第2章电力二极管和晶闸管

第2章电力电子器件1.电力电子器件按照能够被控制信号所控制的程度，可分为：半控型器件、全控型器件和不可控器件。2.PN结中的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ，又称为微分电容。结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容CD。势垒电容只在外加电压变化时才起作用（空间电荷区的宽度变化，具有充放电效应），外加电压频率越高，势垒电容作用越明显。势垒电容的大小与PN结截面积成正比，与阻挡层（空间电荷区）厚度成反比，故在正偏低电压变化时CB较大，而反偏时CB较小，但由于反偏电阻大，其并联等效电容CB亦不可忽视；扩散电容仅在正向偏置时存在，由空间电荷区两侧的P、N区少子浓度分布形成的电荷存储效应形成，正偏电压较大时电荷存储量增大，表现为扩散电容CD较大。总之，在反偏和正偏低压时，以势垒电容为主；正向电压较高时，扩散电容为结电容的主要成分。1.关于电导调制效应，以下叙述中正确的是：()A.仅在PN结上流过的正向电流，且电流较大时存在；B.它是由于注入并积累在低掺杂区的少子，浓度远远超过原始基片中多子浓度，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应地大幅度增加，使得其电导率明显增加，从而构成所谓“电导调制效应”；C.对于单极性晶体管不存在电导调制效应；D.电导调制效应使晶体管的导通电阻降低。3.什么是电导调制效应？答：当PN结上流过的正向电流较大时，注入并积累低掺杂N区的少子空穴浓度将很大，远远超过原始N型基片多子浓度，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应地大幅度增加，使得其电导率明显增加，这就是电导调制效应。5.使晶闸管导通的条件是什么？答：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发脉冲。或：0AKu且0GKu。6.怎样理解晶闸管具有双向电压阻断能力？答：晶闸管承受反向电压时不导通；晶闸管承受正向电压时如果没有门极触发脉冲也不导通。7.下面哪一个是绝缘栅双极型晶体管的简称：(C)A、GTO；B、GTR；C、IGBT；D、MOSFET。GTR属三端三层两结的双极型晶体管，是多元集成器件。结构上与小功率三极管相似，有三个电极，分别为基极B、集电极C和发射极E。8.在电力电子电路中，GTR工作在开关状态，即工作在：(A)A.截止、饱和状态；B.截止、放大状态；C.饱和、放大状态；D.截止、非饱和状态。9.在电力电子电路中，电力电子器件工作在开关状态，即工作在：(A)A.截止、饱和状态；B.截止、放大状态；C.饱和、放大状态；D.截止、非饱和状态。10.电力电子变流技术包括电路的换流方式和电能变换的基本类型。其中基本类型包括AC/AC变换、AC/DC变换、DC/DC变换和DC/AC变换。11.控制电路的主要功能是为变流器中的功率器件提供门极驱动信号，从而实现所需的电能变换与控制。变流电路的控制方式一般都按器件开关信号与控制信号间的关系分类。A.相控式：器件的开通信号相位，即导通时刻的相位，受控于控制信号幅度的变化。B.频控式：用控制电压的幅值变化来改变器件武装人员的频率，以实现器件开关工作频率的控制。这种控制方式多用于直流-交流变换电路中。C.斩控式：器件以远高于输入、输出电压工作频率的开关频率运行，利用控制电压（即调制电压）的幅值来改变一个开关周期中器件导通占空比，从而实现电能的变换与控制。12.当121时，SCR与GTO处于临界饱和导通状态、121时处于饱和导通状态，121时处于关断状态。通常GTO导通时，双晶体管的05.121，因而元件处于略过临界的导通状态，这就为GTO用门极负信号使121提供了有利条件。与之形成对比的是，SCR导通时15.121，饱和程度较深，用门极负脉冲不足以使21达到小于1的程度。13.功率场效应晶体管简称MOSFET。其特点是：属电压型全控器件，控制极静态内阻极高(910)、驱动功率很小、工作频率高，热稳定性好、无二次击穿、安全工作区宽等；但电流容量小、耐压低、功率不易做得过大。14.MOSFET是多元集成器件，其内部结构含有一个由S极下的P型区和D极下的N型区形成的寄生二极管，是与MOSFET不可分割的整体，因而MOSFET无反向阻断能力，习惯上称为逆导型器件。为提高MOSFET的逆导能力，通常在制做时在D、S之间并联一电力二极管。15.绝缘栅双极型晶体管，简称IGBT，是由功率MOSFET与双极型晶体管GTR复合而成的电压控制型双极自关断器件。具有输入阻抗高、开关速度快、工作频率高，热稳定性好、无二次击穿和驱动电路简单的长处，又有GTR通态压降低、耐压高和承受电流大的优点。16.IGBT是以GTR为主导元件，以MOSFET为驱动元件的多元集成复合器件。外部有三个电极，分别是门极G、集电极C和发射极E。17.以下电力电子器件中，不属于多元集成器件的是：(A)A.SCR；B.GTR；C.MOSFET；D.IGBT.4.图2-27中阴影部分为晶闸管处于通区间的电流波形，各波形的电流最大值均为mI，试计算各波形的电流平均值1dI、2dI、3dI与电流有效值1I、2I、3I。解：周期性单向脉动电压或电流的有效值，是瞬时值的平方在一个周期内平均值的算术平方根，即均方根：(1)mmmdIIttdII2717.0)122(2)(sin2141222ooo44445)C)b)ammmIItdtII4767.021432)()sin(21421(2)mmmdIIttdII5434.0)122()(sin142mmmIItdtII6741.0214322)()sin(1422(3)mmdItdII41)(21203mmItdII21)(212023*波形系数为信号的有效值与平均绝对值之比；波峰系数为信号幅值与有效值之比。计算从略。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1dI、2dI、3dI各为多少？这时，相应的电流最大值mI1、mI2、mI3各为多少？(1)35.3294767.01IIm，48.892717.011mdII(2)90.2326741.02IIm，56.1265434.022mdII(3)31423IIm，5.784133mdII