2016电力电子参考 答案.pdf

第二章 电力电子器件 1 ．与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结 构才使得它具有耐受高电压和大电流的能力。 答： 电力二极管内部结构断面示意图2 ．4 所示，（1 ）电力二极管 是垂直导电结构 ，即电流在硅片内流动的总体方向是与硅片表面垂 直的。而信息电子电路中的二极管一般是横向导电结构，即电流在 硅片内流动的总体方向是与硅片表面平行的。垂直导电结构使得硅 片中通过电流的有效面积增大，可以显著提高二极管的通流能力。 （2 ）电力二极管在P 区和N 区之间多了一层低掺杂N 区(在半导体 物理中用N-表示) ，也称为：漂移区(Drift Region)。低掺杂N 区由 于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导 体)(Intrinsic Semiconductor) ，因此，电力二极管的结构也被称为 P-i-N 结构。由于掺杂浓度低，低掺杂 N 区就可以承受很高的电压 而不致被击穿，因此低掺杂N 区越厚，电力二极管能够承受的反向 电压就越高。 （3 ）低掺杂N 区由于掺杂浓度低而具有的高电阻率对于电力二极 管的正向导通是不利的。这个矛盾是通过 电导调制效应 (Conductivity Modulation)来解决的。当PN 结上流过的正向电流较 小时 ，二极管的电阻主要是作为基片的低掺杂N 区的欧姆电阻，其 阻值较高且为常量，因而管压降随正向电流的上升而增加；当 PN 结上流过的正向电流较大时，由P 区注入并积累在低掺杂N 区的少 子空穴浓度将很大，为了维持半导体的电中性条件，其多子浓度也 相应大幅度增加，使得其电阻率明显下降，也就是电导率大大增加， 这就是电导调制效应。电导调制效应使得电力二极管在正向电流较 大时压降仍然很低，维持在 l V 左右，所以正向偏置的电力二极管 表现为低阻态。 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：uAK0 且uGK0。 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 2 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 Im ，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3 与电流有效值I 、I 、I 。 1 2 3 0   2 0   5 2 0  2 4 4 4 2 a) b) c) 图1-43 图2-27 晶闸管导电波形 解： 1 T t0 平均值计算公式：[f (t )] f (t )dt AVE t T 0 1 T t0 2