電力電子器件

1、成績(jī)構(gòu)成：實(shí)驗(yàn)20%作業(yè)10%卷面70%考試方式：全開(kāi)卷，可帶教材、講義、筆記等資料考試題型：選擇4050題，簡(jiǎn)答67題由于期末開(kāi)卷考試成績(jī)差異不大，因而本課程得分關(guān)鍵在于兩次實(shí)驗(yàn)及其實(shí)驗(yàn)報(bào)告，分別是MOSFET管與IGBT的特性測(cè)試，涉及實(shí)驗(yàn)原理、波形圖的繪制以及相應(yīng)分析，是電力電子技術(shù)等后續(xù)課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，需要用心完成。開(kāi)卷考試以老師的復(fù)印講義為重點(diǎn)，選擇題基本可以在講義中找到答案，但是課程內(nèi)容量偏大，因而要求對(duì)講義內(nèi)容有一定的熟悉

2、程度（考前可列出目錄以輔助）。以下為習(xí)題的參考解答（個(gè)人解答僅供參考，部分內(nèi)容有待商榷）=======================================第1章半導(dǎo)體器件的理論基礎(chǔ)1.為什么電子遷移率高于空穴遷移率？答：半導(dǎo)體中的載流子有帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴，載流子在單位電場(chǎng)中的漂移速度稱為遷移率。同一材料中，電子遷移率明顯高于空穴遷移率，這是由于：(1)形成：空穴的出現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)本質(zhì)上是束縛電子的移位，產(chǎn)生的難易程度與自

3、由電子相差較大；(2)能帶：電子位于導(dǎo)帶而空穴位于價(jià)帶，兩者存在于不同的能級(jí)；(3)質(zhì)量：電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于空穴的等效質(zhì)量。4.為什么反偏PN結(jié)的漏電流不大且有一個(gè)飽和值？答：對(duì)PN結(jié)P區(qū)加負(fù)、N區(qū)加正的偏置為反偏狀態(tài)，此時(shí)空間電荷區(qū)電荷加強(qiáng)，且對(duì)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)阻礙加強(qiáng)、對(duì)少子的漂移運(yùn)動(dòng)促進(jìn)加強(qiáng)，因此擴(kuò)散電流大大減弱，少子的漂移電流占主要作用。少子的漂移是抽取過(guò)程，其抽取對(duì)象為對(duì)方的少子，決定于載流子的實(shí)際濃度。由于少子是由熱激發(fā)引起的，濃

4、度很小，因此漏電流（反向電流）很小。當(dāng)溫度一定時(shí)，少子濃度一定，幾乎不受偏壓的影響，此值即為飽和電流。7.PN結(jié)雪崩擊穿發(fā)生在P側(cè)還是N側(cè)？為何N區(qū)濃度上升，擊穿電壓UB下降？答：雪崩擊穿源于強(qiáng)電場(chǎng)中半導(dǎo)體載流子的倍增效應(yīng)，與空間電荷區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)、寬度有關(guān)。寬度越寬，載流子動(dòng)能的增加所具有的加速距離越長(zhǎng)，載流子間碰撞的幾率越大。因此雪崩擊穿通常發(fā)生在空間電荷區(qū)較寬的輕摻雜側(cè)。對(duì)于單邊突變結(jié)，擊穿電壓UB隨輕摻雜區(qū)雜質(zhì)濃度的上升而下降。對(duì)于P

5、N結(jié)，N區(qū)為輕摻雜區(qū)，故雪崩擊穿發(fā)生于N側(cè)。N區(qū)濃度Nd上升，UB下降，且存在UB=1.69x10^18Nd^(34)的關(guān)系。8.PN結(jié)加反向電壓時(shí)有無(wú)擴(kuò)散電容效應(yīng)？為什么要用微分電容來(lái)衡量PN結(jié)電容？答：PN結(jié)空間電荷區(qū)外存在與注入載流子運(yùn)動(dòng)有關(guān)的電容效應(yīng)，即擴(kuò)散電容，它是由正向偏壓引起的，因此在反偏狀態(tài)下不存在。PN結(jié)的勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容都是外加電壓的函數(shù)而非常數(shù)，因而要用微分電容來(lái)衡量PN結(jié)電容，即C(U)=dQdU。第2章半導(dǎo)體

6、二極管與晶體管3.決定PN結(jié)二極管的trr因此有器件內(nèi)因與電路外因兩類，分別是什么？如何影響trr的大小？答：二極管由導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，在阻斷反向電流之前還需釋放存儲(chǔ)的電荷，此放電時(shí)間即為二(1)熱電正反饋：由于器件的不均勻分布（如參數(shù)、管內(nèi)結(jié)面、晶格缺陷等）引起某些薄弱點(diǎn)上具有高電流密度，加之正溫度系數(shù)的反饋?zhàn)饔?，電流密度增大、溫度升高，?dǎo)致過(guò)熱點(diǎn)晶體熔化，常用于解釋延遲時(shí)間較長(zhǎng)的二次擊穿；(2)雪崩擊穿：應(yīng)用于帶感性負(fù)載的G

7、TR，常用于解釋延率的遲時(shí)間較短的二次擊穿。第3章晶閘管5.敘述晶閘管的didt耐量的物理意義及其與晶閘管結(jié)構(gòu)、門極觸發(fā)與負(fù)載性質(zhì)的關(guān)系。答：晶閘管在加上門極信號(hào)到導(dǎo)通過(guò)程中，由于導(dǎo)通區(qū)域局部電流很大、發(fā)熱很強(qiáng)，因此有一個(gè)承受電流上升率的能力。晶閘管的didt容量（耐量）表示晶閘管開(kāi)通瞬間對(duì)陽(yáng)極電流上升率的允許極限，若didt值超過(guò)所能承受的極限值，則器件會(huì)發(fā)生didt擊穿。didt容量也稱為通態(tài)電流臨界上升率。改善方法：(1)內(nèi)：管子

8、結(jié)構(gòu)——增加門極陰極周界長(zhǎng)度、減薄基區(qū)厚度，以增大初始導(dǎo)通面積(2)外：1)門極觸發(fā)——采用前沿陡峻、幅值高的門極強(qiáng)觸發(fā)脈沖2)負(fù)載性質(zhì)——增加浪涌電壓保護(hù)回路（串聯(lián)電阻、飽和電抗器），以抑制電流上升率6.晶閘管的dudt耐量的物理意義是什么？超過(guò)此耐量什么后果？如何在器件結(jié)構(gòu)和外電路上提高dudt耐量？答：晶閘管的斷態(tài)電壓臨界上升率（dudt耐量）是指在額定結(jié)溫和門極開(kāi)路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。在阻

9、斷的晶閘管兩端施加的電壓具有正向上升率時(shí)，將出現(xiàn)位移電流，可觸發(fā)門極導(dǎo)通。當(dāng)電壓上升率超過(guò)dudt耐量時(shí)，充電電流足夠大，將使晶閘管誤導(dǎo)通。改善方法：(1)內(nèi)：管子結(jié)構(gòu)——降低少子壽命（陰極短路點(diǎn)、非對(duì)稱結(jié)構(gòu)、摻金鉑或電子、快中子輻照），降低關(guān)斷時(shí)間(2)外：負(fù)載性質(zhì)——在陽(yáng)極與陰極間并上RC阻容緩沖電路，防止電壓突變第5章功率場(chǎng)控器件3.敘述VDMOS的RDS與其擊穿電壓、結(jié)溫的關(guān)系。答：VDMOS的通態(tài)電阻RDS與擊穿電壓BVDS滿

10、足RDS=8.3x10^7(BVDS)^2.5A，即與擊穿電壓呈冪相關(guān)。VDMOS的通態(tài)電阻RDS與結(jié)溫Tj的歸一化關(guān)系曲線如圖所示，即RDS隨著結(jié)溫的上升而增大，即二者呈正相關(guān)。4.VDMOS的體寄生二極管可以做續(xù)流二極管（FWD）嗎？為什么？若使用其作為FWD應(yīng)用后，有什么后果？為什么非要有這個(gè)體寄生二極管？答：體寄生二極管不一定可作為續(xù)流二極管使用，與負(fù)載特性有關(guān)。對(duì)于容性負(fù)載，可以；對(duì)于感性負(fù)載，不可。當(dāng)此管正向?qū)ê笫箤?dǎo)通電流