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第二章 电力电子器件2. 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。
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？ 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。
4. 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。
π4π4π25π4a)b)c)图1-43图1-43 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m=π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22m I π2143+≈0.6741I m c)I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41 I mI 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m5. 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I d1、I d2、I d3各为多少？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) I m1≈4767.0I≈329.35， I d1≈0.2717 I m1≈89.48b) I m2≈6741.0I ≈232.90,I d2≈0.5434 I m2≈126.56c) I m3=2 I = 314,I d3=41 I m3=78.56. 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1α和2α，由普通晶闸管的分析可得，1α+2α=1是器件临界导通的条件。
第 2 章 思考题与习题交大教材2.1 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。
2.2 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。
2.3 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。
2.4 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。
2.5 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 t q = t rr + tgr 。
2.6 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。
2.7 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。
2.8 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 1.8T(AV m答：（a）因为IA=100V50KΩ= 2mA < IH，所以不合理。
电力电子技术第五版课后习题答案第二章 电力电子器件2. 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。
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？ 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。
4. 图2-27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。
π4π4π25π4a)b)c)图1-43图2-27 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m=π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m=πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22mI π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m=41I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m5. 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I d1、I d2、I d3各为多少？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) I m1≈4767.0I≈329.35， I d1≈0.2717 I m1≈89.48b) I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314,I d3=41 I m3=78.5第三章 整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L ＝20mH ，U 2＝100V ，求当α＝0和60时的负载电流I d ，并画出u d 与i d 波形。
电力电子技术第五版课后习题答案第二章 电力电子器件2. 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。
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？ 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。
4. 图2-27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 ，试计算各波形的电流平均值I 、I 、I 与电流有效值I 1、I 2、I 3。
π4π4π25π4a)b)c)图1-43图2-27 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22mI π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m5. 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I d1、I d2、I d3各为多少？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) I m1≈4767.0I≈329.35， I d1≈0.2717 I m1≈89.48b) I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314,I d3=41 I m3=78.5第三章 整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L ＝20mH ，U 2＝100V ，求当α＝0︒和60︒时的负载电流I d ，并画出u d 与i d 波形。
第二章电力电子器件电子技术（模拟电子电路和数字电子电路）*电力电子技术就是实现电能的变换和控制*一般电路分为一次电路和二次电路，一次电路是主电路，二次电路是控制电路，电力电子器件通常在一次电路/主电路中。
*电真空器件：晶闸管问世前的水银整流器（汞弧整流器）都属于此类→基本淘汰了半导体器件：现在使用的，基本都是半导体器件，所以通常把电力电子器件也叫电力半导体器件。
（如手机里的芯片，也是用硅制作的集成电路）*信息电路的电子器件，能处理各种不同的信息，能放大、变换，但处理电功率的能力都不大，流过的电流，承受的电压都比较小，主要用来处理信息（微弱的信号），而一般电力电子器件，处理电功率的能力远大于信息的电子器件。
*处理信息的电子器件，有很多器件在模拟电路中，可能工作在放大状态，而电力电子器件，一般都是开关状态，若放大状态，管子承受的电压比较高，电流比较大，损耗比较大，发热会损坏。
所以，一般要么电压高，电流很小；要么电流大，而通态压降低，损耗不会太大。
*电力电子器件一般都有一个门极或控制极，通过信息电路来控制。
（电力电子器件的驱动，需要控制电路来控制，所以。
）*电力电子器件即使不工作在放大状态，损耗相对来说也比较大，会发热，所以要安装散热器，防止器件烧坏。
（书P11）损耗的组成：●通态损耗：管子处于导通时的损耗，管子有管压降，流过比较大的电流，例：100A的电流流过管子，有1V的管压降，100W的损耗就会发热，就要安装散热器。
●断态损耗：断开时的损耗，理想情况下，断开时，应该是没有电流流过，没有损耗，但实际上，存在漏电流，漏电流一般比较小，所以断态损耗所占比例比较小。
（任何情况下，所占比重都不大）●开关损耗：开通或关断过程中的损耗，任何电力电子开关，开通或断开都不是瞬时完成，有一个过程，例：从断到通，电压从高到低，电流从小到大，在这个过程中，电流和电压都不高也不低，两个想乘，数值也不小，所以开关损耗的功率比较大，时间非常短。
第二章电力电子器件电子技术（模拟电子电路和数字电子电路）*电力电子技术就是实现电能的变换和控制*一般电路分为一次电路和二次电路，一次电路是主电路，二次电路是控制电路，电力电子器件通常在一次电路/主电路中。
*电真空器件：晶闸管问世前的水银整流器（汞弧整流器）都属于此类→基本淘汰了半导体器件：现在使用的，基本都是半导体器件，所以通常把电力电子器件也叫电力半导体器件。
（如手机里的芯片，也是用硅制作的集成电路）*信息电路的电子器件，能处理各种不同的信息，能放大、变换，但处理电功率的能力都不大，流过的电流，承受的电压都比较小，主要用来处理信息（微弱的信号），而一般电力电子器件，处理电功率的能力远大于信息的电子器件。
*处理信息的电子器件，有很多器件在模拟电路中，可能工作在放大状态，而电力电子器件，一般都是开关状态，若放大状态，管子承受的电压比较高，电流比较大，损耗比较大，发热会损坏。
所以，一般要么电压高，电流很小；要么电流大，而通态压降低，损耗不会太大。
*电力电子器件一般都有一个门极或控制极，通过信息电路来控制。
（电力电子器件的驱动，需要控制电路来控制，所以。
）*电力电子器件即使不工作在放大状态，损耗相对来说也比较大，会发热，所以要安装散热器，防止器件烧坏。
（书P11）损耗的组成：●通态损耗：管子处于导通时的损耗，管子有管压降，流过比较大的电流，例：100A的电流流过管子，有1V的管压降，100W的损耗就会发热，就要安装散热器。
●断态损耗：断开时的损耗，理想情况下，断开时，应该是没有电流流过，没有损耗，但实际上，存在漏电流，漏电流一般比较小，所以断态损耗所占比例比较小。
（任何情况下，所占比重都不大）●开关损耗：开通或关断过程中的损耗，任何电力电子开关，开通或断开都不是瞬时完成，有一个过程，例：从断到通，电压从高到低，电流从小到大，在这个过程中，电流和电压都不高也不低，两个想乘，数值也不小，所以开关损耗的功率比较大，时间非常短。
①开通损耗（断→通）和关断损耗（通→断）的损耗不一样。
②一般来说，这个损耗功率不小，但如果次数不多（开关频率比较低时），总的损耗也可能不大。
例如，开关频率为50HZ（比较低的频率，每个周期通断的频率小），即使开关过程中单位时间的损耗不小，但由于次数少，所以开关损耗所占比例并不大。
但如果电力电子器件工作频率比较高（几十、几百KHZ），则每个周期通断次数多。
总结：开关损耗与管子工作频率关系密切，若频率高，开关损耗占比重大（可能比通态损耗比重还大），若频率低，开关损耗可以忽略不计。
电力电子系统中，器件处于一个什么样的位置一个电力电子系统，并不是仅仅是几个管子组成，是由控制电路、驱动电路、保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。
（主电路也不仅仅只有电力电子器件，可能还有电感、电容等其他元件）主电路：两个管子（IGBT）、电感、电容。
控制电路：由信息电子电路组成，按照系统的工作要求形成控制信号。
通过驱动电路，控制主电路中电力电子器件的导通或者关断，完成功能。
（书）有时需要检测电路，要通过控制实现相应功能，必须要有检测，否则不知道是否达到要求，类似于反馈。
看图：检测电路把信息传达给控制电路，控制电路根据检测的情况，产生控制开通或关断的信号，通过驱动电路，驱动主电路/负载。
保护电路：使电力电子器件和整个系统能可靠工作。
一旦出现问题，不会损坏附加的电路电气隔离：主电路一般是高压的（几百伏，上千伏），而控制电路一般只有几伏，检测、保护、驱动电路都在二次这边，驱动电路是连接主电路和控制电路的，所以必须要进行隔离，否则高电压回到低电压那边去，导致短路。
/控制电路的元器件承受不了高压，所以要隔离。
（强电、弱电必须隔离，若混在一起，危险）隔离一般有光电隔离、磁隔离等。
控制电路有时也把检测、保护、驱动电路包括进去，主要是左侧的控制电路。
●半控型器件：一半可以控制。
这类器件主要是指晶闸管（Thyristor），它是通过门极的控制，能使它导通，不能使它关断。
（没有只能控制关断，不能控制导通的）——（本书主要讲的）●全控型器件：代表器件IGBT、MOSFET。
即可控制导通又能控制关断。
——（现在流行）●不可控器件：代表器件电力二极管（Power Diode），只有两个电极，不能用控制信号来控制，不需要控制电路、驱动电路，加正向电压就通，加负向电压就断。
——（下节就讲，现在几乎不用）按照被控制程度分成三类，按驱动方式、器件名称等方法也可由其他分类。
不能驱动的不考虑，如二极管，不能有控制电路、驱动电路驱动。
电流驱动型——例如，晶闸管、GTO抽取电流可使其关断。
电压驱动型——例如GTR电流驱动型的电流怎么来的？也是通过加电压得到的电流，一般的电压比较容易，电容是通过加电压得到的。
本质上都是电压控制/驱动的。
电压驱动型，只要加一个电压信号就可以，显然，电压驱动型需要的驱动功率比较小，加个电压就可以通或断，而电流驱动型需要的驱动功率比较大。
所以现在的电力电子器件，尽量做成电压驱动型。
2.2 不可控器件——电力二极管Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用。
二极管，可以说是使用最早的电力电子器件，它比晶闸管产生早，但不能说二极管产生了，电力电子技术就产生了，因为它不能控制。
晶闸管1957年才出现。
结构简单：一个PN结除一般二极管外，还有快恢复二极管和肖特基二极管（电子技术时学过），分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位。
价格比普通二极管昂贵，一般用于大功率电路中。
肖特基二极管——主要用在低压高频整流的场合。
【图1】最普通二极管的一个封装，里面是一片硅基半导体芯片，外面树脂封装，两根引出的金属，一个为P （A 阳极），一个为N （K 阴极）【图2、3】模块：多个二极管并联/串联在一起，总的有两个输出端。
模块内部是多个二极管用树脂封装在一起。
基本结构：由PN 结组成，与信息电子学中学的二极管类似。
基本原理其实一样。
组成：外形（早期的）：平板型：芯片夹在中间，两边封装起来，一边阳极A ，一边阴极K结构：一边P 一半N 型半导体，构成PN 结，阳极一定接P 结，阴极一定接N 结。
PN 结有单向导电性，阳极加正，阴极加负，就导通。
电气符号：电流只能单向流，从阳极流向阴极总结：基本原理与信息电子技术中学的二极管一样，只是它流过的电流比较大阳极是螺栓型（A ） 用一根线引出，这端为阴极（K ）● 功率二极管，流过大电流时，会产生损耗，产生热，此处可加散热片。
● 中间还有芯片（核心部分）● 两边各加一个散热器 ● 中间：芯片● 正向导通：电流从阳极流向阴极（管子两端压降很小）（类似于流过一个很小的电阻） ● 反向截止：有一个反向电压时，阴极高，阳极低。
（只有很小的漏电流）（加了多大反相电压，就承受了多大反向电压）（类似于流过了一个很大的电阻）● 反向击穿：反向电压过大时（已击穿，所以反向会流过很大电流）（反向电压超过反向击穿电压时，就是反向击穿电压，也非常大）——管子有可能损坏，一般不允许这个状态。
*PN 结单向导电性：P 加正电压，N 加负电压，就通。
反过来，不通。
应用这个原理来做成的二极管。
*雪崩击穿和齐纳击穿都有可能导致热击穿。
什么是热击穿？雪崩、齐纳击穿后，电压、电流很大，器件上产生的功率就很大，器件上产生的功率就是自身的损耗，损耗会导致产生热量，当热量使器件上升到一定温度时，会使器件材料烧毁。
二极管就被彻底毁坏。
若雪崩、齐纳击穿后，没有导致热击穿（将反向电流限制在一定范围内），管子还能用。
PN 结相当于一个电容，若外加电压大的话，它的电荷量就大，反之，就小。
——电容效应。
电容的存在是好还是不好？在工作在一般频率时，电容不会产生影响。
若工作在高频时，电容一定要很小，否则，时间常数会很大（t=RC ），会使高频特性不好。
——高频时，结电容会影响PN 结的工作频率，限制了PN 结的工作频率。
所以高频时，尽量要选用结电容小的电力二极管。
伏安特性曲线（U/I 曲线）（静态特性主要是看伏安特性） ● 加正向电压时，（1）开始时，二极管不工作，I=0（即使加了正向电压也不工作）；当电压达到U TO 并继续增加时，电流呈指数形式上升（斜线是有一定斜度，斜度表示管子通后的通态电阻），开始有明显电流时的电压——门槛电压。
→→管子处于稳定导通状态。
正向反向（2）假设点（U F，I F）处为工作点，则，I F为正向电流，U F为电力二极管的正向管压降 加反向电压时，反向电流很小。
（虽然有反相电压，但由于PN结的单向导电性，电流只能从P到N，所以二极管截止，但还有少量漏电流）若反相电压过高，管子击穿，反向电流变大。
静态特性——稳定工作时的特性；动态特性——状态发生改变时的过渡过程，研究器件，一般都是研究它的动态特性和静态特性。
二极管不要把它简单看成，加正电压就通，加负电压就不通。
（书：开关特性）结电容的存在，导致这种动态特性（书p16）【图a】正向偏置→反向偏置（关断过程：由U F>0→U F<0）：开始，IF慢慢减到0，减到t0时刻，还有一个反向电流峰值，达到后，再慢慢下降到0。
（延迟时间td=t1-t0，由于结电容存在，有一个延迟过程。
电流从0到反向峰值的时间）（电压还没有反向）（电流下降时间tf=t2-t1：电流慢慢由反向峰值开始反向回升，直到反向电流变为稳态时（电压也变为稳态））（反向恢复时间trr=td+tf，从正向转成反向截止，直到恢复到稳态=总的恢复时间）（恢复特性的软度Sr=tf/td，若td比较小，tf比较大，则Sr比较大，特性比较软）总结：关断时，I、U有正向降到0，且存在反向的I、U，再有反向最大值回升到稳态→关断需要恢复时间。
【图b】零偏置→正向偏置（开通过程）：电流/电压一开始为0，电压有个峰值电压，此时电流没有达到i F，直到电压稳定时，才达到i F。
电流上升速度越快，二极管两端的电压峰值越大，这都是由于结电容的存在导致电压峰值的存在。
正向恢复时间：拿到一个管子，这个管子是1KV、500A，500A就是管子的额定电流。
●温度、散热条件一定（因为流过的电流，受温度的影响非常大，只有同样的温度和散热条件下，才有可比性）；●工频：我国工频是50HZ，频率不能太高，否则二极管会有开关损耗●正弦半波：一半有电流，一半没电流此条件下，管子允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。
I例如，一个二极管，实际流过的电流往往也是工频、半波，但不一定是正弦半波，可能是其他波形。
怎么折算呢？就按照发热相等/有效值相等的原则来折算。
