第7章 自关断器件

《电力电子技术》习题及解答第1章 思考题与习题1.1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：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳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负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压U A 决定。

1.2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：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流I A 减小，I A 下降到维持电流I H 以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。

进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压U A 决定。

1.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流I H 会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。

1.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：(1) I g =0，阳极电压升高至相当高的数值；(1) 阳极电压上升率du/dt 过高；(3) 结温过高。

1.5请简述晶闸管的关断时间定义。

答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。

即gr rr q t t t +=。

答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。

1.7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晶闸管开通。

主要用于高压大功率场合。

1.8型号为KP100-3，维持电流I H =4mA 的晶闸管，使用在图题1.8所示电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题1.8答：（a ）因为H A I mA K VI <=Ω=250100，所以不合理。

目录第 1章电力电子器件第 2章整流电路第 3章直流斩波电路第 4章交流电力控制电路和交交变频电路第 5章逆变电路第 6章 PWM控制技术第 7章软开关技术第 8章组合变流电路π π π第 1 章 电力电子器件1. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或：u AK >0 且 u GK >0。

2. 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：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持 电流。

要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。

3. 图 1-43 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 I m ，试计算各波形的电流平均值 I d1、I d2、I d3 与电流有效值 I 1、I 2、I 3。

π π 4a)12π 0 ππ 5π 2π 0π 2π44 2b)c)图 1-43 晶闸管导电波形I m 2解：a)I d1= 2 1 赲υλ0πI m sin ω td ( ω t ) = ( +1 ) 猏υλ0 0.2717 I m 42 22 I m3 1 I 1= 赲υλ0π ( 2 π 4b)I d2 = 1 赲υλ0ππ 41I m sin ω t ) d ( ω t ) = + 猏υλ0 0.4767 I m 2 4 2πI m 2I msin ω td ( ω t ) = ( + 1 ) 猏υλ0 0.5434 I m π 22 2I m3 1 I 2 =π 赲υλ0π( I m sin ω t ) d ( ωt ) = + 猏υλ0 0.6741I 4 24 2π πc)I d3= 1 21赲υλ002 I md ( ωt ) =π2 1 I m 4 1 I3 =赲υλ002 I md (ωt ) = I m 2 π2多少？这时，相应的电流最大值 I m1、I m2、I m3 各为多少?解：额定电流 I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值 I =157A ，由上题计算结果知a) b) II m1 ? 猏υλ0329.35，0 4767II m2 ? 猏υλ0 232.90,0 6741I d1 猏υλ0 0.2717 I m1 猏υλ0 89.48 I d2 猏υλ0 0.5434 I m2 猏υλ0 126.56 1 c) I m3=2 I = 314, I d3= I m3=78.545. 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 α 和 α ，由普通晶闸管的分析可得， α + α =1 是器件临界导通 12的条件。

[手机维修基础]第七章：手机自动关机、低电告警、充电和漏电故障的维修第七章手机自动关机、低电告警、充电和漏电故障的维修手机维修过程中，充电异常、低电压告警、自动关机、不能关机和漏电故障占有一定的比例，由于相当一部分维修人员对此部分内容不够重视，理解不深，造成维修较为困难。

为便于读者维修时需要，本章系统分析此类故障的维修方法和检修技巧。

第一节充电异常故障的维修各种手机的充电电路虽然各不相同，但工作原理却基本一致，即充电电路一般有三部分电路组成。

一是充电检测电路，用来检测充电器是否插入手机充电座；二是充电控制电路，用来控制外接电源向手机电池进行充电；三是电池电量检测电路，用以检测充电电量的多少，当电池充满电时，向逻辑电路提供一“充电已好”的信号，于是，逻辑电路控制充电电路断开，停止充电。

一般来说，当充电检测电路出现问题时，会出现开机就显示充电符号、不充电等故障，当充电控制电路出现问题时，一般会出现不充电故障；当电池电量检测电路出现故障时，一般则会出现充电时始终充电或显示充电符号但不能充电的故障。

一、摩托罗拉手机充电电路分析与检修摩托罗拉V998手机充电器通过手机尾座接口J600和手机相连，其中，J600的5脚(MAN-TEST)为充电类型检测端，用来检测充电器是快速充电器还是中速充电器，J600的8脚(EXTCHG-EN)为充电检测端，用来检测充电器是否插入手机充电座，手机是否进行充电，J600的14脚为外接电源EXT-B+，送到U900的D10端，并通过取样电阻R932(0.25欧姆)送到充电管Q932的4脚与U900的U900的D9(1SENSE)端口。

U900根据R932阻值的大小，可计算出R932上的充电电流，该电流和标准电流相比较后输出充电控制信号，控制Q932的导通程度，进一步控制充电电流的大小。

当U900的F7端(电池电压BATT+)检测到电池电压不饱和时，且手机加上了外接电源时，CPU控制U 900的充电控制端ElCHRGC输出一个低电平，控制Q932启动充电电路，外接电源经R932、Q932及CR932给电池充电。

第7章MOSFET原理7.1 金属、半导体的功函数在绝对零度时，金属中的电子填满了费米能级EF以下的所有能级，而高于费米能级E的所有能级全部F是空的。

温度升高时，只有费米能级E附近的少数电F子受到热激发，由低于E的能级跃迁到高于F E的能级F上，但大部分电子仍不能脱离金属而逃逸出体外。

这意味着金属中的电子虽然能够在金属中自由运动，但绝大多数电子所处的能级都低于体外（真空）的能级。

要使金属中的电子从金属中逸出，必须由外界给它以足够的能量。

从量子力学的观点看，金属中的电子是在一个势阱运动。

用E表示真空中静止电子的能量。

如图7.1所示。

定义某种材料的功函数为：真空电子能量E与材料的费米能级E的差值。

F则金属的功函数为()07.1m FmW E E =- 半导体的功函数为()07.2s Fs W E E =-功函数的物理意义：表示电子从起始能量等于F E 由金属内逸出（跳到真空）需要的最小能量。

注意：半导体的费米能级随掺杂浓度改变，因而其功函数也随掺杂浓度变化。

图7.1 还显示了从0c E E 的能量间隔χ，χ称谓电子亲和能，表示使处于半导体导带底的电子逃逸出体外（跳到真空能级）需要的最小能量。

即()07.3c E E χ=-利用电子的亲和能，半导体的功函数又可以表示为 []()[]7.4()S c FS n c FS n W E E e E E e N semiconductor χχφφ=+-=+-=-表7.1 列出了硅在不同掺杂浓度下对应的功函数 ()()()331415161415167.11010101010104.37 4.31 4.25 4.87 4.93 4.99S d a W eV n type N cm p type N cm Si ----表硅的功函数与掺杂浓度的关系（计算值）半导体材料功函数7.2金属－氧化物－半导体场效应晶体管(MOSFET) 引言：MOS 器件的发明先于双极器件，但由于加工工艺条件的限制，双极器件的商品化要早于MOS 器件。

第七章直流斩波电路习题与思考题解7-1.DC/DC变换电路的主要形式和工作特点是什么？解：.DC/DC变换器有两种主要的形式，一种是逆变整流型，另一种是斩波电路控制型。

逆变整流型是将直流电压逆变成一个固定的高频交流电压，将这个交流电压经变压器变为要求的交流电压，再整流成所需要的直流电压。

逆变电路一般采用恒压恒频控制，它适用于小功率的电源变换和变压比较大的变换中。

斩波电路控制型可选用多种脉冲调制方式做为控制输入，适用于不需要隔离的场合和升压、降压比不大的场合。

7-2.试述斩波电路的主要功能。

解：直流斩波电路是一种直流/直流（DC/DC）变换电路，其主要功能是通过控制直流电源的通和断，来实现对负载上的平均电压和功率进行控制，即所谓调压调功功能。

7-3.斩波电路常用的三种控制方式是什么？解：斩波电路常用的三种控制方式是：（1）时间比控制方式；（2）瞬时值控制方式；（3）时间比和瞬时值结合的控制方式。

7-4.试述斩波电路时间比控制方式中的三种控制模式。

解：斩波电路时间比控制方式中的三种控制模式为：（1）定频调宽控制模式定频就是指开关元件的开、关频率固定不变，也就是开、关周期T固定不变，调宽是指通过改变斩波电路的开关元件导通的时间T on来改变导通比K t值，从而改变输出电压的平均值。

（2）定宽调频控制模式定宽就是斩波电路的开关元件的导通时间T on固定不变，调频是指用改变开关元件的开关周期T来改变导通比K t。

（3）调频调宽混合控制模式这种方式是前两种控制方式的综合，是指在控制驱动的过程中，即改变开关周期T，又改变斩波电路导通时间T on的控制方式。

通常用于需要大幅度改变输出电压数值的场合.7-5.试述降压型斩波电路的工作原理，如果电路中U d =100V ，K t =0.5，求输出电压值？ 解：降压型斩波电路的输出平均直流电压低于电源输入的直流电压，电路原理结构及工作波形参阅教材P117中的图7-8。

第七章谐振软开关技术随着电力电子器件的高频化，电力电子装置的小型化和高功率密度化成为可能。

然而如果不改变开关方式，单纯地提高开关频率会使器件开关损耗增大、效率下降、发热严重、电磁干扰增大、出现电磁兼容性问题。

80年代迅速发展起来的谐振软开关技术改变了器件的开关方式，使开关损耗可原理上下降为零、开关频率提高可不受限制，故是降低器件开关损耗和提高开关频率的有效办法。

本章首先从PWM电路开关过程中的损耗分析开始，建立谐振软开关的概念；再从软开关技术发展的历程来区别不同的软开关电路，最后选择零电压开关准谐振电路、零电流开关准谐振电路、零电压开关PWM电路、零电压转换PWM电路和谐振直流环电路进行运行原理的仔细分析，以求建立功率器件新型开关方式的概念。

7.1 谐振软开关的基本概念7.1.1 开关过程器件损耗及硬、软开关方式无论是DC—DC变换或是DC—AC变换，电路多按脉宽调制（PWM）方式工作，器件处于重复不断的开通、关断过程。

由于器件上的电压、电流会在开关过程中同时存在，因而会出现开关功率损耗。

以图7-1（a）Buck变换电路为例，设开关器件VT为理想器件，关断时无漏电流，导通时无管压降，因此稳定通或断时应无损耗。

图7-1（b）为开关过程中VT上的电压、电流及损耗的波形，设负载电流恒定。

图7-1 Buck变换电路开关过程波形当VT关断时，负载电流改由续流二极管VD提供。

若再次触发导通VT，电流从VD向VT转移（换流），故期间上升但，直至才下降为零。

这样就产生了开通损耗。

当停止导通VT时，从零开始上升，在期间维持，直至，才减小为零，这样就产生了关断损耗。

若设器件开关过程中电压、电流线性变化，则有（7-1）图7-2 器件开关轨迹其中为开关频率。

这个开关过程伴随着电压、电流剧烈变化，会产生很大的开关损耗。

例如若，，则开关过程的瞬时功率可达，平均损耗为100W，十分可观。

这种开关方式称为硬开关。

器件开关过程的开关轨迹如图7-2所示，SOA为器件的安全工作区，A为硬开关方式的开关轨迹。