电力电子技术第二版张兴课后习题答案

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1、-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

2、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。2.1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。2.2试说明功率二极管为什么在正向电流

3、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。2.1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，

4、通流能力比普通二极管小。从减少反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管。2.2描述晶闸管正常导通的条件。承受正向电压且有门极触发电流。2.3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？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。2.4试分析可能出现的晶闸管的非正常导通方式有哪几种。IG=0时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。2.5试解释为什么PowerMOSFET的开关频率高于IGBT、GTO。---PowerMOSFET为单极性器件，没有少数载流子存贮效应，反向恢

5、复时间很短。2.1从最大容量、开关频率和驱动电路三方面比较SCR、PowerMOSFET和IGBT的特性。最大容量递增顺序为PowerMOSFET、IGBT、SCR;开关频率递增顺序为SCR、IGBT、PowerMOSFET；SCR为电流型驱动；而PowerMOSFET和IGBT为电压型驱动。2.2解释电力电子装置产生过电压的原因。电力电子装置可能的过电压原因分为外因和内因。外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因，如由分闸、合闸等开关操作引起过电压。而内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程。1）换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的

6、二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断，因而有较大的反向电流流过，当恢复了阻断能力时，该反向电流急剧减小，会因线路电感在器件两端感应出过电压；2）关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。---2.1在电力电子装置中常用的过电流保护有哪些？快速熔断器、快速断路器和过电流继电器都是专用的过电流保护装置，还有通过驱动实施保护的电子电路过流保护。2.2试分析电力电子器件串并联使用时可能出现什么问题及解决方法。采用多个功率管串联时，应考虑断态时的均压问题。应在功率管两端并联电阻均衡静态压降，并联RC电路均衡动态压降。采用多个功

7、率管并联时，应考虑功率管间的均流问题。在进行并联使用时，应尽选择同一型号且同一生产批次的产品，使其静态和动态特性均比较接近。其中功率MOSFET沟道电阻具备正温度系数，易于并联。2.3电力电子器件为什么加装散热器？---与信息系统中的电子器件主要承担信号传输任务不同，电力电子器件处理的功率较大，具有较高的导通电流和阻断电压。由于自身的导通电阻和阻断时的漏电流，电力电子器件要产生较大的耗散功率，往往是电路中主要的发热源。为便于散热，电力电子器件往往具有较大的体积，在使用时一般都要安装散热器，以限制因损耗造成的温升。二、计算题2.1在题2.16图中，电源电压有

8、效值为20V，问晶闸管承受的正反向电压最高是多少？考虑安全裕量为2