1、习 题 22-1 答： 晶闸管导通必须同时具备两个条件：一是晶闸管阳极电路加适当的正向电压；二是门极电路加适当的正向电压（实际工作中，门极加正触发脉冲信号） ，且晶闸管一旦导通，门极将失去控制作用。晶闸管导通后，就可以通过很大的电流，而它本身的管压降只有 1 V 左右，因此晶闸管阳极伏安特性曲线（见图 2-5）靠近纵轴而且陡直。在晶闸管导通后，若逐渐减小正向电压，正向电流也减小。当电流减小到某一数值时，晶闸管又从导通状态转为关断状态，这时所对应的电流称为维持电流 IH，即维持晶闸管导通的最小电流。2-2 答： 晶闸管阳极电路加适当的正向电压；门极电路加适当的正向电压，当正向电压增加到某一数值时
2、，漏电流突然增大，晶闸管由关断状态突然导通。在晶闸管导通后，若逐渐减小正向电压，正向电流也减小。当电流减小到某一数值时，晶闸管又从导通状态转为关断状态，这时所对应的电流称为维持电流 IH。维持电流是晶闸管维持导通的最小电流。因此要想使晶闸管维持导通，晶闸管通过的电流必须大于等于维持电流。在晶闸管导通后，若逐渐减小正向电压，正向电流也减小。当电流减小到维持电流以下时，晶闸管又从导通状态转为关断状态。或者给晶闸管施加反向阳极电压时，无论有没有门极电压，晶闸管都不能导通。由晶闸管阳极伏安特性曲线（见图 2-5）可知，当晶闸管的阳极和阴极间加反向电压或流过晶闸管的电流 IA 降低至小于维持电流 IH，
3、晶闸管由导通状态转为关断状态。2-3 答：略。2-4 答：略。2-5 答：当流过晶闸管的电流 IA 降低至小于维持电流 IH 时， 1 和 2 迅速下降，使得1+2 很小，即 IAICBO1+ICBO2，晶闸管恢复关断状态。2-6 答：略。2-7 答：只有一种载流子参与导电的器件称为单极型器件。常见的单极型器件有功率场效应晶体管 MOSFET 和静电感应晶体管 SIT 等。由电子和空穴两种载流子参与导电的器件称为双极型器件。常见的双极型器件有晶闸管（包括普通晶闸管 SCR、双向晶闸管 TRIAC、逆导晶闸管 RCT、非对称晶闸管 ASCR、门极可关断晶闸管 GTO、静电感应晶闸管 SITH）和
4、功率晶体管 GTR 等。2-8 答：GTR 必须用基极连续的电流驱动信号才能维持在通态，当移去这个信号时，GTR 便自动关断。2-9 答：由于功率 MOSFET 是 MOS 器件，它有一定的输入电容，很容易吸收静电荷，静电荷积累过多，会使极间的电压超过允许值而毁坏器件。因此可采取以下几种静电保护措施：（1）功率 MOSFET 放置在防静电袋子或导电泡沫塑料内，操作者须带可靠接地的防静电手腕带拿取。（2）用手拿功率 MOSFET 时，不要用手触摸其管脚。（3）工作台须采用接地的桌子和地板垫。（4）电烙铁要良好接地，在功率 MOSFET 电控系统中要设置过电压、欠电压、过电流和过热保护单元，以保证
5、安全可靠地工作。2-10 答：IPM 的优点有以下几个方面：（1）开关速度快。IPM 内的 IGBT 芯片都选用高速型，而且驱动电路紧靠 IGBT 芯片，驱动延时小。（2）低功耗。IPM 内部的 IGBT 导通压降低，开关速度快。（3）快速的过流保护。IPM 实时检测 IGBT 电流，当发生严重过载或直接短路时，IGBT 将被软关断，同时送出一个故障信号。（4）过热保护。在靠近 IGBT 的绝缘基板上安装了一个温度传感器，当基板过热时，IPM 内部控制电路将截止栅级驱动，不响应输入控制信号。（5）桥臂对管互锁。在串联的桥臂上，上下桥臂的驱动信号互锁，有效防止上下臂同时导通。（6）抗干扰能力强。
6、优化的门级驱动与 IGBT 集成，布局合理，无外部驱动线。（7）驱动电源欠压保护。当驱动控制电源低于一定值（一般为 15 V）时，就会造成驱动能力不够，增加导通损坏。IPM 自动检测驱动电源，当低于一定值超过 10 s 时，将截止驱动信号。（8）IPM 内藏相关的外围电路。简化了开发步骤，缩短了上市时间。（9）无须对功率开关器件采取防静电措施。（10）减少了元器件数量，缩小了体积。（11）采用了专用 IC 对门极进行控制、保护，不需要考虑短路及开关浪涌电压带来的裕量问题，实现了真正的高性能化。2-11 答：晶闸管电路对触发电路的要求有以下几个方面：（1）触发信号要有足够的功率。（2）触发脉冲必
7、须与主回路电源电压保持同步。（3）触发脉冲要有一定的宽度，前沿要陡。（4）触发脉冲的移相范围应能满足主电路的要求。2-12 答：对于同步电压为锯齿波的触发电路（见图 2-29） ，工作时，把负偏移电压Ub 调整到某值固定后，改变控制电压 Uc，就能改变 ub4 波形与时间横轴的交点，就改变了V4 由截止转为导通的时刻，从而改变了触发脉冲产生的时刻，也就是改变控制角 ，达到移相控制的目的。通常设置 Uc0 对应 角的最大值，U c 增大时， 角随之减小。设置负偏移电压的目的是为了使控制电压 Uc 为正，以实现单极性调节。在电路中，电路是在 V4 导通的瞬间，也就是 V5 转为截止的瞬间，开始产生
8、输出脉冲的，V5 截止的持续时间即为输出脉冲的宽度，可见，输出脉冲宽度，可由 C3 反充电的时间常数 C3R14 来设定。改变 C3R14 的大小，可改变输出脉冲的宽度。2-13 答：对 IGBT 栅极驱动电路的要求有一下几点：（1）IGBT 为电压驱动，输入极为绝缘栅极，有一个容性输入阻抗，对电荷积聚很敏感，因此驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗的放电回路，即驱动电路与 IGBT 的连线应尽量短。（2）用内阻小的驱动源对栅极电容充放电，以保证栅极控制电压 UGE 的前后沿足够陡峭，减少 IGBT 的开关损耗。 IGBT 开通后，栅极驱动源能提供足够的功率，以使 IGBT 的开、关可靠，并避
9、免在开通期间因退饱和而使 IGBT 损坏。（3）要提供大小适当的正反向驱动电压 UGE。正向偏压 UGE 增大时，IGBT 通态压降和开通损耗均下降。但若 UGE 过大，则在有短路过程的设备中，I C 随 UGE 的增大而增大，使 IGBT 能承受短路电流的时间减小，不利于其本身的安全。为此，U GE 应取得小一些，一般选 UGE 为 1215 V。（4）在关断时，为尽快抽取 IGBT 的存储电荷，防止因关断时浪涌电流过大而使IGBT 误导通，应对其施加负偏压（U GE） ，但其值又受 C、E 间最大反向耐压限制，一般取510 V。（5）要提供合适的开关时间。快速开通和关断有利于提高工作频率，
10、减小开关损耗，但在大电感负载情况下，IGBT 的开关时间不能太短，以限制 di/dt 所形成的尖峰电压，防止元器件击穿。（6）要有较强的抗干扰能力并带有对 IGBT 的保护功能。（7）IGBT 在电力电子设备中多用于高压场合，因此驱动电路与信号控制电路在电位上应严格隔离。2-14 答：产生过电流的常见原因有以下几个方面：（1）电网电压波动太大。（2）电动机拖动的负载过大。（3）整流电路直流输出侧短路和逆变电路因逆变失败引起的短路。（4）可逆传动环流过大或控制系统存在故障。（5）内部晶闸管损坏或触发电路故障使晶闸管误导通，造成相邻桥臂上的晶闸管导通，引起两相电源短路。2-15 答：过电流保护措施
11、有以下几种：（1）快速熔断器保护。（2）过电流继电器保护及脉冲移相保护。（3）拉逆变过电流保护。（4）直流快速断路器保护。（5）进线电抗限制保护。过电压保护措施有以下几种：由于几乎不可能从根本上消除产生过电压的根源，因而只能设法将过电压的幅度限制到安全范围之内。针对这种尖峰状瞬时过电压，最常用的方法是在晶闸管两端并联 RC 吸收元件，利用电容两端电压不能突变的特性来吸收尖峰电压，把电压限制在晶闸管允许的范围内。（1）采用避雷器过电压保护措施。（2）接地电容过电压保护措施。（3）阻容保护（4）整流式阻容保护（5）硅堆保护（6）压敏电阻保护（7）晶闸管泄能保护（8）换相过电压保护2-16 答：针对
12、尖峰状瞬时过电压，最常用的方法是在晶闸管两端并联 RC 吸收元件，利用电容两端电压不能突变的特性来吸收尖峰电压，把电压限制在晶闸管允许的范围内。串联电阻 R 的作用是为了限制晶闸管开通损耗和电流上升率，并防止电路产生振荡。如不串电阻，电容两端将会产生比电源电压高得多的振荡电压，将导致晶闸管被击穿。而且，在晶闸管承受正向电压未导通时，电容 C 已充电，极性如图 2-54 所示。在晶闸管触发导通的瞬间，电容 C 迅速经晶闸管放电。若没有电阻限流，这个放电尖峰电流将很大，不仅增加晶闸管开通损耗，而且使流过晶闸管的电流上升率 di/dt 过大，易损坏晶闸管。由于 C与 R 的作用是吸收或消耗过电压的能量，因此这种电路称为阻容吸收电路，见图 2-54 中所示电路。阻容吸收电路要尽量靠近晶闸管，引线要尽量短。2-17 答：设置缓冲电路可以避免器件流过过大的电流及器件两端出现过高的电压，也可使电流、电压的峰值错开而不同时出现，从而抑制正向电压上升率 du/dt 和正向电流上升率 di/dt、 ，减少开关损耗，提高电路的可靠性。缓冲电路一般由电阻、电感、电容及二极管构成。主要有开通缓冲电路、关断缓冲电路、复合缓冲电路三种形式。
