电力电子技术习题集
标* 的习题是课本上没有的，作为习题的扩展
习题一
* 试说明什么是电导调制效应及其作用。
答：当PN结通过正向大电流时，大量空穴被注入基区（通常是N型材料），基区的空穴浓度（少子）大幅度增加，这些载流子来不及和基区的电子中和就到达负极。为了维持基区半导体的电中性，基区的多子（电子）浓度也要相应大幅度增加。这就意味着，在大注入的条件下原始基片的电阻率实际上大大地下降了，也就是电导率大大增加了。这种现象被称为基区的电导调制效应。
电导调制效应使半导体器件的通态压降降低，通态损耗下降；但是会带来反向恢复问题，使关断时间延长，相应也增加了开关损耗。
1.晶闸管正常导通的条件是什么，导通后流过的电流由什么决定？晶闸管由导通变为关断
的条件是什么，如何实现？
答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压（U AK>0），并在门极施加触发电流（U GK>0）。
2.有时晶闸管触发导通后，触发脉冲结束后它又关断了，是何原因？
答：这是由于晶闸管的阳极电流I A没有达到晶闸管的擎住电流（I L）就去掉了触发脉冲，这种情况下，晶闸管将自动返回阻断状态。在具体电路中，由于阳极电流上升到擎住电流需要一定的时间（主要由外电路结构决定），所以门极触发信号需要保证一定的宽度。
* 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其阳极电流I A大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流I H。
要使晶闸管由导通转为关断，可利用外加反向电压或由外电路作用使流过晶闸管的电流降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
3.图1-30中的阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为I m，试计算各波形的
电流平均值、有效值。如不考虑安全裕量，额定电流100A的晶闸管，流过上述电流波形时，允许流过的电流平均值I d各位多少？
(f)
图1-30 习题1-4附图
解：（a）m
m m m
I
11
I sin()()2I0.3185I
22
da
I t d t
π
ωω
πππ
====
⎰
m
I
2 a
I==
额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则m I 3140.5
a
I A ==；平均值I da 为：
m
I 100da I A π
=
=
（b ）m m m 0
1
2
I sin()()I 0.6369I db I t d t π
ωωππ
=
=
=⎰
b I =
= 额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，
则m I 222b A =；平均值I db 为：m 0.6369I 141.4db I A ==
（c ）m m m 3
1
3
I sin()()I 0.4777I 2dc I t d t π
π
ωωπ
π
=
=
=⎰
m 0.6343I c I =
= 额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则m I 247.50.6343
c
I A ==；平均值I dc
为：m 0.4777I 118dc I A == （d ）m m m m 3
3I 1
13
I sin()()I 0.2388I 2224dd I t d t π
π
ωωπ
ππ
=
=
==⎰
m 0.4486I d I =
= 额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则m I 3500.4486
d
I A ==；平均值I dd
为：0.2388*35090.7dd I A == （e ）4m m m 0
1
1I ()I 0.125I 224
de I d t π
π
ωπ
π=
=
=⎰
m 0.3536I e I =
=
额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则m I 4440.3536
e
I A ==： 平均值I de 为：0.125*44455.5de I A == （f ）4m
m m 01
1I ()I 0.25I 4
df I d t π
π
ωπ
π=
=
=⎰
m 0.5I f I =
=
额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则：m I 3140.5
f I A ==
平均值I de 为： 0.25*31478.5df I A ==
* 在图1-31所示电路中，若使用一次脉冲触发，试问为保证晶闸管充分导通，触发脉冲宽度至少要多宽？图中，E =50V ；L =0.5H ；R =0.5Ω; I L =50mA （擎住电流）。
图1-31习题1-5附图 图1-32习题1-9附图
解：晶闸管可靠导通的条件是：必须保证当阳极电流上升到大于擎住电流之后才能撤掉触发脉冲。当晶闸管导通时有下式成立： di
E L
Ri dt
=+ 解之得：(1)R t L E
i e R
-=-
可靠导通条件为：0.05L i I >= 解得：0.50.5500.05(1)(1)0.5
R
t t L E e e R --<-=-
即 4100
ln
51000.05
t e s ->=-
500t us >
也即触发脉冲宽度至少要500μs
4. 为什么晶闸管不能用门极负脉冲信号关断阳极电流，而GTO 却可以？
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α1和α2，由普通晶闸管得分析可得，α1＋α2＝1是器件临界导通的条件。α1＋α2>1两个晶体管饱和导通；α1＋α2<1不能维持饱和导通而关断。
GTO 能关断，而普通晶闸管不能是因为GTO 在结构和工艺上有以下几点不同：
A 多元集成结构使每个GTO 元的阴极面积很小，门极和阴极的距离缩短，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。
B GTO 导通时α1＋α2更接近1，晶闸管α1＋α2>1.15，而GTO 则为α1＋α2≈1.05，饱和程度不深，在门极控制下易于退出饱和。
C GTO 在设计时，α2较大，晶体管V2控制灵敏，而α1很小，这样晶体管V1的集电极电流不大，易于从门极将电流抽出，从而使GTO 关断。
* GTO 与GTR 同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同？
答：二者都是电流型驱动型器件，其开通和关断都要求有相应的触发脉冲，要求其触发电流脉冲的上升沿陡且实行强触发。
GTR 要求在导通期间一直提供门极触发电流信号，而GTO 当器件导通后可以去掉门极触发电流信号；GTO 的电流增益（尤其是关断电流增益很小）小于GTR ，无论是开通还是关断都要求触发电流有足够的幅值和陡度，其对触发电流信号（尤其是关断门极负脉冲电流信号）的要求比GTR 高。
5. 试比较GTR 、GTO 、MOSFET 、IGBT 之间的差异和各自的优缺点及主要应用领域。
