電力電子器件

1、成績構成：實驗20%作業(yè)10%卷面70%考試方式：全開卷，可帶教材、講義、筆記等資料考試題型：選擇4050題，簡答67題由于期末開卷考試成績差異不大，因而本課程得分關鍵在于兩次實驗及其實驗報告，分別是MOSFET管與IGBT的特性測試，涉及實驗原理、波形圖的繪制以及相應分析，是電力電子技術等后續(xù)課程實驗的基礎，需要用心完成。開卷考試以老師的復印講義為重點，選擇題基本可以在講義中找到答案，但是課程內容量偏大，因而要求對講義內容有一定的熟悉

2、程度（考前可列出目錄以輔助）。以下為習題的參考解答（個人解答僅供參考，部分內容有待商榷）=======================================第1章半導體器件的理論基礎1.為什么電子遷移率高于空穴遷移率？答：半導體中的載流子有帶負電的電子和帶正電的空穴，載流子在單位電場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)和運動本質上是束縛電子的移位，產生的難易程度與自

3、由電子相差較大；(2)能帶：電子位于導帶而空穴位于價帶，兩者存在于不同的能級；(3)質量：電子質量遠小于空穴的等效質量。4.為什么反偏PN結的漏電流不大且有一個飽和值？答：對PN結P區(qū)加負、N區(qū)加正的偏置為反偏狀態(tài)，此時空間電荷區(qū)電荷加強，且對多子的擴散運動阻礙加強、對少子的漂移運動促進加強，因此擴散電流大大減弱，少子的漂移電流占主要作用。少子的漂移是抽取過程，其抽取對象為對方的少子，決定于載流子的實際濃度。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。當溫度一定時，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結雪崩擊穿發(fā)生在P側還是N側？為何N區(qū)濃度上升，擊穿電壓UB下降？答：雪崩擊穿源于強電場中半導體載流子的倍增效應，與空間電荷區(qū)的場強、寬度有關。寬度越寬，載流子動能的增加所具有的加速距離越長，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。對于單邊突變結，擊穿電壓UB隨輕摻雜區(qū)雜質濃度的上升而下降。對于P

5、N結，N區(qū)為輕摻雜區(qū)，故雪崩擊穿發(fā)生于N側。N區(qū)濃度Nd上升，UB下降，且存在UB=1.69x10^18Nd^(34)的關系。8.PN結加反向電壓時有無擴散電容效應？為什么要用微分電容來衡量PN結電容？答：PN結空間電荷區(qū)外存在與注入載流子運動有關的電容效應，即擴散電容，它是由正向偏壓引起的，因此在反偏狀態(tài)下不存在。PN結的勢壘電容和擴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衡量PN結電容，即C(U)=dQdU。第2章半導體

6、二極管與晶體管3.決定PN結二極管的trr因此有器件內因與電路外因兩類，分別是什么？如何影響trr的大??？答：二極管由導通狀態(tài)向截止狀態(tài)轉變時，在阻斷反向電流之前還需釋放存儲的電荷，此放電時間即為二(1)熱電正反饋：由于器件的不均勻分布（如參數(shù)、管內結面、晶格缺陷等）引起某些薄弱點上具有高電流密度，加之正溫度系數(shù)的反饋作用，電流密度增大、溫度升高，導致過熱點晶體熔化，常用于解釋延遲時間較長的二次擊穿；(2)雪崩擊穿：應用于帶感性負載的G

7、TR，常用于解釋延率的遲時間較短的二次擊穿。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構、門極觸發(fā)與負載性質的關系。答：晶閘管在加上門極信號到導通過程中，由于導通區(qū)域局部電流很大、發(fā)熱很強，因此有一個承受電流上升率的能力。晶閘管的didt容量（耐量）表示晶閘管開通瞬間對陽極電流上升率的允許極限，若didt值超過所能承受的極限值，則器件會發(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：管子

8、結構——增加門極陰極周界長度、減薄基區(qū)厚度，以增大初始導通面積(2)外：1)門極觸發(fā)——采用前沿陡峻、幅值高的門極強觸發(fā)脈沖2)負載性質——增加浪涌電壓保護回路（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？超過此耐量什么后果？如何在器件結構和外電路上提高dudt耐量？答：晶閘管的斷態(tài)電壓臨界上升率（dudt耐量）是指在額定結溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉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，將出現(xiàn)位移電流，可觸發(fā)門極導通。當電壓上升率超過dudt耐量時，充電電流足夠大，將使晶閘管誤導通。改善方法：(1)內：管子結構——降低少子壽命（陰極短路點、非對稱結構、摻金鉑或電子、快中子輻照），降低關斷時間(2)外：負載性質——在陽極與陰極間并上RC阻容緩沖電路，防止電壓突變第5章功率場控器件3.敘述VDMOS的RDS與其擊穿電壓、結溫的關系。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。VDMOS的通態(tài)電阻RDS與結溫Tj的歸一化關系曲線如圖所示，即RDS隨著結溫的上升而增大，即二者呈正相關。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應用后，有什么后果？為什么非要有這個體寄生二極管？答：體寄生二極管不一定可作為續(xù)流二極管使用，與負載特性有關。對于容性負載，可以；對于感性負載，不可。當此管正向導通后使導通電流