电力电子技术-功率晶体管的缓冲电路

IGBT缓冲电容及电路1 引言众所周知，在电力电子功率器件的应用电路中，无一例外地都要设置缓冲电路，即吸收电路。

因为全控制器件在电路工作时莫名其妙损坏的原因虽然很多，但缓冲电路和缓冲电容选择不当是不可忽略的重要原因所在。

2 缓冲原理电路中器件的损坏，一般都是在器件在开关过程中遭受了过大的di/dt,dv/dt或瞬时功耗的冲击而造成的。

缓冲电路的作用就是改变器件的开关轨迹，控制各种瞬态时的过电压，以降低器件开关损耗来确保器件的安全。

图所示为GTR在驱动感性负载时的开关波形。

不难看出，在开通和送断过程中的某一时刻，GTR集电极电压Uc和集电极电流ic将同时达到最大值，此时瞬时功耗也最大。

加入缓冲电路可将这一开关功耗转移到相关的电阻上消耗掉，从而达到保证器件安全运行的目的。

通用的IGBT缓冲电路有如下图所示的三种形式。

其中，图（a）为单只低电感吸收电容构成的缓冲电路，适用于小功率IGBT 模块，用来对瞬变电压有效时的低成本控制，使用时一般将其接在C1和E2之间（两单元模块）或P和N之间（六单元模块）。

图4(b)为RCD构成的缓冲电路，适用于较小功率的IGBT模块，缓冲二极管D可箝住瞬变电压，以抑制由于母线寄存电感引起的寄存振荡。

其RC时间常数应设计为开关周期的1/3，即τ=T/3=1/3f。

图4（c）为P型RCD和N 型RCD构成的缓冲电路，适用于大功率IGBT模块，其功能类似于图4（b）缓冲电路，但其回路电感更小。

若同时配合使用图4(a)缓冲电路，则可减小缓冲二极管的应力，从而使缓冲效果达到最佳。

IGBT采用缓冲电路后的典型关断电压波形如图5所示。

图中，VCE起始部分的毛刺ΔV1是由缓冲电路的寄存电感和缓冲二极管的恢复过程引起的。

其值由下式计算：ΔV1=Lsdi/dtXK推出新款高性能镀金属聚丙烯膜缓冲电容器---XK Roederstein MMKP81，该器件可直接安装在绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块上，容量从0.047μF到10μF，可在+105℃高温下工作，有700VDC～2500VDC和420VAC～800VAC共7个电压等级。

电力电子技术题库及答案整理版《电力电子技术》习题&答案一、填空题(每空1分，共５０分)1、对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL__大于__IH。

2、功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是______智能功率集成电路_________。

3、晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压UBO数值大小上应为，UDSM__小于__UBO。

4、电阻负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压UFm等于_UFm为相电压有效值。

5、三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差__________120°_______。

6、对于三相半波可控整流电路，换相重叠角的影响，将使用输出电压平均值_______下降______。

7、晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是_____________静态均压________________措施。

8、三相全控桥式变流电路交流侧非线性压敏电阻过电压保护电路的连接方式有___Y形和△形___二种方式。

9、抑制过电压的方法之一是用_____储能元件_______吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。

10、180°导电型电压源式三相桥式逆变电路，其换相是在___同一相_的上、下二个开关元件之间进行。

11、改变SPWM逆变器中的调制比，可以改变_________________输出电压基波________的幅值。

12、为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是___________(一个)较大的负电流__________。

13、恒流驱动电路中抗饱和电路的主要作用是_________减小存储时间________________。

14、功率晶体管缓冲保护电路中二极管要求采用___快速恢复__型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。

15、晶闸管门极触发刚从断态转入通态即移去触发信号，能维持通态所需要的最小阳极电流，称为：_____________________维持电流_______________________。

《电力电子技术》课程实验指导书一、课程的目的、任务本课程是电子科学、测控技术专业学生在学习电力电子技术课程中的一门实践性技术基础课程，其目的在于通过实验使学生能更好地理解和掌握电力电子基本理论，培养学生理论联系实际的学风和科学态度，提高学生的电工实验技能和分析处理实际问题的能力。

为后续课程的学习打下基础。

二、课程的教学内容与要求包括三个子实验：1、单相交流调压电路实验通过该实验加深理解单相交流调压电路的工作原理和单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求。

2、功率场效应晶体管（MOSFET）特性与驱动电路研究掌握MOSFET对驱动电路的要求并且熟悉MOSFET主要参数的测量方法。

3、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）特性与驱动电路研究掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。

三、各实验具体要求见P2四、实验流程介绍学生用户登陆进入实验系统的用户名为：D+学号（D205003200XX)，密码：netlab五、实验报告请各指导老师登陆该实验系统了解具体实验方法，并指导学生完成实验。

学生结束实验后应完成相应的实验报告并交给指导老师。

其中实验报告的主要内容包括：实验目的，实验内容，实验结果和实验心得等。

实验一单相交流调压电路实验一．实验目的：1．加深理解单相交流调压电路的工作原理；2．加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求。

二．实验内容：1．单相调压电路带电阻性负载实验；2．单相交流调压电路带电阻电感性负载实验。

三．实验步骤：在客户端实验界面中的实验列表框中选择“电力电子实验”下的“单相交流调压实验”子实验，出现“单相交流调压实验”的实验界面。

点击工具栏的开始实验按钮，开始“单相交流调压实验”。

点击图中电阻和电感边上的红点选择电阻和电感，进行电路连接。

然后在“晶闸管脉冲触发角度”框中输入“0—360”之间的任意角度，然后点击“开始”按钮，开始实验。

右边界面将出现三路波形，其中蓝色为电源电压波形，黄色为负载电压波形，红色为负载电流波形。

《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 +=。

1.6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。

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 V I <=Ω=250100，所以不合理。

「电路赏析」使用缓冲电路的晶闸管缓冲电路是吸收能量搞得电路，用于舒缓因电路电感造成的电压尖峰。

有时候，因为过流，过压以及过热，元器件会出现损坏。

而过流保护的电路我们有保险丝，过热有散热器或风扇。

缓冲电路则用于限制电压或电流的改变速率（di/dt或dv/dt）以及电路开关时的过压。

缓冲电路是电阻与电容的串联，然后与晶体管或晶闸管这样的开关相连，起到保护和提高性能的作用。

开关和中继间的缓冲电路也可以用来防止电弧产生。

在该项目，我们将告诉你缓冲电路是如何保护晶闸管免受过压或过流影响的，整个电路由缓冲电路和晶闸管以及555定时器的频率生成电路组成。

所需元器件•晶闸管TYN612•555定时器•电阻（47kΩx2,10kΩx2,1kΩx1，150Ωx1）•电容（0.01uF，0.001UF，0.1uFx2）•二极管1N4007•开关•9V电源•示波器（用于输出确认）电路图电路的第一部分是555定时器组成的频率生成电路。

当555定时器以无稳态模式工作时，我们可以得到一个100kHz的脉冲。

电路的第二部分则用于获取加入缓冲电路后晶闸管的开关特性。

晶闸管-TYN612TYN612中的6代表着断态重复峰值电压，VDRM和VRRM为600V，而12代表着通态电流有效值IT(RMS)为12A。

晶闸管TYN612可以用于过压撬棍保护，电机控制电路，励磁涌流闲置电路，电容点火和稳压电路中。

它的门极触发电流IGT范围在5mA到15mA。

其工作温度范围在-40℃到125℃。

TYN612的引脚图TYN612的引脚配置缓冲电路的设计我们知道，缓冲电路是电阻与电容的组合。

电路中的电容则负责防止不必要的dv/dt来触发紧张管。

因为电路通电后，开关设备会产生一个瞬时的电压。

电容Cs起到短路的作用，也就使得晶闸管两端的电压为0。

一段时间过后，电容Cs两端的电压慢慢增加。

那么电阻Rs起到什么作用呢？当晶闸管打开时，电容通过晶闸管放电，并发出Vs/Rs大小的电流。

大功率IGBT模块并联特性及缓冲电路研究1. 本文概述随着现代电力电子技术的快速发展，大功率绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块在电力系统、工业控制、新能源等领域中发挥着越来越重要的作用。

特别是在高电压、大电流的应用场合，单个IGBT模块往往难以满足系统的功率需求，将多个IGBT模块并联使用成为了一种常见的解决方案。

IGBT模块在并联运行时会出现诸如均压均流问题、热平衡问题以及开关特性不一致等问题，这些问题不仅影响系统的稳定性和可靠性，还可能缩短模块的寿命。

本文针对大功率IGBT模块并联运行时的特性和问题展开研究，重点分析并联模块之间的电压和电流分配不均的机理，以及由此引发的热平衡问题和开关特性不一致现象。

进一步地，本文将探讨缓冲电路的设计和优化，以解决并联运行中的这些问题。

缓冲电路能够有效地抑制电压和电流的峰值，降低开关过程中的损耗，从而提高系统的效率和可靠性。

本文将通过理论分析和仿真验证，提出一种适用于大功率IGBT模块并联运行的缓冲电路设计方案，并对该设计方案的性能进行评估。

本文的结构安排如下：介绍IGBT模块的基本原理和工作特性，以及并联运行时的问题和挑战分析并联模块间电压和电流分配不均的机理，以及热平衡问题和开关特性不一致现象的产生原因接着，详细阐述缓冲电路的设计原理和优化方法通过仿真实验验证所提出缓冲电路设计方案的有效性和可行性总结全文并提出进一步的研究方向。

2. 模块基础理论绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）是一种高压、大电流的功率半导体器件，广泛应用于电力电子装置中。

IGBT模块的工作原理涉及三个基本过程：导通、截止和开关。

在导通状态下，IGBT作为一个功率开关，允许电流流过而在截止状态下，则阻止电流流过。

IGBT的开关速度和效率是其关键性能指标。

当IGBT模块并联使用时，可以实现更高的功率输出。

模块间的并联特性对整体性能有显著影响。

电力电子技术实验报告电力电子技术实验报告电子电子技术实验报告《电力电子技术实验》报告年级专业姓名学号实验一单相交流调压电路实验一．实验目的：1．加深理解单相交流调压电路的工作原理；2．加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求。

二．实验内容：1．单相调压电路带电阻性负载实验；2．单相交流调压电路带电阻电感性负载实验。

三．实验过程：1、电阻性负载实验：按图1-1接好线路（蓝色为电源电压波形，黄色为负载电压波形，红色为负载电流波形）图1-1晶闸管脉冲触发角度：绘制波形：结论：2、带电阻电感性负载实验：按图1-2接好线路图1-2第1页电子电子技术实验报告分别取脉冲触发角大于，等于和小于功率因数角φ三种情况。

当选R1和L时，φ=48o当选R2和L时，φ=20o当选R3和L时，φ=18o绘制波形：结论：第2页电子电子技术实验报告实验二功率场效应晶体管（MOSFET）特性与驱动电路研究一．实验目的：1．熟悉MOSFET主要参数的测量方法；2．掌握MOSFET对驱动电路的要求；3．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法。

二．实验内容：1．MOSFET静态特性及主要参数测试：（1）MOSFET主要参数测量：VDS恒定VGSId开启阀值电压VGS（th）=跨导gm=绘制转移特性曲线（2）输出特性测量：VdSVGS=3.5VIdVdSVGS=3.8VIdVdSVGS=4VId导通电阻Ron=绘制输出特征曲线第3页电子电子技术实验报告（3反向特征曲线测量。

VSDId绘制反向输出特征曲线:2．驱动电路研究：(1)快速光耦输入、输出延时时间测试；波形记录:VgS恒定延迟时间(2)驱动电路的输入、输出延时时间的测试;波形记录:延迟时间3．动态特性测试：（1）电阻负载MOSFET开关特性测试；波形记录:开关时间:第4页电子电子技术实验报告（2）电阻、电感负载MOSFET开关特性测试；波形记录: 开关时间:（3）RCD缓冲电路对MOSFET开关特性的影响测试；波形记录:开关时间:（4）栅极反压电路对MOSFET开关特性的影响测试；波形记录:开关时间:（5）不同栅极电阻对MOSFET开关特性的影响测试。

1、电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支，通常所说的模拟电子技术和数字电子技术就属于前者。

2、为减少自身损耗，提高效率，电力电子器件一般都工作在开关状态。

当器件的工作频率较高时，开关损耗会成为主要的损耗。

3、在PWM控制电路中，载波频率与调制信号频率之比称为载波比，当它为常数时的调制方式称为同步调制。

在逆变电路的输出频率范围划分成若干频段，每个频段内载波频率与调制信号频率之比为恒定的调制方式称为分段同步调制。

4、面积等效原理指的是，冲量相等而面积不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

5、在GTR、GTO、IGBT与MOSFET中，开关速度最快的是电力MOSFET，单管输出功率最大的是GTO ，应用最为广泛的是IGBT。

6、设三相电源的相电压为U2，三相半波可控整流电路接电阻负载时，晶闸管可能承受的最大反向电压为电源线电压的峰值，即6U2，其承受的最大正向电压为2U2。

7、逆变电路的负载如果接到电源，则称为有源逆变，如果接到负载，则称为无源逆变。

8、如下图，指出单相半桥电压型逆变电路工作过程中各时间段电流流经的通路(用V1,VD1,V2,VD2表示)。

(1) 0~t1时间段内，电流的通路为___VD1_；(2) t1~t2时间段内，电流的通路为__V1；(3) t2~t3时间段内，电流的通路为__VD2；(4) t3~t4时间段内，电流的通路为V2_；(5) t4~t5时间段内，电流的通路为__VD1；1、GTR存在二次击穿现象，IGBT存在擎住现象。

2、功率因数由基波电流移相和电流波形畸变这两个因素共同决定的。

3、晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是均压_措施。

4、同一晶闸管，维持电流I H与擎柱电流I L在数值大小上有I L_ =（2～4） I H。

125、电力变换通常可分为： AC 变DC （整流） 、 DC 变AC （逆变） 、 AC 变AC 和 DC 变DC （斩波） 。

电力电子课后作业讲解填空题电力电子技术包括电力电子器件、电力电子电路和控制技术3个部分。

现代电力电子器件分为不可控型器件、半控型器件和全控型器件三类。

电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管三种。

晶闸管的外形大致有塑封形、平板型和螺栓形三种。

晶闸管额定电流与有效值电流的关系 IT=1.57IT(AV)。

双向晶闸管的门极控制方式有两种：移向触发和过零触发。

2.判断题（×）1）普通晶闸管内部有两个PN结。

（×）2）普通晶闸管外部有3电极，分别是基极、发射极和集电极。

（√）3）型号为KP50-7的半导体器件，是一额定电流为50A的普通晶闸管。

（×）4)只要让加在晶闸管两端的电压减小为零，晶闸管就会关断。

（×）5）只要给门极加上触发电压，晶闸管就导通。

（×）6）晶闸管加上阳极电压后，不给门极加触发电压，晶闸管就会导通。

（×）7）加在晶闸管门极上的触发电压，最高不得超过100V。

3.选择题1）在型号KP100-10G中，数字10表示（ C ）。

A、额定电压为10VB、额定电流为10AC、额定电压为1000VD、额定电流为100A2)晶闸管内部有（ C ）PN结。

A、1个B、2个C、3个D、4个3）晶闸管的3个引出电极分别是（ B ）A、阳极、阴极、栅极B、阳极、阴极、门极C、栅极、漏极、源极D、发射极、基极、集电极4）普通晶闸管的额定通态电流是用（ A ）表示。

A、流过晶闸管的平均电流B、直流输出平均电流C、整流输出电流有效值D、交流有效值5）当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性触发电压，管子都将工作在（ B ）A、导通状态 B、关断状态 C、饱和状态 D、不定6）处于阻断状态的晶闸管，只有在阳极与阴极间加正向电压，且在门极与阴极间作（ C ）处理才能使其开通。

A、并联一电容B、串联一电感C、加正向触发电压D、加反向触发电压7）在晶闸管工作过程中，管子本身产生的管耗等于管子两端电压乘以（ A ）A、阳极电流B、门极电流C、阳极电流与门极电流之差D、阳极电流与门极电流之和填空题典型的全控型器件主要有门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双型晶体管四种。

《电力电子技术》机械工业出版社命题人马宏松第一章功率二极管和晶闸管知识点：●功率二极管的符号，特性，参数●晶闸管的符号、特性、参数、工作原理●双向晶闸管的符号、特性、参数、工作原理●可关断晶闸管的符号、特性、参数、工作原理一、填空题1、自从_1956__ __ 年美国研制出第一只晶闸管。

2、晶闸管具有体积小、重量轻、损耗小、控制特性好等特点。

3、晶闸管的三个极分别为阳极、阴极、门极。

4、晶闸管导通的条件：在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时在它的阴极和门极间也加正向电压，两者缺一不可。

5、晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用。

6、晶闸管的关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。

7、双向晶闸管的四种触发方式：I+ 触发方式 I-触发方式Ⅲ+触发方式Ⅲ-触发方式。

8、GTO的开通时间由延迟时间和上升时间组成。

9、GTO的关断时间由存储时间、下降时间、和尾部时间。

10、功率二极管的导通条件：加正向电压导通，加反向电压截止。

11、对同一晶闸管，维持电流I H 与擎住电流I L在数值大小上有I L___>_____I H。

12、晶闸管断态不重复电压U DSM与转折电压U BO数值大小上应为，U DSM__<______U BO13、普通晶闸管内部有两个PN结,，外部有三个电极，分别是阳极A极阴极K 极和门极G极。

14、晶闸管在其阳极与阴极之间加上正向电压的同时，门极上加上触发电压，晶闸管就导通。

15、、晶闸管的工作状态有正向阻断状态，正向导通状态和反向阻断状态。

16、某半导体器件的型号为KP50—7的，其中KP表示该器件的名称为普通晶闸管，50表示额定电流50A，7表示额定电压700V。

17、只有当阳极电流小于维持电流电流时，晶闸管才会由导通转为截止。

18、当增大晶闸管可控整流的控制角α，负载上得到的直流电压平均值会减小。

二、判断题1、第一只晶闸管是1960年诞生的。

（错）2、1957年至1980年称为现代电力电子技术阶段。