電力電子技術(shù) 王兆安 第二章

第2章電力電子器件使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓，并在門(mén)極施加觸發(fā)電流(脈沖)或：％＞0且％＞°。維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？答：維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即維持電流。要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，可利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下，便可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。圖1-43中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形，各波形的電流最大值均為Im，晶閘管導(dǎo)電波形Im，晶閘管導(dǎo)電波形圖1-43解：a)b)1 ” I,3 解：a)b)1 ” I,3 11=J(Isinot)2d(ot)=m+一2兀廠m 2 4 2k4 _Id2=—J"Isinotd(ot)=^~m(—2+1)?0.54341n"m n24 R21 '3"(Isinot)2d(ot)= + m 2 4 2k4?0.47671m?0.6741ZI 2Isinotd(ot)=~m( +1)?0.2717Im2n 2 mc)I1托 1XJ：Im2d(Ot)=2Im上題中如果不考慮安全裕量，問(wèn)100A的晶閘管能送出的平均電流Id1、1血、Id3各為多少？這時(shí)，相應(yīng)的電流最大值Im1、篇、Im3各為多少？解a)額定電流It(av)=100A解a)額定電流It(av)=100A的晶閘管，允許的電流有效值I=157A，由上題計(jì)算結(jié)果知?329.35,0.4767Id1?0.271711?89?48d1 m1b)I0.6741?232.90,0-°?b)I0.6741?232.90,0-°?5434爲(wèi)-126?56c)Im3=2I=314,皤4"m3=78?5GTO和普通晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu),為什么GTO能夠自關(guān)斷,而普通晶閘管不能？答：GTO和普通晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)，由P1N1P2和N]P2N2構(gòu)成兩個(gè)晶體管V]、V2，分別具有共基極電流增益a和a，由普通晶閘管的分析可得，a+a=1是器件臨界導(dǎo)通的1212條件。a+a>1,兩個(gè)等效晶體管過(guò)飽和而導(dǎo)通；a+a<1,不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。1212GTO之所以能夠自行關(guān)斷，而普通晶閘管不能，是因?yàn)镚TO與普通晶閘管在設(shè)計(jì)和工藝方面有以下幾點(diǎn)不同：GTO在設(shè)計(jì)時(shí)a較大，這樣晶體管V2控制靈敏，易于GTO關(guān)斷；22GTO導(dǎo)通時(shí)的a+a更接近于1,普通晶閘管a+a>1?15,而GTO則為1212a+a.1.05,GTO的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門(mén)極控制關(guān)斷提供了有利12條件；多元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè)GTO元陰極面積很小，門(mén)極和陰極間的距離大為縮短，使得P2極區(qū)所謂的橫向電阻很小，從而使從門(mén)極抽出較大的電流成為可能。如何防止電力MOSFET因靜電感應(yīng)應(yīng)起的損壞？答：電力MOSFET的柵極絕緣層很薄弱，容易被擊穿而損壞。MOSFET的輸入電容是低泄漏電容，當(dāng)柵極開(kāi)路時(shí)極易受靜電干擾而充上超過(guò) 土20的擊穿電壓，所以為防止MOSFET因靜電感應(yīng)而引起的損壞，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一般在不用時(shí)將其三個(gè)電極短接；裝配時(shí)人體、工作臺(tái)、電烙鐵必須接地，測(cè)試時(shí)所有儀器外殼必須接地；電路中，柵、源極間常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過(guò)高漏、源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過(guò)電壓。7.IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路各有什么特點(diǎn)？答:IGBT驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻，IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。GTR驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是:驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流有足夠陡的前沿，并有一定的過(guò)沖,這樣可加速開(kāi)通過(guò)程，減小開(kāi)通損耗，關(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路能提供幅值足夠大的反向基極驅(qū)動(dòng)電流，并加反偏截止電壓，以加速關(guān)斷速度。GTO驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：GTO要求其驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流的前沿應(yīng)有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門(mén)極電流，關(guān)斷需施加負(fù)門(mén)極電流，幅值和陡度要求更高，其驅(qū)動(dòng)電路通常包括開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路，關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門(mén)極反偏電路三部分電力MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)：要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動(dòng)功率小且電路簡(jiǎn)單。8.全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試分析RCD緩沖電路中各元件的作用。答：全控型器件緩沖電路的主要作用是抑制器件的內(nèi)因過(guò)電壓，曲池或過(guò)電流和d/d6減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。RCD緩沖電路中，各元件的作用是：開(kāi)通時(shí)，C經(jīng)R放電，R起到限制放電電流的S S S作用；關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)VD從C分流，使du/dt減小，抑制過(guò)電壓。S S9.試說(shuō)明IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點(diǎn)。解：對(duì)IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu),缺點(diǎn)的比較如下表：器件優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)開(kāi)關(guān)速度咼，開(kāi)關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通開(kāi)關(guān)速度低于電力IGBT態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小MOSFET,電壓，電流容量不及GTOGTR耐壓高，電流大，開(kāi)關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低開(kāi)關(guān)速度低，為電流驅(qū)動(dòng)，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存在一次擊穿問(wèn)題GTO電壓、電流容量大，適用于大功率場(chǎng)合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門(mén)極負(fù)脈沖電流