α2，由普通晶闸管得分析可得，α1＋α2＝1是器件临界导通的条件。α1＋α2>1两个晶体管饱和导通；α1＋α2<1不能维持饱和导通而关断。 GTO 能关断，而普通晶闸管不能是因为GTO 在结构和工艺上有以下几点不同：

A 多元集成结构使每个GTO 元的阴极面积很小，门极和阴极的距离缩短，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。

B GTO 导通时α1＋α2更接近1，晶闸管α1＋α2>1.15，而GTO 则为α1＋α2≈1.05，饱和程度不深，在门极控制下易于退出饱和。

C GTO 在设计时，α2较大，晶体管V2控制灵敏，而α1很小，这样晶体管V1的集电极电流不大，易于从门极将电流抽出，从而使GTO 关断。

5、GTO 与GTR 同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同？ 答：二者都是电流型驱动型器件，其开通和关断都要求有相应的触发脉冲，要求其触发电流脉冲的上升沿陡且实行强触发。GTR 要求在导通期间一直提供门极触发电流信号，而GTO 当器件导通后可以去掉门极触发电流信号；GTO 的电流增益（尤其是关断电流增益很小）小于GTR ，无论是开通还是关断都要求触发电流有足够的幅值和陡度，其对触发电流信号（尤其是关断门极负脉冲电流信号）的要求比GTR 高。

6、试比较GTR 、GTO 、MOSFET 、IGBT 之间的差异和各自的优缺点。