变频器第2章 习题2解答

第2章习题2答案

1.晶闸管的导通条件是什么？关断条件是什么？

答：晶闸管的导通条件：在晶闸管的阳极A和阴极K间加正向电压，同时在它的门极G 和阴极K间也加正向电压。要使导通的晶闸管的关断，必须将阳极电流I A降低到维持电流

I H以下，上述正反馈无法维持，管子自然关断。维持电流I H是保持晶闸管导通的最小电流。

2. 说明GTO的开通和关断原理。与普通晶闸管相比较有何不同？

答：GTO开通过程与普通晶闸管相似，在GTO阳极A和阴极K间加正向电压，同时在它的门极G和阴极K间也加正向电压。关断过程是通过在GTO控制极施加关断脉冲（门极G 和阴极K间也加负向电压）实现的。

3. GTO有哪些主要参数？其中哪些参数与普通晶闸管相同？哪些不同？

答：GTO的多数参数与普通晶闸管相同，意义不同的参数有：

（1）最大可关断阳极电流ＩTGQM

(2）关断增益G off

4. GTO为什么要设置缓冲电路？说明缓冲电路的工作原理。

答：GTO关断时，抑制阳极电流下降过程中所产生的尖峰阳极电压Ｕp，以降低关断损耗，防止结温升高；抑制阳极电压ＵＡk的上升率d u／d t，以免关断失败；GTO开通时，缓冲电容通过电阻向GTO放电，有助于所有GTO元达到擎住电流值。因此，缓冲电路不仅对GTO 具有保护作用，而且对于GTO的可靠开通和关断也具有重要意义。

以图2-13为例说明缓冲电路的工作原理。

图中R、L为负载，VD为续流二极管，L A是GTO导通瞬间限制d i／d t的电感。R s C s 和VD s组成了缓冲电路。 GTO的阳极电路串联一定数值的电感LＡ来限制d i／d t，当门极控制关断时抑制阳极电流ＩA的下降，d i／d t在电感LＡ上感应的电压尖峰Ｕp通过VD A和ＲA 加以限制。当GTO开通瞬间，电容C s要通过阻尼电阻R s向GTO放电，若R s小，则C s放电电流峰值很高，可能超出GTO的承受能力。为此，增加了二极管VD s，在GTO关断时，用ＶＤs的通态内阻及GTO关断过程中的内阻来阻尼L A和C s谐振。R s则用于GTO开通时，限制

C s放电电流峰值，并于GTO关断末期ＶＤs反向恢复阻断时阻尼L A和C s谐振。

5. GTR的应用特点和选择方法是什么？

答：GTR的热容量小，过载能力低，过载或短路产生的功耗可能在若干徽秒的时间内使结温超过最大允许值而导致器件损坏。为此GTR的驱动电路既要及时准确地测得故障状态，又要快速自动实现保护，在故障状态下迅速地自动切除基极驱动信号，避免GTR损坏。保护类型包括抗饱和、退抗饱和、过流、过压、过热及脉宽限制等多方面。此外，驱动电路还得具有能在主电路故障后自动切断与主电路联系的自保护能力。

6. P-MOSFET的应用特点和选择方法是什么？

答：P-MOSFET的栅极是绝缘的，属于电压控制器件，因而输入阻抗高，驱动功率小，电路简单。

为了正确的控制P-MOSFET的开通和关断，对栅极驱动电路提出如下要求：

1）触发脉冲的前后沿要陡峭，触发脉冲的电压幅值要高于器件的开启电压，以保证P-MOSFET的可靠触发导通。

2）开通时以低电阻对栅极电容充电，关断时为栅极电容提供低电阻放电回路，减小栅极电容的充放电时间常数，提高P-MOSFET的开关速度。

3）P-MOSFET开关时所需的驱动电流为栅极电容的充放电流。P-MOSFET的极间电容越大，

所需的驱动电流也越大。为了使开关波形具有足够的上升和下降陡度，驱动电流要具有较大的数值。

7. 说明IGBT的结构组成特点。

答：IGBT是一种新型复合器件。输入部分为MOSFET，输出部分为GTR，它综合了MOSFET 和GTR的优点，具有输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大的优点。

8．IGBT的应用特点和选择方法是什么？

答：IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。栅极施以正电压时，MOSFET内形成沟道，从而使IGBT导通。在栅极上施以负电压时，MOSFET内的沟道消失，IGBT即为关断。

选用IGBT的参数时应注意：

1)集电极-发射极额定电压U CES。

2)栅极-发射极额定电压U GES，使用中不能超过该值。

3)额定集电极电流I C ：该参数给出了IGBT在导通时能流过管子的持续最大电流。

4)集电极-发射极饱和电压U EC(sat)：此参数给出IGBT在正常饱和导通时集电极-发射极之间的电压降。

5)开关频率。

9. I GCT的特点是什么？

答：（1）缓冲层提高了器件的效率，降低了通态压降和开关损耗。同时，采用缓冲层还使单片GCT与二极管的组合成为可能。

（2）透明阳极采用透明阳极来代替阳极短路，可使GCT的触发电流比传统无缓冲层的GTO降低一个数量级。

（3）逆导技术逆导GCT与二极管隔离区中因为有PNP结构，其中总有一个PN结反偏，从而阻断了GCT与二极管阳极间的电流流通。

（4）门极驱动技术

10. 智能功率模块IPM的应用特点有哪些？

答：IPM 内含驱动电路，可以按最佳的IGBT驱动条件进行设定；IPM内含过流（OC）保护、短路（SC）保护，使检测功耗小、灵敏、准确；IPM内含欠电压（UV）保护，当控制电源电压小于规定值时进行保护；IPM内含过热（OH）保护，可以防止IGBT和续流二极管过热，在IGBT内部的绝缘基板上设有温度检测元件，结温过高时即输出报警（ALM）信号，该信号送给变频器的单片机，使系统显示故障信息并停止工作。IPM还内含制动电路，用户如有制动要求可另购选件，在外电路规定端子上接制动电阻，即可实现制动。