电力电子技术 第3版 第1章 电力电子器件 习题

一、简答题

1、晶闸管内部有几个PN结?外部有几个电极？

答：有3个PN结；有3个电极。

2、普通晶闸管的额定电流是用什么电流表示？双向晶闸管的额定电流用什么电流表示？

答：普通晶闸管的额定电流用平均值表示；双向晶闸管的额定电流用有效值表示。

3、双向晶闸管通常用在什么类型的变换电路中？其外部有几个电极？

答：双向晶闸管通常用于交流变换电路中的，其外部有3个电极。

4、当阳极电流小于什么电流时，晶闸管才会由导通转为截止？

答：维持电流。

5、脉冲触发电路与晶闸管的连接方式有哪3种？

答：直接连接、光耦合器连接、脉冲变压器耦合连接。

6、某晶闸管型号规格为KP200・8D,试问型号规格代表什么意义？

解：KP代表普通型晶闸管，200代表其晶闸管的额定电流为200A,8代表晶闸管的正反向峰值电压为

800V,D代表通态平均压降为0.6丫＜。/V0.7V。

二、填空题

1、请在空格内标出下面元件的英文大写简称：电力晶体管（）:可关断晶闸管（）;功率场效应晶

体管（）：绝缘栅双极型晶体管（）；IGBT是（）和（）的复合管。

答：GTR.GT。、P-MOSFFT.IGRT,MOSFFT和6TR-

2、晶闸管在触发开通过程中，当阳极电流小于（）电流前，如去掠（）脉冲，晶闸管又会关断。

答：擎住电流，触发脉冲，

3、由波形系数可知，晶闸管在额定情况下的有效值电流1如等于（）倍1『人丫），如果IT,AV）=100A,

则它允许的有效电流为（）Ao通常在选择晶闸管时还要留出（）倍的裕量。

答：1.57；157；1.5~2；

4、型号为KS100-8的元件表示（）晶闸管、它的额定电压为（）V、额定电流为（）Ao

答：双向晶闸管、800V.100Ao

5、目前常用的具有自关断能力的电力电子元件有（）、（）、（）、（）几种。并写出它们

的电气符号。

甘A小I

答：GTO：GTR；MOSFET；IGBT；GT0110sm

三、问答题

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：晶闸管阳极和阴极间施加正向电压，并在门极和阴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电源和负载阻抗决定，负载上电压由电源电压决定。

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：（1）晶闸管的关断条件是要使晶闸管的阳极电流以减小到维持电流IH以下，使晶闸管内部的电流

正反馈无法进行，进而实现品闸管的关断。（2）增大负载阻抗、减小阳极电压或使其反向。（3）

其两端电压大小由电源电压决定。

3、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。

4、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品闸管开通。主要用于高压大功率场合。

S、晶闸管触发的触发脉冲要满足哪几项基本要求？

答：A触发信号应有足够的功率。B触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导

通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。C触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉

冲移相范围必须满足电路要求。

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VI、V2,分别具有

共基极电流增益cd和,由普通晶闸管的分析可得，alIa2=l是器件临界W通的条件。

al+a2>l两个等效晶体管过饱和而导通；al+a2Vl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：DGTO在设计时al较大，这样晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断;2）GTO导通时al+a2

更接近于1,普通晶闸管al+a221.15,而GTO则为al+a2=L05,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。

7、如何防止P・MOSFET因静电感应应起的损坏？

答：P-MOSFET的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。它的输入电容是低泄漏电容，当栅极开路

时极易受静电干扰而充上超过±20的击穿电压，所以为防止MOSFET因静电感应而引起的损坏，应注

意以下儿点：①一般在不用时将其三个电极短接；②装配时人体、工作台、电烙铁必须接地，测试时

所有仪器外壳必须接地；③电路中，栅、源极间常并联齐纳二极管以防止甩压过高；④漏、源极间也

要采取缓冲电路等措施吸收过电压。

8、IGBT、GTR、GTO和P-MOSFET的驱动电路各有什么特点？

答：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、试说明IGBT、GTR、GT。和电力MOSFET各自的优缺点。

答：对IGBT、GTR、GTO和P-MOSFET的优缺点比较如下表:

器件优点缺点

开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲

开关速度低于P-MOSFET,电压、电流容量

IGBT电流冲击的能力，通态压降较低，输入

不及GTOo

阻抗高，为电压驱动，驱动功率小。

耐压高，电流大，开关特性好，通流能开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，

GTR

力强，饱和压降低。驱动电路复杂，存在二次击穿问题。

电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流

电压、电流容量大，适用于大功率场合，

GTO大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，

具有电导倜制效应，其通流能力很强。

开关频率低。

开关速度央，输入阻抗高，热稳定性好，

电沆容用小，耐压低，一般只适用于功率不超

P-MOSFET所需驱动功率小且驱动电路简单，工作

过】0kW的电力电子装置。

频率高，不存在二次击穿问题。

10、GTR对基极驱动电路的要求是什么？

答：要求如下：

(1)提供合适的正反向基流以保证GTR可靠导通与关断；(2)实现主电路与控制电路隔离：(3)自

动保护功能，以便在故障发生时快速自动切除驱动信号避免损坏GTR：(4)电路尽可能简单，工作稳

定可靠，抗干扰能力强。

11、与GTR相比P-MOSFET管有何优缺点？

答：GTR是电流型器件，P-MOSFET是电压型器件，与GTR相比，P-MOSFET管的工作速度快，开

关频率高，驱动功率小且驱动电路简单，无二次击穿问题，安全工作区宽，并且输入阻抗可达几十兆

欧。但P-MOSFET的缺点有：电流容最低，承受反向电压小。

12、分别说明什么是不可控型、半控型和全控型电力电子器件。

答：（1）不可控型：其开关性能仅取决于施加于器件阳、阴极间的电压极性。

（2）半控型在其阳、阴极间加正向电压，同时在门极和阴极间输入正向控制电压，控制其开通。

器件一旦开通，就不能再通过门极来控制关断。

（3）全控型控制端不仅可控制其开通，而且也能控制其关断。

四、计算题

1、习题图1-57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试计算

各波形的电流平均值，T（AV）与电流有效值/T以及波形系数

(5)(6)

习题图1-57

1

()，T(AV)尸丁Lsincmd(cot)=-^(-―+1)"0.272/w；

2乃242

«0.4767/,,；K尸」—二1.75。

sincot)2d(cot)f

,T(AV)

1”/-x/2

1AV)，=-LImsin①td(3t)=+D«0.543//

G=*£(/〃,sina/或W)=+x0.674\lm；"=1.24°

V2V4L7Z/「AV)

⑶心尸北…加〃加=力“；7H卜袅八63人

K(二—^—=1.26。

JI

T(AV)

4）Zsin52

（T（AV）=^Jpwsin0加（由）=W/〃,；5二J止「（/，〃"）%（&）={1+V。a°-<

Kf=」—=1.78。

f

ljT（AV）

2

（5）/「AV）=白的必加=g"dGM=3；Kf=—^—=2.83o

2zroV27r2,2^T（AV）

⑹，T（AV产;后//（切）=

2；%=J；/2d（确=与;Kf=-^―=20

214V2/2ITiAV）

2、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：（1）图波形系数为1.75,则有：L75X/7（W）=1.57XI00A,/T（AV）=89.7A

（2）图波形系数为1.24,则有:1.24x/ruv）=1.57x100A,/T（AV）=126.6A

（3）图波形系数为1.26,则有:1.26x/ruv）=1.57x100A,/T（AV）=124.6A

（4）图波形系数为1.78,则有:1.78x//.（AV）=1.57X100A,/T（AV）=88.2A

（5）图波形系数为2.83,则有：2.83x7r（4V）=1.57x1（X）A,/T（AV）=55.5A

（6）图波形系数为2,则有:2x/r（^v）=1.57x100A,/T（AV）=78.5A•

3、型号为KP100.3,维持电流Iu=4mA的晶闸管，使用在习题图1・58所示电路中是否合理，为什么？

（暂不考虑电压、电流裕量）

习题图1-58

答：（1）因为乙=U2L=2加4</〃，所以不合理。

450KC〃

200V

（2）因为，=ru=20A,KP100的电流额定值为100A,裕量达5倍，太大了。

八10Q

（3）因为，=""=150A,大于额定值，所以不合理。

八1Q

4、如习题图1・59所示，试画出负载凡上的电压波形（不考虑管子的导通压降）。

解：其波形如下图所示:

5、在习题图1・60中，若要使用单次脉冲触发晶闸管T导通，门