大容量门极可关断晶闸管的研究.
门极可关断晶闸管的驱动
门极可关断晶闸管的驱动门极可关断晶闸管(GTO)可以用正门极电流开通和负门极电流关断。
在工作机理上，开通时与一般晶闸管基本相同，关断时则完全不一样。
因此需要具有特别的门极关断功能的门极驱动电路。
抱负的门极驱动电流波形如图2-29所示，驱动电流波形的上升沿陡度、波形的宽度和幅度、及下降沿的陡度等对GTO的特性有很大影响。
GTO门极驱动电路包括门极开通电路、门极关断电路和门极反偏电路。
对GTO 而言，门极掌握的关键是关断。
(1) 门极开通电路GTO的门极触发特性与一般晶闸管基本相同，驱动电路设计也基本全都。
要求门极开通掌握电流信号具有前沿陡、幅度高、宽度大、后沿缓的脉冲波形。
脉冲前沿陡有利于GTO的快速导通，一般dIGF/dt 为5～10A/μs；脉冲幅度高可实现强触发，有利于缩短开通时间，削减开通损耗；脉冲有足够的宽度则可保证阳极电流牢靠建立；后沿缓一些可防止产生振荡。
(2) 门极关断电路已导通的GTO用门极反向电流来关断，反向门极电流波形对GTO 的平安运行有很大影响。
要求关断掌握电流波形为前沿较陡、宽度足够、幅度较高、后沿平缓。
一般关断脉冲电流的上升率dIGR/dt取10～50A/μs，这样可缩短关断时间，削减关断损耗，但dIGR/dt过大时会使关断增益下降，通常的关断增益为3～5，可见关断脉冲电流要达到阳极电流的1/5～1/3，才能将GTO关断。
当关断增益保持不变，增加关断掌握电流幅值可提高GTO的阳极可关断力量。
关断脉冲的宽度一般为120μs左右。
图1 抱负的GTO门极驱动电流波形(3) 门极反偏电路由于结构缘由，GTO与一般晶闸管相比承受du/dt的力量较差，如阳极电压上升率较高时可能会引起误触发。
为此可设置反偏电路，在GTO正向阻断期间于门极上施加负偏压，从而提高电压上升率du/dt 的力量。
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。
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。
1.2门极可关断晶闸管GTO 4.2 大功率晶体管GTR
直流负载线
9
2. GTO的特定参数
1． 最大可关断阳极电流IATO
IATO也是GTO的额定电流。 GTO的阳极电流 IA过大时，管子饱和加深，
导致门极关断失败，因此，GTO必须规定一个最
大可关断阳极电流IATO，也就是管子的铭牌电流。
IATO与管子电压上升率、工作频率、反向门极电
流峰值和缓冲电路参数有关，在使用中应予以 注意。
能控制较大的电流和较高的电压；
电力三极管由于结构所限其耐压难于超过1500V，现今商品 化的电力三极管的额定电压、电流大都不超过1200V、 800A; 逐步被其他全控型电力电子器件（特别是IGBT和 MOSFET），趋于淘汰
22
1.
GTR的极限参数
(1)．集电极最大电流ICM(最大电流额定值)
（MOSFET） 、绝缘栅双极晶体管（IGBT）
2
电力电子器件的分类
按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
半控型器件
——通过控制信号可以控制其导通而不能控制
其关断，晶闸管是典型的半控型电力电子器件。 全控型器件 ——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关 断，又称自关断器件，GTO、GTR等。
不能自关断与开关速度慢的缺点。其电气符号与普通晶
体管相同。
GTR是一种双极型大功率高反压晶体管，具有自关
断能力，控制方便，开关时间短，高频特性好，价格低
廉。可用于不停电电源、中频电源和交流电机调速等电
力变流装臵中。
20
图4-5 1300系列GTR的外观
21
电力三极管的主要特点
是电流驱动器件，控制基极电流就可控制电力三极管的开通 和关断； 开关速度较快； 饱和压降较低； 有二次击穿现象；
12 第5章 GTO解析
GTO 第14页
5.2.1.3 安全工作区 1 、正向偏置： GTO 是双稳态开 关器件，在正向偏置即门极加 正触发信号时，没有安全工作 区的问题。 ( 见右图轨迹贴近横纵轴） 2、反向偏置： ●GTO在反向偏置有安全工作区 问题。 ●GTO安全工作区定义：在一定 条件下，GTO能够可靠关断的 阳极电流与阳极电压的轨迹。 图6-9。 ●若条件改变，如驱动电路或缓 冲电路参数改变之后，安全工 作区也改变。
GTO 第7页
●导通过程 浅。
与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较
●关断过程：门极加负脉冲即从门极抽出电流，形成强烈 正反馈——
IG↓—→Ib2↓—→IK、Ic2↓—→IA、Ic1↓
↑ 当IA和IK的减小使1+2<1时， 器件退出饱和而关断。
GTO 第8页
●GTO的关断条件:
1+ 2 <1
★全控型，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，水
平4500A/5000V、1000A/9000V。
★ 在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。如电力 有源滤波器、直流输电、静止无功补偿等。
GTO 第3页
GTO 第4页
5.1.1 结构
●与普通晶闸管的相同点： PNPN四层半导体结构，外部
来分析。
●当阳极加正向电压、门极加触发信号时，
GTO导通，具体过程如下：正反馈过程。
● 1+ 2=1是器件临界导通的条件。当 1+ 2>1时，两个
等效晶体管过饱和而使器件导通；当 1+ 2<1时，不能 维持饱和导通而关断。 GTO的掣住电流。
大容量门极可关断晶闸管变频器的技术分析
，
ｓ ｎ ｌｏ ｄ ｌ ｕ ｒ ｎ ｎ ｉ ｈ ｐｏ ｅ ａ ｔ ｒ ｏ ｒ ｔ ｎ ｏ ｅ ｐ ｗｅ ｏ ｒ ｅ ｉ ｕ ｓ ｉ ａ ｒ ｅ ｔａ ｄ ｈ ｇ ｗ ｒｆ ｃ ｏ ｐｅ ａ ｉ ｆｔ ｏ ｒｓ ｕ ｃ ｃ ｏ ｈ
．
Ｔ ｙ ｔ ｍ ｓｂｒ ａ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｐ ｏ ｐ ｃ ｓ ｉ ｌ ｍａ ｎ ｔａ ｓ ｈｅ ｓ ｓｅ ｈａ ｏ ｄ ａ ｐｌ ｔｏ ｒ ｓ ｅ ｔａ ｎ ｍｉｌ ｃ ｉ ｒ ｎ —
流平衡 的多重化脉宽调制 （Ｗ ）控制方法进行了分析。采用 多重化和 Ｐ Ｍ控制后 ，不仅增大 了装置容量 ， ＰＭ ｗ
而且改 善了输 出电压波 形，大幅度 降低 了高次谐波 ；与交 一 交变频器系－ Ｃ 比具有 同等 以上的指标 ，同 ￣ Ｈ ｉ
时实现 了电源 电流 的正弦化和 电源 的高功 率因数运行 。该系统在 轧机主传动等各个领域 中有着 广阔的应
用前景 。
关键词： 门极可关断晶 闸管 （Ｔ ）变频器 ； 多重 化；脉宽调制 （Ｗ ） ＧＯ ＰＭ ；分析 中图分类号：Ｔ ７ ２ Ｎ ７ Ｍ ６ ；Ｔ ７ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ — １５ ２ ０ ） ６ ０ １ ３ ０ ７ ３ ７ （０ ８ ０ — ０ 卜０
ｍ ｉｓｏ ｔ ａ ｉ ｕ ｅ ｄ ． ｓ ｉ ｎ ｅ ｃｖ ｒｏ ｓｆ ｌ ｓ ｉ
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。
四种典型全控型器件比较
《中国 电力 百科全书》
《电工 技术 》
《电力 电子 交流技术》
《中国 集成 电路 》
《现代 电力 电子技术基础》
U
G
U
90
GE
U
GEM
U
10
GE
0
I
C
I CM
t
通一致性好， 故要求 GTO门极正向驱动电流的前沿必须有足够的幅度和陡度， 正脉 冲的后沿陡度应平缓。
2）反向关断电流﹣ i G。为了缩短关断时间与减少关断损耗，要求关断门极电 流前沿尽可能陡， 而且持续时间要超过 GTO的尾部时间。 还要求关断门极电流脉冲 的后沿陡度应尽量小。 GTO的驱动电路：
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， 能从门极抽出较大电流。 下图为工作原理图。
2222 A
IA PNP
V1
G IG
Ic1
I c2
R
NPN V 2
S
EA
EG
IK
K
b)
2、电力晶体管 (GTR) 1）电力晶体管的结构：
3
内部结构
管（ Giant Transistor—GTR）和电力场效应晶体管（ Power MOSFET ）的优点，具
有良好的特性，应用领域很广泛。缺 点 ：开 关 速 度 低 于 MOSFET ，电 压 ，电
流 容 量 不 及 GTO 。
2010 年，中国科学院微电子研究所成功研制国内首款可产业化
IGBT 芯
② 用内阻小的驱动源对栅极电容充放电， 以保证栅极控制电压 uGE 有足够陡 的前后沿，使 IGBT 的开关损耗尽量小。另外， IGBT 开通后，栅极驱动源应能提 供足够的功率，使 IGBT 不退出饱和而损坏。
可关断晶闸管
（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，其触发脉 冲可采用窄脉冲；
（3）导通和关断用两个 独立的电源，开关元件少， 电路简单。
（4）对于300A以上的 GTO ， 用 此 驱 动 电 路 可 以满足要求。
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。
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。
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
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
• 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。
可关断晶闸管(gto)触发驱动和保护电路的研究
可关断晶闸管(gto)触发驱动和保护电路的研究摘要：可关断晶闸管(GTO)是一种重要的功率半导体器件，被广泛应用于电力电子领域。
然而，GTO的触发驱动和保护电路的设计与实现是一个非常复杂的问题。
本文旨在研究可关断晶闸管的触发驱动和保护电路，提出一些新的解决方案，以改善GTO的性能和可靠性。
正文：一、GTO的触发驱动电路在GTO的工作过程中，触发驱动电路起着关键的作用。
一个好的驱动电路可以保证GTO可靠地开关，并且在关闭时可以控制漏电流。
因此，我们需要设计一种高效、精确、可靠的GTO触发驱动电路。
以下是一些常见的GTO触发驱动电路：1.电压控制触发驱动电路电压控制触发驱动电路是一种常用的GTO触发驱动电路。
它的原理是通过一个信号发生器来产生一个控制信号，然后将这个信号输入到GTO的控制端，以控制GTO的导通和断开。
电压控制触发驱动电路的优点是简单，易于实现，但是它的精度和稳定性不如其他触发驱动电路。
2.电流控制触发驱动电路电流控制触发驱动电路是一种比较精确和可靠的GTO触发驱动电路。
它的原理是将一个电流信号送入GTO的控制端，以控制GTO的导通和断开。
电流控制触发驱动电路的优点是精确、可靠，但是它的实现复杂，需要使用高精度的电流源和电流传感器。
3.光耦隔离触发驱动电路光耦隔离触发驱动电路是一种可靠、安全且精确的GTO触发驱动电路。
它的原理是使用一个光耦隔离器将控制信号隔离开，并将隔离后的信号送入GTO的控制端，以控制GTO的导通和断开。
光耦隔离触发驱动电路的优点是精确、可靠、安全，但是它的成本较高。
二、GTO的保护电路GTO在工作过程中，常常会受到各种各样的干扰和故障，如过电压、过电流、电磁干扰等。
因此，我们需要设计一种可靠的保护电路来保护GTO的正常工作。
以下是一些常见的GTO保护电路：1.过电压保护电路过电压保护电路是一种常见的GTO保护电路。
它的原理是使用一个电压传感器来检测GTO的电压，一旦电压超过设定值，就会触发一个保护电路，将GTO断开以保护它的安全。
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。
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
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。
晶闸管的关断方法
晶闸管的关断方法晶闸管是一种常用的电子器件，广泛应用于开关电源、变换器、逆变器等领域。
其具有可以控制电流的优点，但是晶闸管的关断方法也是需要注意的。
一般来说，晶闸管的关断方法可以分为电流关断和电压关断两种。
下面将对这两种方法进行详细介绍。
1.电流关断方法：在实际应用中，晶闸管一般通过减小注入晶体管极的电流来实现关断。
具体可以有以下几种方法：（1）通过减小晶闸管的门极电流来实现关断。
可以通过降低门极电流的大小，使得晶闸管切断，从而实现关断。
这种方法比较简单，但是需要保证门极电流不能过小，否则可能无法完全关闭晶闸管。
（2）通过给晶闸管施加一个负偏压来实现关断。
在关断转态下，给门极施加一个负偏压可以将导通的晶闸管引向关断。
这种方法可以有效地关断晶闸管，但需要注意负偏压的大小，过大的负偏压可能会损坏晶闸管。
2.电压关断方法：电压关断是利用反向电压将晶闸管关断的一种方法。
（1）通过给晶闸管施加一个反向电压来实现关断。
当反向电压大于一定的电压值时，晶闸管会发生击穿，从而引起晶闸管关断。
这种方法在设计时需要合理选择反向电压的大小，过大的反向电压可能会损坏晶闸管。
（2）通过给晶闸管施加一个瞬间的高电压脉冲来实现关断。
这种方法需要一个电压脉冲发生器，通过给晶闸管施加一个瞬间的高电压脉冲来实现关断。
这种方法在实际应用中比较常见，可以通过合理设计电压脉冲的幅值和时间来实现晶闸管的可靠关断。
总结起来，晶闸管的关断方法主要是通过减小注入极电流或施加反向电压来实现。
在具体应用中，根据不同的场合和要求，选择合适的关断方法，可以有效地控制晶闸管的开关状态。
门极可关断晶闸管(GTO)
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
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
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
1 最大可关 断阳极电 流IATO
用来标称GTO额定电 流的参数。
2 门极关 断电流
IGM
使GTO从通态转为断态所需的 门极反向瞬时峰值电流的最小 值。
3 电流关 断增益
boff
电力电子器件概述
阳极最大可关断电流IATO与门极 负脉冲电流最大值IGM之比。
缺点: GTO的boff很小，只有5左右。
4 额定通态 电流有效值
IT(rms)
门极可关断晶闸管
精品文档门极可关断晶闸管GTO（百度百科）门极可关断晶闸管是晶闸管的一个衍生器件。
但可以通过门极施加负的脉冲电流使其关断，它是全控型器件。
中文名门极可关断晶闸管外文名Gate-Turn-Off Thyristor简称门极可关断晶闸管的简称类型晶闸管的一个衍生器件通过通过门极施加负的脉冲电流目录1概述2GTO的结构3GTO与普通晶闸管的不同4GTO的主要参数1概述GTO（ Gate-Turn-Off Thyristor ）是门极可关断晶闸管的简称，他是晶闸管的一个衍生器件。
但可以通过门极施加负的脉冲电流使其关断，他是全控型器件。
2GTO的结构GTO和普通晶闸管一样，是PNPN四层半导体结构，外部也是引出阳极．阴极和门极。
但和普通晶闸管不同的是，GTO是一种多元的功率集成器件。
虽然外部同样引出三个极，但内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO单元，这些 GTO单元的阴极和门极在器件内部并联，他是为了实现门极控制关断而设计的。
GTO的内部结构图和电气图形符号精品文档GTO的工作原理从图中可知 PNP和 NPN构成了二个晶闸管V1 V2 分别有共基极电流增益a1 和 a2。
1当 a1+a2=1时，是器件临界导通的条件。
2当 a1+a2>1时，是二个晶体管过饱和导通的条件。
3当 a1+a2<1时，是不能维持饱和导通而关断的条件。
3GTO与普通晶闸管的不同1)在设计器件时使 a2 较大，这样晶体管 V2 控制灵敏，这样 GTO可以很容易关断。
2）使得 a1+a2 趋向与 1，普通晶闸管 a1+a2>=1.15，而 GTO的近似为 1.05 ，这样 GTO导通时饱和程度不深，更接近与临界饱和，为门极可关断控制提供了有力条件。
不利因素，导通时管压降增大了。
3）集成结构中每个GTO单元的阴极面积小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得P2 基区的横向电阻很小，使门极抽出较大的电流成为可能。
4）它比普通晶闸管开通过程快，承受的电压能力强。
四种典型全控型器件比较
四种典型全控型器件的比较四种典型全控型器件的比较一、 对四种典型全控型器件的介绍1、门极可关断晶闸管(GTO ) 1）GTO 的结构与工作原理芯片的实际图形 GTO 结构的纵断面 GTO 结构的纵断面 图形符号GTO 的内部结构和电气图形符号2）工作原理：设计α2较大，使晶体管V2控 制灵敏。
导通时α1+α 2= 1.05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，能从门极抽出较大电流。
下图为工作原理图。
22222、电力晶体管(GTR) 1）电力晶体管的结构：R NPNPNPA G SK E GI G E AI K I c2I c1I A V 1V 2b)内部结构电气图形符号NPN型电力晶体管的内部结构及电气图形符号2）工作原理：在电力电子技术中，GTR主要工作在开关状态。
晶体管通常连接成共发射极电路，GTR通常工作在正偏(I b＞0)时大电流导通；反偏(I b＜0)时处于截止状态。
因此，给GTR的基吸施加幅度足够大的脉冲驱动信号，它将工作于导通和截止的开关状态。
3、电力场效应晶体管(Power MOSFET)1）电力MOSFET的结构MOSFET元组成剖面图图形符号电力MOSFET采取两次扩散工艺，并将漏极D移到芯片的另一侧表面上，使从漏极到源极的电流垂直于芯片表面流过，这样有利于减小芯片面积和提高电流密度。
2)电力MOSFET的工作原理：当漏极接电源正极，源极接电源负极，栅源极之间电压为零或为负时，P型区和N-型漂移区之间的PN结反向，漏源极之间无电流流过。
如果在栅极和源极间加正向电压U GS，由于栅极是绝缘的，不会有电流。
但栅极的正电压所形成的电场的感应作用却会将其下面的P 型区中的少数载流子电子吸引到栅极下面的P型区表面。
当u GS大于某一电压值U GS(th)时，栅极下面的P型区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型反型成N型，沟通了漏极和源极。