张兴电力电子课后习题答案

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1、第二章2.1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。答：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。2.2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。答：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。2.3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。答：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

2、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UFP后转为下降，最后稳定在UF。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，di/dt越大，峰值电压UFP越高。2.4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不随电流的大小而变化。-答：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

3、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。2.5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？答：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。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。2.6描述晶闸管正常导通的条件。答：承受正向电压且有门极触发电流。2.7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：晶闸管流过的电流大于维持电流；通过外部电路使晶闸管流过的电流低于维持电流。2.8若流过晶闸管的电流波

4、形如题2.8图所示，电流峰值为Im，试求该电流的波形系数，并选择晶闸管（不考虑电压、电流裕量）。1p3Im答：I=Isinwtd(wt)=T(AV)2pòp/3m4p1p2I=(Isinwt)dwt=0.45ITòmm2pp/3ITK==1.88fIT(AV)不考虑电流裕量，晶闸管额定电流为0.45Im/1.57=0.29Im题2.8图2.9试分析可能出现的晶闸管的非正常导通方式有哪几种。答：阳极电压达到正向转折电压Ubo；阳极电压上升率du/dt过高；结温过高。2.10晶闸管串入2.10图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。答：在晶闸管

5、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，即使晶闸管有触发脉冲，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）。题2.10图2.11为什么GTO的内部结构与普通晶闸管相似，但却可以通过施加门极负电流使其关断？答：GTO是一种多元的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。这种结构使得门极和阴极间的距离大为缩短，P2基区的横向电阻很小，便于从门极抽出较大的电流；其a2较大，使得

6、晶体管V2对门极电流的反应比较灵敏，同时其α1+α2≈1.05，更接近于1，使得GTO导通时饱和程度不深，更接近于临界饱和，从而为门极控制关断提供有利条件。2.12PowerMOSFET和GTR哪个易于并联，为什么？答：PowerMOSFET更易于并联，其导通沟道电阻为正温度系数。2.13试解释PowerMOSFET的开关频率高于GTR、IGBT、GTO。答：PowerMOSFET为单极性器件，没有少数载流子存贮效应，反向恢复时间很短。2.14试说明动态参数通态电流临界上升率di/dt和断态电压临界上升率du/dt的意义。答：晶闸管门极注入触发电流后

7、，晶闸管开始只在靠近门极附近的小区域内导通，随着时间的推移，导通区才逐渐扩大到PN结的全部面积。如果阳极电流上升太快，则会导致门极附近的PN结因电流密度过大而烧毁，使晶闸管损坏。所以对晶闸管必须规定允许的最大通态电流上升率，称为通态电流临界上升率di/dt。晶闸管的结面在阻断状态下相当于一个电容，若突加一正向阳极电压，便会有一个充电电流流过结面，该充电电流流经靠近阴极的PN结时，产生相当于触发电流的作用，如果这个电流过大，会使元件误触发导通，因此对晶闸管还必须规定允许的最大断态电压上升率。在规定条件下，晶闸管直接从断态转换到通态的最大阳极电压上升率，

8、称为断态电压临界上升率du/dt。2.15试解释为什么GTR有二次击穿现象，而PowerMOSFET没有。答