介绍

 

 

门级可关断晶闸管是一种通过门极来控制器件导通和关断的电力半导体器件。

结构特点

- 四层半导体结构：与普通晶闸管相似，GTO也是由PNPN四层半导体构成，外部引出三个电极，分别是阳极（A）、阴极（K）和门极（G）。

- 多元集成结构：GTO是一种多元的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO单元，这些小单元的阴极和门极在器件内部并联，利于实现门极控制关断（阳极连在一起，阴极和门极并联在一起）

GTO既具有普通晶闸管的优点（耐压高、电流大、耐浪涌能力强、价格便宜），同时又具有GTR的优点（自关断能力、无须辅助关断电路、使用方便），是应用于高压、大容量场合中的一种大功率开关器件。

广泛应用于电力机车的逆变器、电网动态无功补偿和大功率直流斩波调速等领域。

门级可关断晶闸管是晶闸管的派生器件

工作原理
 
- 导通原理：当在GTO的门极和阴极之间施加正向触发脉冲电流时，门极附近的PN结导通，注入大量的载流子，引发内部的正反馈效应，使GTO由阻断状态转变为导通状态。

- 关断原理：在门极施加一个较大的反向门极电流，其幅值通常为阳极电流的1/3至1/5。这个反向电流从门极抽出大量的载流子，破坏内部的正反馈机制，从而使GTO由导通状态转变为阻断状态。

GTO 能够通过门极关断的原因是其和普通晶闸管的区别

设计 a 较大，使晶体管V₂控制灵敏，易于GTO。a 为晶体管共基极电流增益，

导通时a1+a2 更接近1 导通时接 近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大。

多元集成结构，使得P2 基区横向电阻很小（并联排列电阻变小），能从门极抽出较大电流。

 基本特性 
- 电压、电流容量大：是全控开关器件中电压、电流容量最大的一种，可应用于高压、大电流的电力电子电路。
 
- 导通电阻小：有利于降低导通功耗，减少能量损耗。
 
- 开关频率较低：一般为几百到几千赫兹，相对较低，在高频应用中有一定限制。
 
- 需要较大驱动电流：门极电路较复杂，需要较大的驱动电流和驱动功率。

GTO 的动态特性

 开通过程:与普通晶闸管相同关断过程:与普通晶闸管不同

储存时间ts，使等效晶体管退出饱和。

下降时间tf

尾部时间tt  关断时间是等于 ts+tf（不包括尾部时间）

 

主要参数
 
- 额定电压：包括断态重复峰值电压和反向重复峰值电压，分别指在门极断路和额定结温下，允许重复加在GTO阳极与阴极之间的正向和反向峰值电压。
 
- 最大可关断阳极电流：GTO能够承受的最大阳极电流，也是其最重要的额定参数之一。（额定电流）是最大值定义，最大可关断阳极电流
 
- 电流关断增益：最大可关断阳极电流与门极最大负电流之比，一般较低，通常为5左右。
电流关断增益等于最大可关断阳极电流/门极负脉冲电流，假如关断一个 1000A 的最大可关断阳极电流，这需要门极负脉冲电流 200A（是 GTO 的缺点）

 
- 开通时间和关断时间：开通时间包括延迟时间和上升时间；关断时间包括存储时间和下降时间，关断时间相对较长。
 
应用领域
 
GTO广泛应用于斩波调速、变频调速、无功补偿、逆变器等方面，在电力、可再生能源、消费电子、机电装备等行业有着重要应用。