可关断晶闸管资料
1.3 门极可关断晶闸管(GTO)
t
30 µs
− I GM = (
1 1 − ) I AT0 8 3
4、主要参数 (简介 、 简介) 简介
与晶闸管不同的参数。 与晶闸管不同的参数。 （1）最大可关断阳极电流 ATO ）最大可关断阳极电流I （2）关断增益βoff ） （3）阳极尖峰电压 ） （4）维持电流 ） （5）擎住电流 ）
1.3 门极可关断晶闸管（GTO） 门极可关断晶闸管（ ） 1.3.1 GTO的结构和工作原理 的结构和工作原理
1、GTO的结构 、 的结构 GTO为四层 为四层PNPN结构、三端引出线（A、K、 结构、 为四层 结构 三端引出线（ 、 、 G）的器件。和晶闸管不同的是：GTO内部是由许 ）的器件。和晶闸管不同的是： 内部是由许 多四层结构的小晶闸管并联而成， 多四层结构的小晶闸管并联而成，这些小晶闸管的 门极和阴极并联在一起，成为 门极和阴极并联在一起，成为GTO元，而普通晶闸 元 管是独立元件结构。下图是GTO的结构示意图、等 的结构示意图、 管是独立元件结构。下图是 的结构示意图 效电路及电气符号。 效电路及电气符号。
图1-15
图1-15
图1-15
2、GTO的工作原理 、 的工作原理 （1）开通过程 ） GTO也可等效成两个晶体管 1N1P2和 N1P2N2互连， 也可等效成两个晶体管P 互连， 也可等效成两个晶体管 GTO与晶闸管最大区别就是导通后回路增益 1+α2 与晶闸管最大区别就是导通后回路增益α 与晶闸管最大区别就是导通后回路增益 数值不同， 其中α 分别为P1N1P2和 数值不同 ， 其中 α1 和 α2 分别为 P1N1P2 和 N1P2N2 的共基极电流放大倍数。晶闸管的回路增益α 的共基极电流放大倍数。晶闸管的回路增益 1+α2 常为1.15左右 ， 而 GTO的 α1+α2 非常接近 。 因而 左右， 非常接近1。 常为 左右 的 GTO处于临界饱和状态。这为门极负脉冲关断阳 处于临界饱和状态。 处于临界饱和状态 极电流提供有利条件。 极电流提供有利条件。
电力电子技术-门极可关断晶闸管 晶体管
P2
N2
K
A
IA
PNP
V1
G IG
Ic1
Ic2
R
NPN V2
S EG
IK
EA
K
a)
b)
晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
由P1N1P2和N1P2N2构成的两个晶体管V1、V2分别具有共基极电流增益α1 和α2 。
α1+α2=1是器件临界导通的条件。
电力电子器件(3)
GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别：
GTO导通后，可通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。
2. GTO的主要参数
2.4 晶体管
2.4.1 电力晶体管
1. GTR的结构与工作原理（在电力电子电路中GTR工作在开关状态）
2. GTR的基本特性
3. GTR的主要参数
重点：GTO的工作原理，主要参数
难点：GTO与SCR的区别
饱和区
Ic 放大区
ib3 ib2
ib1 ib1<ib2<ib3
截止区 O
Uce 共发射极接法时GTR的输出特性
电力电子器件(3)
3. GTR的主要参数 前已述及电流放大倍数β、集射极间漏电流Iceo等,此外还有：
电压定额
最高工作电压 GTR上电压超过规定值时会发生击穿。 击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关。
BUcbo> BUcex> BUces> BUcer> BUceo。 实际使用时，最高工作电压要比BUceo低得多。
电力电子器件(3)
电流定额 集电极最大允许电流IcM
通常规定为直流电流增益hFE下降到规定值的1/2～1/3时所对应的Ic 。 实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一点。
可关断晶闸管
可关断晶闸管目录[隐藏]简介发展简史成分结构应用领域[编辑本段]简介可关断晶闸管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦称门控晶闸管。
其主要特点为，当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。
[编辑本段]发展简史前已述及，普通晶闸管（SCR）靠门极正信号触发之后，撤掉信号亦能维持通态。
欲使之关断，必须切断电源，使正向电流低于维持电流IH，或施以反向电压强近关断。
这就需要增加换向电路，不仅使设备的体积重量增大，而且会降低效率，产生波形失真和噪声。
可关断晶闸管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点，以具有自关断能力，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。
GTO的容量及使用寿命均超过巨型晶体管（GTR），只是工作频纺比GTR低。
目前，GTO已达到3000A、4500V的容量。
大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域，显示出强大的生命力。
[编辑本段]成分结构可关断晶闸管也属于PNPN四层三端器件，其结构及等效电路和普通晶闸管相同，因此图1仅绘出GTO典型产品的外形及符号。
大功率GTO大都制成模块形式。
可关断晶闸管结构尺寸图尽管GTO与SCR的触发导通原理相同，但二者的关断原理及关断方式截然不同。
这是由于普通晶闸管在导通之后即外于深度饱和状态，而GTO在导通后只能达到临界饱和，所以GTO门极上加负向触发信号即可关断。
GTO的一个重要参数就是关断增益，βoff，它等于阳极最大可关断电流IATM与门极最大负向电流IGM之比，有公式βoff =IATM/IGMβoff一般为几倍至几十倍。
βoff值愈大，说明门极电流对阳极电流的控制能力愈强。
很显然，βoff与昌盛的hFE参数颇有相似之处。
[编辑本段]应用领域下面分别介绍利用万用表判定GTO电极、检查GTO的触发能力和关断能力、估测关断增益βoff的方法。
1．判定GTO的电极将万用表拨至R×1档，测量任意两脚间的电阻，仅当黑表笔接G极，红表笔接K极时，电阻呈低阻值，对其它情况电阻值均为无穷大。
全控型器件的详细介绍
典型全控型器件的介绍班级学号 :姓名日期一．门极可关断晶闸管1.1门极可关断晶闸管的简介门极可关断晶闸管简称GTO,是一种全控型的晶闸管。
其主要特点为，当栅极加负向触发信号时晶闸管能自行关断，保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点，以具有自关断能力，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。
GTO的容量及使用寿命均超过巨型晶体管（GTR），只是工作频纺比GTR低。
目前，GTO 已达到3000A、4500V的容量。
大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域，显示出强大的生命力。
1.2门极可关断晶闸管的结构和工作原理GTO是PNPN四层半导体结构，外部引出阳极，阴极和门极，是多元件的功率集成器件，内部由许多的GTO元的阳极和门极并联在一起。
其工作原理可用双晶体管来分析P1N1P1和N1P2N2构成的两个晶体管V1,V2分别具有共基极电流增益α1和α2，普通的晶体管分析，α1+α2=1是器件的临界导电条件，当α1+α2>1时2，当α1+α2<1时不能维持饱和导通而关断。
1.3 GTO的驱动方式及频率当信号要求可关断晶闸管导通时，驱动电路提供上升率足够大的正栅极脉冲电流（其幅度视晶闸管容量不同在0.1到几安培范围内），其正栅极脉冲宽度应保证门极关断晶闸管可靠导通。
当信号要求门极关断晶闸管关断时，驱动电路提供上升率足够大的负栅极脉冲电流，脉冲幅度要求大于可关断晶闸管阳极电流的五分之一，脉冲宽度应大于可关断晶闸管的关断时间和尾部时间。
根据对驱动门极关断晶闸管的特性、容量、应用场合、电路电压、工作频率、可靠性要求和性价比等方面的不同要求，有多种形式的栅极驱动电路。
1.4存在的问题及其最新的发展GTO在使用中，导通时的管压降较大，增加了通态损耗。
对关断负脉冲的要求较高，门极触发电路需要严格设计，否则易在关断过程中烧毁管子。
门极电流应大于元件的擎住电流IL;正负触发脉冲其前沿要陡，后沿要平缓，中小功率电路上升沿小于0.5μs ，大功率电路小于1μs ；门极电路电阻要小，以减小脉冲源内阻由于多元集成，对制造工艺提出极高的要求，它要求必须保持所有GTO元特性一致，开通或关断速度不一致，会使GTO元因电流过大而损坏。
第4章 门极可关断晶闸管GTO
iG
4.3
GTO的主要参数 GTO的主要参数
许多参数和普通晶闸管相应的参数意义相同，以 下只介绍意义不同的参数。 1) 开通时间 on 开通时间t
—— 延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般约 1~2µs，上升时间则随通态阳极电流值的增大而增大。
2) 关断时间 off 关断时间t
—— 一般指储存时间和下降时间之和，不包括尾部时 间。GTO的储存时间随阳极电流的增大而增大，下降 时间一般小于2µs。
2.门极驱动电路实例 2.门极驱动电路实例2 门极驱动电路实例
实用的双电源光电耦合GTO门极驱动电路如图4.6所示。
光电隔离 整形
C3 R1 C 1 + C 2 + RP1 VT1 R3 R2 VT2 R5 C4 VD1 R6 R7 VT4 VT3
+ + +
放大
R8 VD2 R9 VT5
+5V
电路由导通控制与关 断控制两部分组成，图中 上半部分为导通控制电路， 下半部分为关断控制电路。 每部分电路都由光电 隔离、整形、放大三级电 路组成。
I ATO = I GM
βoff一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。
1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。
4.4
GTO的驱动电路 GTO的驱动电路
• 门极可关断晶闸管（GTO）的导通过程与普通晶闸管 相似，可以用正门极电流开通。但在关断过程中， GTO可以采用负的门极电流关断，这一点与普通晶闸 管完全不同。 • 影响关断的因素很多，例如阳极电流越大越难关断， 电感负载较电阻负载难以关断，工作频率越高、结温 越高越难以关断。 所以欲使GTO关断，往往需要具有 特殊的门极关断功能的门极驱动电路。
晶闸管测试方法可关断晶闸管规范标准
晶闸管测试方法可关断晶闸管规范标准1. 引言晶闸管作为一种常用的电子器件，在各个领域都具有广泛的应用。
为了确保晶闸管的质量和可靠性，在生产过程中需要进行各种测试。
其中，可关断晶闸管的测试方法是晶闸管测试中的重要环节。
本文将介绍晶闸管测试方法中可关断晶闸管的规范标准。
2. 可关断晶闸管的定义可关断晶闸管是指在其导通状态下，经过一定操作或输入信号后，能够快速地断开导通状态，并进入阻断状态的晶闸管。
3. 可关断晶闸管的测试方法可关断晶闸管的测试方法通常包括以下几个方面：3.1 正向阻断特性测试正向阻断特性测试是测试晶闸管在正向导通状态下，经过断开操作或断开输入信号后，能够快速地断开导通状态并进入阻断状态的能力。
测试时，需要按照规定的电流和电压条件对晶闸管进行正向导通，并记录下导通状态下的电流和电压值。
然后，通过断开电源或给出断开信号的方式，观察晶闸管是否能够迅速地从导通状态切换到阻断状态，并记录下阻断状态下的电流和电压值。
3.2 反向阻断特性测试反向阻断特性测试是测试晶闸管在反向导通状态下，经过断开操作或断开输入信号后，能够快速地断开导通状态并进入阻断状态的能力。
测试时，需要按照规定的电流和电压条件对晶闸管进行反向导通，并记录下导通状态下的电流和电压值。
然后，通过断开电源或给出断开信号的方式，观察晶闸管是否能够迅速地从导通状态切换到阻断状态，并记录下阻断状态下的电流和电压值。
3.3 可靠性测试可靠性测试是测试晶闸管在长时间工作条件下的可靠性。
测试时，需要对晶闸管进行长时间的正向导通和反向导通测试，并记录下导通状态下的电流和电压值，以及阻断状态下的电流和电压值。
通过对测试数据的统计分析，评估晶闸管的可靠性指标，如MTBF（Mean Time Between Failures）等。
3.4 温度特性测试温度特性测试是测试晶闸管在不同温度下的工作性能。
测试时，需要将晶闸管置于不同温度环境中，并进行正向导通和反向导通测试。
可关断晶闸管GTO14 电力晶体管
a) 各单元的阴极、门极间隔排列的图形 b) 并联单元结构断 面示意图 c) 管的结构 d)等效电路 e) 电气图形符号
1.3.1 可关断晶闸管的结构和工作原理
工作原理：
与普通晶闸管一样，可以用图1-7所示的双晶体管模型来
分析。
A
P1
N1
N1
G
P2
P2
N2
A
IA
PNP
V1
G IG
Ic1
Ic2
R
NPN V2 S
称为电流关断增益。
off
I ATO IGM
（1-8）
off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。
1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。
1.3.3 可关断晶闸管的主要参数
（5）阳极尖峰电压UP
——
（6） 维持电流IH
——。
（7） 擎住电流IL ——。
（8） 浪涌电流IFSM ——。
典型全控型器件
常用的型全控型器件
门极可关断晶闸管 GTO
P-MOSFET
IGBT单管及模块
1.3 可关断晶闸管(GTO)—全控型
1.3.1 可关断晶闸管的结构与工作原理 1.3.2 可关断晶闸管的基本特性 1.3.3 可关断晶闸管的主要参数 1.3.4 可关断晶闸管的安全工作区 1.3.5 GTO的门极驱动电路
1.3 门极可关断晶闸管(GTO)—全控型
门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor —GTO）
晶闸管的一种派生器件。 可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。 GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近， 因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。 目 前 ， GTO 的 容 量 水 平 达 6000A/6000V 、 1000A/9000V ，频率为1kHZ。 DATASHEET
可关断晶闸管
特性
普通单向晶闸管靠控制极信号触发之后，撤掉信号也能维持导通。欲使其关断，必须切断电源或施以反向电 压强行关断。这就需要增加换向电路，不仅使设备的体积、质量增大，而且会降低效率，产生波形失真和噪声， 可关断晶闸管克服了上述缺陷。
当可关断晶闸管阳极和阴极间加正向电压且低于正向转折电压时，若门极无正向电压，则管子不会导通；若 门极加正向电压，则管子被触发导通，导通后的管压降比较大，一般为2～3V。
(2)检测注意事项。检测大功率可关断晶闸管时，可在R×1Ω挡外面串联一节1.5V电池（与表内电池极性顺 向串联），以提高测试电压，使可关断晶闸管触发导通。
3．可关断晶闸管关断能力判别
尽管可关断晶闸管与普通单向晶闸管的触发导通原理相同，但二者的关断原理及关断方式截然不同。这是由 于普通单向晶闸管在导通之后即处于深度饱和状态，而可关断晶闸管在导通后只能达到临界饱和状态。所以，在 可关断晶闸管的门极上加负向触发信号后，通态电流开始下降，使管子不能维持内部电流的正反馈。
由于可关断晶闸管关断时，可在阳极电流下降的同时升高施加的电压（不像普通单向晶闸管关断时在阳极电 流等于零后才能施加电压），因此，可关断晶闸管关断期间功耗较大。另外，因为可关断晶闸管导通压降较大 (2～3V)，门极触发电流较大（20mA左右），所以可关断晶闸管的导通功耗与门极功耗均较普通单向晶闸管 大。
判别电极时，将万用表置R×1Ω挡，检测任意两脚间电阻值。黑表笔接G极、红表笔接K极时为低电阻值，其 他情况下电阻值均为无穷大，由此可判定G极、K极，余下为A极。
2．可关断晶闸管触发导通能力判别
(1)触发导通能力的检测方法。判断可关断晶闸管触发导通能力时，将万用表置R×1Ω挡，黑表笔接A极，红 表笔接K极，测得电阻值为无穷大。同时用黑表笔接触G极（加上正向触发信号），表针向右偏转到低电阻值，说 明晶闸管已导通。黑表笔笔尖离开G极，晶闸管仍维持导通，说明被测管具有触发导通能力。
门极可关断晶闸管
门极可关断晶闸管（GTO）：GT0是目前阻断电压最高和通态电流最大的全控制器件。
既保留了普通晶闸管耐高压、电流大等优点，以具有自关断电能力，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。
缺点：是驱动电路复杂并且驱动功率大，导致关断时间长，限制了器件的开关频率；关断过程中的集肤效应用以导致局部过热，严重情况下使器件失效；为了限制dv/dt，需要复杂的缓冲电路GTO主要应用于在中、大功率场合。
绝缘栅双极晶体管(IGBT): IGBT 是后起之秀，集MOSFET和GRT的优点于一身，既具有MOSFET的输入阻抗高，开关速度快的优点，又具有GTR 耐压高、通过电流大的有点，是目前中等功率电压电子装置中的主流器件。
栅极为电压驱动，所需驱动功率小，开关损耗小、工作频率高，不需要缓冲电路，适合于较高频率的场合。
主要缺点是高压IGBT内阻大，通态电压高，导致通阻损耗大；在应用于（中）压领域时，通常多个串联。
IGCT是在GTO的基础上发展起来的新型复合器件，兼有MOSFET和GTO两者的优点，有克服了两者的不足之处，是一种较为理想的MW级高（中）压开关器件。
降压转换器：开关稳定电流和直流电机调速。
升压型变换器：直流稳压电流和直流电机的再生制动。
升降压变形转换器：应用于需要相对输入电压的公共端为负极性，可高于or低于输入电压的直流稳态电流。
集成门极换流晶闸管（IGCT）:IGCT是在克服GTO关断能力差，重复关断较大电流时容易产生局部过热损坏等缺点而发展起来的。
太阳能发电三种连接方式：工频变压方式，高频连接方式，无受压器方式。
大功率点跟踪：在光伏发电系统中，使太阳电池的输出处于最大功率点也就是控制变换器的输入电压工作在最大功率点电压上而最大功率点电压指令是随光强和吻遍变化调节的。
柔性电力电子：电力系统柔性化的必要性，电力系统的需求特点：可控性好，潮流可控，模式多样、质量可控的配电系统，调节性好、高效节能的用电系统。
直流输电的特点缺点：换流设备较昂贵；消耗无功功率多；产生谐波影响；换流器过载能力低；某些运行方式下对地下或海中物体产生电磁干扰和电化学腐蚀；缺乏直流开关；不能用变压器来改变电压等级直流输电的优点：线路造价低；输电损耗小；输送容量达；限制短路电流；线路故障时的自防护能力强；节省线路走廊；实现非同步电网互联；功率调节控制灵活；特别是和电缆输电。
1.3 可关断晶闸管(GTO)、1.4 电力晶体管(GTR)
tr存在原因
发射结进入正偏，此后，正偏不断增大， iC不断上升，BJT接近或进入饱和区。IB1 一方面继续给发射结和集电结势垒电容充 电，另一方面使基区的电荷积累增加，并 且还补充基区复合所消耗的载流子，这就 存在着上升时间tr。
晶闸管的一种派生器件。 可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。 GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近， 因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。 目 前 ， GTO 的 容 量 水 平 达 6000A/6000V 、 1000A/9000V ，频率为1kHZ。 DATASHEET
1.3.1 可关断晶闸管的结构和工作原理
tf存在原因
当Ui变为负值，基极电流变为IB2，但iC不 立即变小，而是当基区的电荷减少一定程 度，IC才开始下降，所以存在存储时间ts。 当发射结由正偏变为反偏，集电结和发射 结电荷区变宽，iC下降较快，这就有下降 时间tf。
结构：
与普通晶闸管的相同 点：
－PNPN四层半导体结
构，外部引出阳极、
a)
阴极和门极。
和普通晶闸管的不同 点：
－ GTO 是 一 种 多 元 的 功率集成器件。
GK
GK G
N2
P2 N2
N1
P1 A
b)
图1-13
C）
d）
e）
图1-13 GTO的内部结构和电气图形符号
a) 各单元的阴极、门极间隔排列的图形 b) 并联单元结构断 面示意图 c) 管的结构 d)等效电路 e) 电气图形符号
已经导通的晶闸管可被关断的条件
已经导通的晶闸管可被关断的条件导通的晶闸管（thyristor）是一种半导体器件，它能够在某些条件下实现电流的连续导通。
然而，为了实现对晶闸管的关断，需要满足一定的条件。
本文将探讨晶闸管可被关断的条件。
1. 断流电流条件：当晶闸管导通时，流过它的电流称为主电流（或称为阳极电流）。
为了能够关断晶闸管，必须将主电流降为零。
具体而言，需要将主电流减小到低于晶闸管的保持电流（IH）水平。
晶闸管的保持电流是指在导通状态下，只要主电流超过这个电流水平，晶闸管就能够继续保持导通。
因此，为了关断晶闸管，必须通过控制电路或外部电源，将主电流降至低于保持电流水平。
2. 断流电压条件：除了断流电流条件外，还需要满足断流电压条件。
晶闸管能够承受的最大反向电压称为封堵电压（VDRM）。
在关断晶闸管时，必须确保施加在晶闸管上的反向电压低于封堵电压。
否则，晶闸管可能无法关断，导致继续导通。
3. 关断脉冲条件：为了确保晶闸管能够可靠地关断，通常需要施加一个关断脉冲。
关断脉冲是指通过控制电路向晶闸管的控制端施加一个特定的电压信号，以触发晶闸管的关断过程。
这个关断脉冲的幅度和宽度需要根据具体的应用场景进行设计，并且需要满足晶闸管的关断特性。
4. 控制电路条件：晶闸管的关断是通过控制电路来实现的。
控制电路通常由触发器和其他电子元件组成，用于产生适当的脉冲信号以控制晶闸管的导通和关断。
为了实现晶闸管的关断，控制电路必须能够正常工作，并提供适当的关断脉冲信号。
5. 适当的温度条件：晶闸管在工作过程中会产生热量，因此需要适当的散热措施来保持晶闸管的温度在安全范围内。
如果晶闸管的温度过高，可能会导致器件损坏或不可靠的关断。
晶闸管可被关断的条件包括断流电流条件、断流电压条件、关断脉冲条件、控制电路条件和适当的温度条件。
只有同时满足这些条件，晶闸管才能可靠地实现关断操作。
这些条件的合理设计和实施，可以确保晶闸管在电路中的正常工作和可靠性。
门极可关断晶闸管
集成化
为了减小装置体积和降低成本， 门极可关断晶闸管正逐步实现集 成化，将多个器件集成在一个芯
片上，提高其功能密度。
模块化
为了方便使用和降低系统复杂性， 门极可关断晶闸管正逐步实现模 块化，将多个器件封装在一个模 块中，提供更方便的接口和更强
的功能。
市场趋势
广泛应用
定制化需求
随着电力电子技术的普及，门极可关 断晶闸管在风电、光伏、智能电网、 电动汽车等领域的应用越来越广泛， 市场需求持续增长。
门极可关断晶闸管
• 门极可关断晶闸管简介 • 门极可关断晶闸管的应用 • 门极可关断晶闸管的优势与局限性 • 门极可关断晶闸管的发展趋势与未
来展望
01
门极可关断晶闸管简介
定义与特性
定义
门极可关断晶闸管（GTO）是一种 电力半导体器件，具有通过门极控 制关断的能力。
特性
高耐压、大电流、快速关断、低 导通阻抗等。
工作原理
导通
当门极输入正脉冲时，GTO导通，电 流从阳极流向阴极。
关断当门极Βιβλιοθήκη 入负脉冲时，GTO关断，电 流截止。
结构与组成
结构
GTO由PNPN四层结构组成，中间两层为控制层。
组成
阳极、阴极、门极以及基极。
02
门极可关断晶闸管的应用
电力控制
总结词
门极可关断晶闸管在电力控制领域中具有重要作用，能够实现快速、高效的控制 。
考虑散热设计
由于门极可关断晶闸管在 大电流和高电压下工作， 需要充分考虑散热设计， 确保其正常工作。
注意安全工作区
门极可关断晶闸管有一定 的安全工作区限制，使用 时应避免超出其额定参数 范围。
04
门极可关断晶闸管的发展趋势与 未来展望
第六章门极可关断晶闸管(GTO)
减小阳极附近的等离子浓度方法
1）阳极短路。 2）调整阳极附近的掺杂浓度。 3）用原子核照射阳极。 4）阳极使用重金属扩散。 5）GTO管受电子辐射。
6.1.4实际GTO晶闸管的关断
iG
− VG R
T1关断
iG,T2
=
VG (RG + Rp1)
T2关断
iG,T3
=
(RG
VG + Rp1
+ Rp2 )
③驱动电路正向门极触发电流脉冲上升沿越陡，GTO元阳极电 流滞后时间越短，可加速GTO元阳极导电面积扩展，缩短开通 时间。
（2）关断过程
Q+ t
= 1IA
Q− t
=
(1−2 )IK
IG=0
α1 +α2 > 1
Q二次发射
Q+ t
t = 1IA − (1− 2 )IK = (1 + 2 −1)IA
p-base
Q− t
= 2IK − (1−1)IA = (1 + 2 −1)IA
n-base
希望关断晶闸管，必须使基极的过量载流子减少并最终为零。
IK =IA－ IG
新 Q二次发射 t
Q+ t
= 1IA − (1−2 )(IA -IG ) − IG = (1 + 2 −1)IA -2IG
p-base
Q− t
= 2 (IA − IG ) − (1− 1)IA = (1 + 2 −1)IA − 2IG
t3c ~ t5：
dv = IL dt CS
t＜t4:
iK
=
iA
−
VG RG
t = t5：vAK = VDC iS + iA = IL
门极可关断(GTO)晶闸管的
门极可关断(GTO)晶闸管的介绍与工作原理门极可关断(GTO)晶闸管是一种专门用于高频交流电路中的控制开关元件。
它的结构和普通晶闸管类似，但它具有一个独特的优点，即在正向导通状态下，门极信号的去除可以使晶体失去导通能力，实现可控的关闭功能。
在本文中，我们将介绍GTO晶闸管的结构、工作原理、特点和应用。
GTO晶闸管的结构GTO晶闸管的结构由P型基极、N型阳极和三个N型控制电极——接口控制极(GC)、栅控制极(GA)和阴面控制极(Gk)构成。
它的控制端口(即GA/GC和GK)可以分别控制基极-发射极结和栅-发射极结，从而实现门极可关断的特性。
GTO晶闸管的工作原理在正向电压下，GTO晶闸管与一般的晶闸管一样，在基极-发射极结上形成一个P-N结，使电流能够从阳极向基极流动。
在这种情况下，GTO晶闸管处于导通状态。
经过一定的时间后，在GC/GA和GK两个控制门极上的电信号被去除，从而使栅-发射极结恢复正常工作状态。
这会导致P-N结的急剧变化，栅区电流降低到一个很小的水平。
如果此时阳极电流仍继续流动，则GTO晶闸管将进入正常开关状态。
此时，如果阳极电流减小到一定水平，这个P-N结就会快速扩散，导致整个晶闸管的导通能力被破坏，从而使其正常关断。
这种关断过程是可控的，从而实现GTO晶闸管的门极可关断特性。
GTO晶闸管的特点GTO晶闸管相对于其他类型的晶闸管有许多特点。
其中最重要的特点是它的门极可关断特性，使其具有更好的控制能力，因此广泛用于交流变频器、直流-交流变换器、电子稳压器、可编程逻辑控制器和中压驱动器等高频交流电路中。
GTO晶闸管的另一个重要优点是它可以在高温环境下工作，温度范围一般在150-200℃之间。
此外，它还具有快速关断时间和高反向阻抗等特性。
缺点是开通电压相对较高，应用时需要考虑应用场景。
GTO晶闸管的应用GTO晶闸管广泛应用于电力电子领域。
由于其门极可关断特性和高温工作能力，它通常被用来驱动低电感、低噪声、非阻性电荷的负载、中等电流和大功率直流电机等。
可关断晶闸管,的电流关断增益的定义式
可关断晶闸管,的电流关断增益的定义式增益 = (I_sc - I_h) / I_sc
I_sc代表未应用门极驱动电流时晶闸管的短路电流，I_h代表应用合适门极驱动电流时晶闸管的断开电流。
晶闸管是一种半导体器件，常用于电力电子和电路控制系统中。
它具有可控导通和可关断的特性，通过控制门极电流来实现对电流的控制。
当晶闸管处于导通状态时，流过晶闸管的电流称为短路电流(I_sc)，它由外部电源提供。
而当晶闸管被关断时，电流不能通过晶闸管，这时称为断开状态。
断开状态下的电流称为断开电流(I_h)。
晶闸管的电流关断增益定义为短路电流与断开电流之差除以短路电流。
这种增益体现了晶闸管在关断过程中能够实现的电流控制程度。
增益越高，代表晶闸管具有更好的关断能力。
高电流关断增益的晶闸管可以在电力系统中扮演重要角色，例如电流控制、电压控制和功率因数校正等应用中。
通过精确控制门极电流，可以实现对晶闸管关断过程的精确控制，从而避免过电流和过压等风险，确保电路的安全和稳定运行。
需要注意的是，晶闸管的关断增益不仅受到设备本身特性的影响，还受到外部电路条件和环境温度的影响。
在应用中需要充分考虑这些因素，并进行合适的电路设计和温度控制，以确保晶闸管能够正常工作并达到预期的关断效果。
可关断晶闸管
可关断晶闸管可关断晶闸管GTO（GateTurn-OffThyristor）亦称门控晶闸管。
其首要特征为，当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。
前已述及，一般晶闸管（SCR）靠门极正信号触发往后，撤掉信号亦能坚持通态。
欲使之关断，有必要堵截电源，使正向电流低于坚持电流IH，或施以反向电压强近关断。
这就需求添加换向电路，不只使设备的体积分量增大，并且会下降功率，发作波形失真和噪声。
可关断晶闸管打败了上述缺点，它既保存了一般晶闸管耐压高、电流大等利益，以具有自关断才调，运用便当，是志向的高压、大电流开关器材。
GTO的容量及运用寿数均跨过巨型晶体管（GTR），仅仅作业频纺比GTR低。
如今，GTO已抵达3000A、4500V的容量。
大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等范畴，闪现出健旺的生命力。
可关断晶闸管也归于PNPN四层三端器材，其构造及等效电路和一般晶闸管一样，因而图1仅绘出GTO典型商品的外形及符号。
大功率GTO大都制成模块办法。
尽管GTO与SCR的触发导通原理一样，但二者的关断原理及关断办法截然纷歧样。
这是因为一般晶闸管在导通往后即外于深度饱满状况，而GTO在导通后只能抵达临界饱满，所以GTO门极上加负向触发信号即可关断。
GTO的一个首要参数即是关断增益，beta;off，它等于阳极最大可关断电流IATM与门极最大负向电流IGM之比，有公式beta;off=IATM/IGMbeta;off一般为几倍至几十倍。
beta;off值愈大，阐明门极电流对阳极电流的操控才调愈强。
很显着，beta;off与兴盛的hFE参数颇有类似的本地。
下面别离介绍运用万用表断定GTO电极、查看GTO的触发才谐和关断才调、估测关断增益beta;off的办法。
1．断定GTO的电极将万用表拨至R;x;1档，丈量恣意两脚间的电阻，仅当黑表笔接G极，红表笔接K极时，电阻呈低阻值，对其它状况电阻值均为无量大。
门极可关断晶闸管(GTO)
GTO与晶闸 管不同之处
GTO可通过施加负的门—阴 极电压而被关断，并因此引 起大的负门极电流。
电力电子器件概述
开关控制信号
A
导通
GTO 门极驱动电路
C
0
t 关断
ton
toff
RD K
Ud iT
Ts=1/fs
I0 Uon
吸收电 路
0 td(on)
tri tfv tc(on)
td(off) trv tfi
电力电子技术的基本概况
电力电子器件概述
门极可关断晶闸管（GTO）
1.1 门极可关断晶闸管的基本特性
A
iD
iA +
iG G
UAK
-
0
K
iD通断来自uDSuDSGTO与晶闸 管相同之处
电力电子器件概述
GTO能够通过施加短期的门 极脉冲电流而触发导通。一 旦导通，就能维持这种导通 状态而不再需要门极电流。
t
tc(off)
GTO不能用做感应开
Pr(T) UdI0
关，除非连接吸收电路
0
Wc(off)=UdI0tc(off) /2
Wc(on)=UdI0tc(on)/2
Won
t
电力电子器件概述
由电阻、电容、二极管组
成的电路用在GTO电路中， 使关断时的 du/dt减小。
iA
uAK
GTO 门极驱动电路
A C
RD K
使用关断吸收电路时的电
压变化率明显减少。
0
t
GTO的通态压降比晶闸管略高。
GTO能够承受高电压和大电流。
电力电子器件概述
1.2门极可关断晶闸管（GTO）的主要参数
可关断晶闸管主要参数
可关断晶闸管主要参数GTO有很多参数与晶闸管相同，这里只介绍一些与晶闸管不同的参数。
(1) 最大可关断阳极电流IATO电流过大时α1+α2稍大于1的条件可能被破坏，使器件饱和程度加深，导致门极关断失败。
(2) 关断增益offGTO的关断增益off为最大可关断阳极电流IATO与门极负电流最大值IgM之比，off通常只有5左右。
门极驱动电路和缓冲电路1. 可关断晶闸管的门极驱动电路影响GTO导通的主要因素有：阳极电压、阳极电流、温度和门极触发信号等。
阳极电压高，GTO导通简单，阳极电流较大时易于维持大面积饱和导通，温度低时，要加大门极驱动信号才能得到与室温时相同的导通效果。
(1) 对门极触发信号的要求由于GTO工作在临界饱和状态，所以门极触发信号要足够大，脉冲前沿(正、负脉冲)越陡越有利，而后沿平缓些好。
正脉冲后沿太陡会产生负尖峰脉冲；负脉冲后沿太陡会产生正尖峰脉冲，会使刚刚关断的GTO的耐压和阳极承受的du/dt降低。
为了实现强触发，门极正脉冲电流一般为额定触发电流(直流)的(3～5)倍。
(2) 门极触发方式GTO门极触发方式通常有下面三种：① 直流触发在GTO被触发导通期间，门极始终加有直流触发信号。
② 连续脉冲触发在GTO被触发导通期间，门极上仍加有连续触发脉冲，所以也称脉冲列触发。
③ 单脉冲触发即常用的脉冲触发，GTO导通之后，门极触发脉冲即结束。
采纳直流触发或脉冲列触发方式GTO的正向管压降较小。
采纳单脉冲触发时，假如阳极电流较小，则管压降较大，用单脉冲触发，应提高脉冲的前沿陡度，增大脉冲幅度和宽度，才能使GTO的大部分或全部达饱和导通状态。
缓冲电路汲取过电压的有效方法是在器件两端并联一个汲取过电压的阻容电路。
假如汲取电路元器件的参数选择不当，或连线过长造成分布电感LS过大等，也可能产生严峻的过电压。
缓冲电路元件的选择应选取较小的RS，RS的阻值一般应选取10Ω～20Ω 。
RS不应选用线绕式的，而应是涂膜工艺制作的无感电阻。
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Ｒ：开通限流；Ｌ：在SCR阳极电流下降期间释放出储能， 补偿GTO的门极关断电流，提高了关断能力。
• 优点：简单可靠； • 缺点：无独立的关断电源， 其关断能力有限且不易控制。 另一方面，电容Ｃ上必须有 一定的能量才能使GTO关断， 故触发Ｔ的脉冲必须有一定 的宽度。
1、可关断晶闸管的结构
（1）与普通晶闸管的相同点： PNPN四层半导体结构， 外部引出阳极、阴极和门极。 • （2）和普通晶闸管的不同点：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元， 这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。
图1.4.1 GTO的内部结构和电气图形符号 (a) 各单元的阴极、门极间隔排列的图形 ( b) 并联单元结构断面示意图
3、可关断晶闸管的主要参数
• （1）最大可关断阳极电流IATO:它是GTO的额定电流； • （2）电流关断增益βoff：GTO的门极可关断能力可
用电流关断增益βoff来表征，最大可关断阳极电流IATO 与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益。
• 通常大容量GTO的关断增益很小，不超过3~5。这 正是GTO的缺点。一个1000A的GTO关断时门极负脉冲 电流峰值要200A 。
二、可关断晶闸管
➢ 可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor)简称GTO。 ➢ 它具有普通晶闸管的全部优点，如耐压高，电流大等。
同时它又是全控型器件，即在门极正脉冲电流触发下导 通，在负脉冲电流触发下关断。
1、可关断晶闸管及其工作原理 2、可关断晶闸管的特性与主要参数 3、三、可关断晶闸管的驱动电路
（2）导通：Ｔ1、Ｔ2导通时GTO被触发； 关断：Ｔ1、Ｔ2关断和SCR１、SCR２导通时GTO
门极与阴极间流过负电流而被关断；
由于GTO的开通和关断均依 赖于一个独立的电源，故其关 断能力强且可控制件少， 电路简单。
（4）对于300A以上的 GTO ， 用 此 驱 动 电 路 可 以满足要求。
• 2、可关断晶闸管的工作原理
• 1）GTO的导通机理与SCR是相同的。GTO一旦导通 之后，门极信号是可以撤除的, 但在制作时采用特殊的 工艺使管子导通后处于临界饱和，以便用门极负脉冲 电流破坏临界饱和状态使其关断。而普通晶闸管处于 深饱和状态。
•2）在关断机理上与SCR是不 同的。门极加负脉冲即从门极 抽出电流(即抽取饱和导通时储 存的大量载流子)，强烈正反馈 使器件退出饱和而关断。
❖ 不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承 受反压时应和电力二极管串联 。
5、GTO的门极驱动电路
1）对GTO门极控制信号的要求 （1）开通控制：要求门极电流脉冲的前沿陡、幅度高、 宽度大及后沿缓。
（2）关断控制：要求 前沿较陡、宽度足够、 幅度较高、后沿平缓。
２）GTO的门极驱动电路
4、可关断晶闸管的应用
1）GTO主要用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领 域，显示出强大的生命力。 • 2）使用时必须注意 ： ❖ 用门极正脉冲可使GTO开通， 用门极负脉冲可以使其 关断，这是GTO最大的优点。但要使GTO关断的门极反 向电流比较大， 约为阳极电流的１/５左右。 ❖ GTO的通态管压降比较大， 一般为2～3V。 ❖ GTO有能承受反压和不能承受反压两种类型， 在使用 时要特别注意。