Id?12???3?(Imsin?t)d(?t)?2Im22???3?1(1?cos2?t)d(?t)?21?3(?)?0.4485Im 2?38额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则Im?平均值为：Idd?0.2387Im?83.56(A)。 1（e）Ide?2??157 ?350.06(A)；

0.4485?40Imd(?t)??1?Im?0.125Im 2?41Ie?2??40Im2d(?t)?0.3536Im

额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则Im?平均值为：Ide?0.125Im?55.5(A)。 （f）Idf?If?157 ?444.00(A)；

0.35361???40Imd(?t)??401?Im?0.25Im ?4??1Im2d(?t)?0.5Im

额定电流100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则：Im?平均值为： Idf?0.25?314?78.5(A)

157 ?314(A)；

0.54、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P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2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：

1） 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。

2） 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。

3） 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。

5、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：1）GTO与GTR驱动信号的相同之处在于：

GTO与GTR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。 2）GTO与GTR驱动信号的区别在于：

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。

6、试比较GTR、GTO、MOSFET、IGBT之间的差异和各自的优缺点。

答： GTR、GTO、MOSFET、IGBT之间的差异及各自的优缺点如下表所示： 器 件 GTR 优 点 耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低 电压、电流容量很大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强 开关速度快，开关损耗小，工作频率高，门极输入阻抗高，热稳定性好，需要的驱动功率小，驱动电路简单，没有2次击穿问题 开关速度高，开关损耗小，通态压降低，电压、电流容量较高。门极输入阻抗高，驱动功率小，驱动电路简单 缺 点 开关速度低，电流驱动型需要驱动功率大，驱动电路复杂，存在2次击穿问题 电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率很大，驱动电路复杂，开关频率低 电流容量小，耐压低，通态损耗较大，一般适合于高频小功率场合 GTO MOSFET IGBT 开关速度不及电力MOSFET，电压、电流容量不及GTO。

四、补充习题

1．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。

2. 在图1-4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=0.5?; IL=50mA（擎住电流）。

UGSVTERLtiG

t

图1-4

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：

E?Ldi?Ri dtR?tE解之得： i?(1?eL)

R可靠导通条件为： i?IL?0.05

0.5R?t?tE50L解得： 0.05?(1?e)?(1?e0.5)

R0.5即 t?ln100?5e?4s

100?0.05 t?500us

3. 请画出VDMOS（或IGBT）管栅极电流波形，并说明电流峰值和栅极电阻有何关系以及栅极电阻的作用。

答：VDMOSFET和IGBT都是电压驱动型器件，由于存在门极电容，其门极电流的波形类

似于通过门极电阻向门极电容的充电过程，其峰值电流为Ip＝UGE/RG。栅极电阻的大小对器件的静态和动态开关特性有很大的影响：RG增加，则开通时间、关断时间、开

通损耗关断损耗增加；

dUCE和位移电流减小；触发电路振荡抑止能力强，反之则作用dt相反。因此在损耗容许的条件下，RG可选大些以保证器件的安全，具体选择要根据实际电路选。典型的应用参数为：＋UGE＝15V，－UGE＝－(5~10)V，RG＝3～50欧。

UGStiGt

4. 限制功率MOSFET应用的主要原因是什么？实际使用时如何提高MOSFET的功率容量？

答：限制功率MOSFET应用的主要原因是其电压、电流容量难以做大。因为MOSFET是单

极性器件，所以通态损耗较大，其通态电阻为RDSonU2.5（公式应该是正比于，用等?S号不合适）。高压大电流时，当额定电压比较高且电流大时，其通态电阻（对应损耗）达到令人难以接受的程度（目前的市场水平最大为IXYS公司的器件1200V/38A）。

实际使用时，由于MOSFET具有正的温度系数，可以方便地采用多管并联的方法来提高其功率容量。

第二章 相控整流电路

一、本章主要内容及重点与难点

【主要内容】

本章主要讨论各种相控整流电路的工作原理、波形分析及数值计算方法。在学习过程中，主要应掌握以下内容：

1. 单相桥式全控整流电路的工作原理、波形分析及数值计算； 2. 单相桥式半控整流电路的工作原理、波形分析及数值计算； 3. 三相半波可控整流电路的工作原理、波形分析及数值计算； 4. 三相桥式全控整流电路的工作原理、波形分析及数值计算； 5. 变压器漏感对整流电路的影响；

6. 有源逆变的概念、有源逆变产生的条件及逆变失败； 7. 电容滤波的不可控整流电路分析； 8. 整流电路的谐波与无功功率及其影响。 【重点与难点】

本章重点在于分析不同电路结构、不同负载形式下的相控整流电路的工作原理与波形，主要包括以下内容：

1. 理解“可控”的概念，在分析问题时充分考虑晶闸管的开关规律；

2. 注意负载性质不同对整流电路中晶闸管开关的影响，尤其是大电感的影响； 3. 不同电路结构、不同负载形式相控整流电路中晶闸管的移相范围、导通时间； 4. 负载电压、负载电流、晶闸管所承受的电压、、晶闸管电流、变压器二次侧电流波

形分析；

5. 有源逆变的概念及其实现的条件； 6. 如何分析有源逆变电路；

7. 变压器漏感的存在对整流电路和有源逆变电路的影响。

本章难点在于不同电路结构、不同负载形式相控整流电路的波形分析。

二、典型习题解析

例2-1 如图2-1所示的单相桥式半控整流电路中续流二极管VD的作用有（ ）。 A 减轻晶闸管的负担 C 防止出现失控现象 B 提高整流电压的平均值 D 起电压钳位作用

VT1VT2Tu2bi2idaudVDLRVD3VD4

图2-1

【答案】A、B、C

【解析】 本题主要考察对半控整流电路的认识，半控整流电路在正常工作时与全控整流电路相同，但是在阻感负载下，如果一只晶闸管的脉冲丢失，可能会造成一只晶闸管导通，两只二极管轮流导通的“失控”现象，这主要是由于二极管是不可控器件，不具备正向承压能力造成的。因此通常采用在负载两端反并联续流二极管的方法。同时，该续流二极管在电源