一种GTO晶闸管快速关断电路的研究
12 第5章 GTO
★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
GTO 第17页
（2）下降时间tf ●下降时间 tf 对应着阳极电 流迅速下降，阳极电压不 断上升和门极反电压开始 建立的过程。
●这段时间里，等效晶体管 从饱和区退至放大区，继 续从门极抽出载流子，阳 极电流逐渐减小。
●门极电流逐渐减小。
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（3）尾部时间tt ●尾部时间 tt 是指从阳极电 流降到极小值开始，直 到降到维持电流为止的 时间。 ●这段时间内，残存载流 子被抽出。 ●一般： tt > ts >tf
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5.3 GTO的缓冲电路
5.3.1 缓冲电路的作用
1、GTO缓冲电路主要作用： (1) GTO关断时，在阳极电流下降阶段，抑制阳极电压 VAK 中的尖峰 VP ，对 IA 进行分流，以降低关断损耗， 防止导通区减小、电流密度过大、引起结温升高， 和α1、α2增大给关断带来困难。 GTO开通时，缓冲电容通过电阻向GTO放电，有助 于所有GTO元迅速达到擎住电流，尤其是主电路为 电感负载时。
I ATO I GM
●一切影响IATO和IGM的因素均会影响βoff。 3、 阳极尖峰电压VP ●阳极尖峰电压VP是在下降时间末尾出现的极值电压。 ●它几乎随阳极可关断电流线性增加， VP 过高可能导致
GTO失效。
电力电子半导体器件(GTO)
掩埋门极GTO
逆导GTO
MOS—GTO
光控GTO§6.2 特性与参数一、静态特性
1．阳极伏安特性*
减小温度影响，可在门极与阴极间并一个电阻定义：正向额定电压为90%VDRM反向额定电压为90%VRRM
毛刺电流2．通态压降特性
通态压降越小，通态损耗越小
尽量缩短缓冲电路的引线，采用快恢复二极管和无感电容。
4．dv/dt和di/dt
①dv/dt ：①dv/dt ：
静态dv/dt 指GTO阻断时所能承受的最大电压上升率，过高
会使GTO结电容流过较大的位移电流，使α增大，印发误导通。
结温和阳极电压越高，GTO承受静态dv/dt 能力越低；门极反偏
10．关断时间：toff为存储时间
ts与下降时间tf之和。随阳极电流增大而增大2us随阳极电流增大而增大2us可关断晶闸管的主要参数和电气特性:§6.3 GTO的缓冲电路一、缓冲电路的作用
GT0的缓冲电路除用来抑制换相过电压，限制dv/dt，
，，
，动态
均压之外，还关系到GTO的可靠开通和关断，尤其是GTO的关
②下降阶段：tfIG变化到最大值－
IGM时，P1N1P2晶体管退出饱和，N1P2N2晶体管恢复控制能力，α1、α2不断减小，内部正反馈停止。
阳极电流开始下降，电压上升，关断损耗较大。尤其在感性
负载条件下，阳极电压、电流可能同时出现最大值，此时关负载条件下，阳极电压、电流可能同时出现最大值，此时关
特点：
①α1<
α212P1N1P2管不灵敏，
N1P2N2管灵敏。
②α1+
α2略大于1；器件
GTO驱动电路
门极可关断晶闸管GTO驱动电路1.电力电子器件驱动电路简介电力电子器件的驱动电路是指主电路与控制电路之间的接口，可使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。
一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。
驱动电路的基本任务：按控制目标的要求施加开通或关断的信号；对半控型器件只需提供开通控制信号；对全控型器件则既要提供开通控制信号；又要提供关断控制信号。
门极可关断晶闸管简称GTO, 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，它的容量仅次于普通晶闸管，它应用的关键技术之一是其门极驱动电路的设计。
门极驱动电路设计不好，常常造成GTO晶闸管的损坏，而门极关断技术应特别予以重视。
门极可关断晶闸管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。
2.GTO驱动电路的设计要求由于GTO是电流驱动型，所以它的开关频率不高。
GTO驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型。
用理想的门极驱动电流去控制GTO 的开通和关断过程，以提高开关速度，减少开关损耗。
GTO要求有正值的门极脉冲电流，触发其开通；但在关断时，要求很大幅度的负脉冲电流使其关断。
因此全控器件GTO的驱动器比半控型SCR复杂。
门极电路的设计不但关系到元件的可靠导通和关断, 而且直接影响到元件的开关时间、开关损耗, 工作频率、最大重复可控阳极电流等一系列重要指标。
门极电路包括门极开通电路和门极关断电路。
GTO对门极开通电路的要求:GTO的掣住电流比普通晶闸管大得多, 因此在感性负载的情况下, 脉冲宽度要大大加宽。
此外, 普通晶闸管的通态压降比较小, 当其一旦被触发导通后, 触发电流可以完全取消, 但对于GTO, 即使是阻性负载, 为了降低其通态压降, 门极通常仍需保持一定的正向电流, 因此, 门极电路的功耗比普通品闸管的触发电路要大的多。
gto晶闸管的开通和关断原理 -回复
gto晶闸管的开通和关断原理-回复GTO晶闸管（Gate Turn-Off Thyristor，简称GTO）是一种高压高功率电子器件，可用于控制和调节电力系统中的电流和电压。
它的开通和关断原理是实现广泛应用的关键。
在介绍GTO晶闸管的开通和关断原理之前，让我们先了解一下晶闸管的基本结构和工作原理。
晶闸管是一种四层PNPN结构的器件，由阳极（A）、阴极（K）、门极（G）和触发极（T）组成。
当正向电压施加在器件上时，它将保持封锁状态，不导通电流。
然而，一旦给予一个正向的脉冲电压在门极上，晶闸管将开通并导通电流。
一旦晶闸管导通，它将保持导通状态，直到有一个负向的电压施加在它上面才能关断。
GTO晶闸管通过控制门电流来实现开通和关断操作。
让我们分别来看看GTO晶闸管的开通和关断过程。
1. 开通过程：a. 初始状态下，GTO晶闸管处于封锁状态，没有电流通过。
b. 当一个正向电压施加在阳极和阴极之间时，弱磁场会形成在P2区域（即距离阳极最近的P区）。
c. 将一个正向的脉冲电流施加在门极上，通过之前提到的反向PN结（PG结），使得P2区域的磁场增强。
这个过程被称为“增强过程”。
d. 当P2区域磁场增强到一定程度时，它会引起P3区域（距离阴极最近的P区）的P-N结被打破，进而使整个晶闸管开始导通电流。
这个阈值被称为“增强区电流阈值”。
e. 一旦开始导通，GTO晶闸管将保持导通状态，即使门极上的脉冲电流停止。
2. 关断过程：a. 在GTO晶闸管导通状态下，需要通过在门极上施加一个负向的脉冲电流来关断它。
b. 这个负向的脉冲电流会减小P2区域的磁场，并最终恢复原始的封锁状态。
c. 当P2区域磁场减小到一定程度时，整个GTO晶闸管将关断并停止导通。
可以看出，GTO晶闸管的关断操作相对于开通操作更加复杂。
这主要是因为在关断时，电流需要从整个器件中完全消失，而不仅仅是从P2区域。
这种非直接关断性质导致GTO晶闸管具有一定的关断延迟时间。
gto工作原理
gto工作原理GTO（Gate Turn-Off Thyristor）是一种特殊类型的晶闸管，它具有可控性和可关断性能。
GTO主要应用于大功率、高频率的交流电力系统中，例如电力传输、电动机控制、电力变频调速等领域。
GTO的工作原理可以简单地分为导通状态和关断状态两种情况。
在导通状态下，当GTO的阳极加上正向电压，而控制电压加上一个脉冲触发信号时，GTO将开始导通。
此时，GTO的结构中的NPNP四层结构中的P层被激发，使得电流可以从阳极流向阴极，GTO处于导通状态。
而在关断状态下，当GTO的阳极加上反向电压或控制电压不再加上触发信号时，GTO将开始关断。
此时，GTO的结构中的P层被加强，使得电流无法从阳极流向阴极，GTO处于关断状态。
GTO的工作原理可以通过控制触发信号和正/反向电压来实现对其导通和关断状态的控制。
通过合理地控制触发信号的脉冲宽度和频率，可以实现对GTO的导通时间和导通电流的控制。
同时，通过合理地控制正/反向电压的大小和变化率，可以实现对GTO的关断时间和关断电压的控制。
这种可控性和可关断性是GTO相比于普通晶闸管的独特优势，使得其在高功率、高频率的交流电力系统中有着广泛的应用前景。
除了可控性和可关断性之外，GTO还具有低导通压降、高导通电流、快速关断速度等特点。
这些特点使得GTO在电力传输、电动机控制、电力变频调速等领域具有得天独厚的优势。
例如，在电力传输系统中，GTO可以实现对输电线路的高效控制，提高输电效率；在电动机控制系统中，GTO可以实现对电动机的精准调速，提高工作效率；在电力变频调速系统中，GTO可以实现对电力频率的精准调整，提高设备的稳定性。
总之，GTO作为一种特殊类型的晶闸管，具有可控性和可关断性能，其工作原理主要通过控制触发信号和正/反向电压来实现。
GTO具有低导通压降、高导通电流、快速关断速度等特点，广泛应用于电力传输、电动机控制、电力变频调速等领域，具有巨大的市场潜力和发展前景。
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；
13 门极可关断晶闸管(GTO)
1、GTO的结构 GTO为四层PNPN结构、三端引出线（A、K、
G）的器件。和晶闸管不同的是：GTO内部是由许 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GTO元，而普通晶闸 管是独立元件结构。下图是GTO的结构示意图、等 效电路及电气符号。
4、主要参数 (简介)
与晶闸管不同的参数。 （1）最大可关断阳极电流IATO
（2）关断增益off
（3）阳极尖峰电压 （4）维持电流 （5）擎住电流
由于GTO处于临界饱和状态，用抽走阳极电流的方法破 坏临界饱和状态，能使器件关断。而晶闸管导通之后，处 于深度饱和状态，用抽走阳极电流的方法不能使其关断。
11.3、.2阳G极T伏O安的特特性性和主要参数 (简介)
2、开通特性
开通时间ton由延迟时间td和上升时间tr组成
3、关断特性
GTO的关断过程有三个不同的时间，即存储时间ts、下降 时间tf及尾部时间tt。
UA
U AM
0.9U A
du / dt
(a)
0
UP
图1-16
td tr iA
IA
t
(b)
di / dt
0
0.9I A ts tf
iG
ton
toff
tt
t
diG
UG
5A / s
ig
dt
UG
0
(c)
10 ~ 60s
t
diG 10A / s
30s
dt
11
I GM
( 8
ห้องสมุดไป่ตู้
实验一SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT特性实验
实验一 SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT特性实验一、实验目的和任务1、掌握各种电力电子器件的工作特性；2、掌握各器件对触发信号的要求。
二、实验内容1、晶闸管（SCR）特性实验；2、可关断晶闸管（GTO）特性实验；3、功率场效应管（MOSFET）特性实验；4、大功率晶闸管（GTR）特性实验；5、绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验。
三、实验仪器、设备及材料1、 DJK01 电源控制屏（该控制屏包含“三相电源输出”等模块）；2、 DJK06 给定、负载及吸收电路（该挂件包含“二极管”以及“开关”）；3、 DJK07新器件特性实验；4、 DK04滑线变阻器（串联形式：0.65A，2kΩ；并联形式：1.3A，500Ω）；5、万用表。
四、实验原理将电力电子器件(包括SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT)和负载电阻R 串联后接至直流电源的两端，由DJK06 上的给定为新器件提供触发电压信号，给定电压从零开始调节，直至器件触发导通，从而可测得在上述过程中器件的V/A 特性；图2.1中的电阻R 用DK04 上的滑线变电阻，并接成并联形式，直流电压和电流表可从DJK01 电源控制屏上获得，五种电力电子器件均在DJK07 挂箱上；直流电源从电源控制屏的励磁电源取得。
实验线路的具体接线如图2.1所示。
图2.1 新器件特性实验原理图五、主要技术重点、难点1、确定器件的临界导通和稳定导通；2、分析SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT特性的异同点。
六、实验步骤1、按图2.1所示接线，首先将晶闸管（SCR）接入主电路，在实验开始时，将DJK06 上的给定电位器RP1 沿逆时针旋到底，关闭励磁电压。
按下“启动”按钮，打开DJK06 的电源开关，然后打开励磁开关，缓慢调节给定输出，同时监视电压表的读数，当直流电压升到40V 时，停止调节单相调压器(在以后的其他实验中，均不用调节)；调节给定电位器RP1，逐步增加给定电压，监视电压表、电流表的读数，当电压表指示接近零（表示管子完全导通），停止调节，记录给定电压Ug调节过程中回路电流Id以及器件的管压降Uv，填入表2.1。
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
GTO的基本结构和工作原理
门极可断晶闸管(gate turn-off thyristor,GTO)是一种具有自断能力的晶闸管。
处于断态时，如果有阳极正向电压，在其门极加上正向触发脉冲电流后，GTO可由断态转入通态，已处于通态时，门极加上足够大的反向脉冲电流，GTO 由通态转入断态。
由于不需用外部电路强迫阳极电流为0而使之关断，仅由门极加脉冲电流去关断它；所以在直流电源供电的DC—DC，DC—AC变换电路中应用时不必设置强迫关断电路。
这就简化了电力变换主电路，提高了工作的可靠性，减少了关断损耗，与SCR相比还可以提高电力电子变换的最高工作频率。
因此，GTO是一种比较理想的大功率开关器件。
一、结构与工作原理1、结构GTO是一种PNPN4层结构的半导体器件，其结构、等效电路及图形符号示于图1中。
图1中A、G和K分别表示GTO的阳极、门极和阴极。
α1为P1N1P2晶体管的共基极电流放大系数，α2为N2P2N1晶体管的共基极电流放大系数，图1中的箭头表示各自的多数载流子运动方向。
通常α1比α2小，即P1N1P2晶体管不灵敏，而N2P2N1晶体管灵敏。
GTO导通时器件总的放大系数α1+α2稍大于1，器件处于临界饱和状态，为用门极负信号去关断阳极电流提供了可能性。
普通晶闸管SCR也是PNPN4层结构，外部引出阳极、门极和阴极，构成一个单元器件。
GTO称为GTO元，它们的门极和阴极分别并联在一起。
与SCR不同，GTO是一种多元的功率集成器件，这是为便于实现门极控制关断所采取的特殊设计。
GTO的开通和关断过程与每一个GTO元密切相关，但GTO元的特性又不等同于整个GTO器件的特性，多元集成使GTO的开关过程产生了一系列新的问题。
2、开通原理由图1（b）所示的等效电路可以看出，当阳极加正向电压，门极同时加正触发信号时，GTO导通，其具体过程如图2所示。
显然这是一个正反馈过程。
当流入的门极电流I G足以使晶体管N2P2N1的发射极电流增加，进而使晶体管P1N1P2的发射极电流也增加时，α1和α2增加。
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
GTO
可关断晶闸管（GTO）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。
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。
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。
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。
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。
由此可迅速判定G、K极，剩下的就是A极。
浅谈门极可关断GTO晶闸管的硬驱动技术
浅谈门极可关断!"#$%晶闸管的&硬驱动’技术西安石油学院李宏摘要(文章介绍了门极可关断"#$晶闸管的&硬驱动’技术之优点)分析了&硬驱动’技术作用下"#$晶闸管的工作特点)剖析了&硬驱动’条件下"#$的关断波形)给出了&硬驱动’门极电路的典型结构*关键词("#$晶闸管硬驱动门极电路+,-.-/01234/025678095/5:;126<29=->-8?/5,5@3:52A >B >?329C 052D E F G H IJ K C 02180(#L M N O P N H Q N I M G R L N S OO S E P M Q M T L H G U G I V R G S "#$Q L V S E W Q G S E W O E W T X W W M OE HQ L E W Y N Y M S Z [G Q G H U V Q L M "#$Q L V S E W Q G S \W ]G S ^E H I Y N S Q E T X U N S E Q V X H O M S Q L M L N S O O S E P M Q M T L H G U G I V _X Q N U W G Q L M Q X S H G R R ]N P M W W L N Y M G R "#$Q L V S E W Q G S X H O M S Q L M L N S O O S E P M T G H O E Q E G H N S M N H N U V W M O Z ‘X S Q L M S Q L M Q V Y E T N U W Q S X T Q X S M G R L N S O O S E P M I N Q M T E S T X E Q E W N U a W GI E P M HZ b -3c 526C ("#$Q L V S E W Q G S L N S OO S E P M I N Q M T E S T X E Qd 引言门极可关断"#$晶闸管是如今人类可以使用的容量仅次于普通晶闸管的电力半导体器件)它应用的关键技术之一是其门极驱动电路的设计*门极驱动电路设计不好)常常造成"#$晶闸管的损坏)门极驱动电路的复杂性)严重制约了"#$晶闸管的大面积应用)其主要原因是过去使用的"#$晶闸管门极驱动电路的下述固有不足所决定*d 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T T 期浅谈门极可关断(GTO)晶闸管的"硬驱动"技术作者：李宏作者单位：西安石油学院刊名：电气传动英文刊名：ELECTRIC DRIVE年，卷(期)：2001，31(6)被引用次数：2次1.张立现代电力电子技术 19922.李宏晶闸管触发器集成电路实用技术大全 19993.李宏电力电子设备常用电力半导体器件和模块使用技术 19994.西安电力电子研究所最新功率器件专辑 19991.会议论文李宏.于苏华浅谈门极可关断(GTO)晶闸管的“硬驱动”技术2001本文介绍了门极可关断GTO晶闸管的“硬驱动”技术之优点,分析了“硬驱动”技术作用下GTO晶闸管的工作特点,剖析了“硬驱动”条件下,GTO的关断波形,给出了“硬驱动”门极电路的典型结构.2.期刊论文刘建芳.张彦军谈门级可关断晶闸和(GTO)的驱动电路-吉林化工学院学报2003,20(1)分析了传统驱动电路和"硬驱动"技术作用下GTO晶闸管的工作特点,并对两种电路的性能进行了比较,阐述了"硬驱动"所具有的优点,给出了传统驱动电路和"硬驱动"门极电路的典型结构.1.郭一军一种可关断晶闸管(GTO)直接门极驱动电路的研究[期刊论文]-化工自动化及仪表 2008(5)2.张婵.童亦斌.金新民IGCT及其门极驱动电路研究[期刊论文]-变流技术与电力牵引 2007(2)本文链接：/Periodical_dqcd200106018.aspx授权使用：湖南大学(hunandx)，授权号：6f6b98a1-b7c3-4486-8be8-9e1400ef0c55下载时间：2010年10月19日。
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。
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一种 ,-. 晶闸管快速关断电路的研究
郝 波，李双美
（沈阳工程学院，辽宁 沈阳 %%""#’）
摘 要：介绍了一种新型 ,-. 门极关断电路，它可以实现 ,-. 的快速关断。利用 /0/123 进
行仿真分析并讨论了电路参数对电路特性的影响。
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1.学位论文 张婵 IGCT集成门极驱动电路研究 2007
IGCT(集成门极换流晶闸管)是从GTO(门极可关断晶闸管)发展改进而来的。它结合了GTO和IGBT的优点，如开通损耗低，可靠性高，电压电流容 量大，开关频率高等。由于IGCT的特殊工作原理，驱动电路对IGCT性能、可靠性、成本等影响非常大。驱动电路的参数设计直接取决于IGCT工作的 要求，又反过来影响IGCT的性能。通过对这一新型器件驱动技术研究，为我国自行研制的IGCT器件设计了门极驱动电路。现在已经掌握驱动电路参 数对IGCT器件性能的影响，正在向优化驱动电路设计，更智能方向发展。
目前，,-. 的组合模型已有多种，但多数较复 杂，不利于模拟实际电路和系统。本文选择由两 个晶体管组成的 ,-. 模型，如图 ! 所示。
图 % 新型门极关断驱动电路
收稿日期：!""# $ %% $ %" 作者简介：郝 波（%&’" $ ），男，辽宁沈阳人，沈阳工程学院副教授 (
图 ! ! 个晶体管的 ,-. 模型
第 ’ 卷第 ! 期
沈阳电力高等专科学校学报
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（下转第 ( 页）
第8期
尹常永等：52DPBA J)>!F 应用剖析
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图 ! 反相器版图
参考文献：
［#］张楚人 $ %&’ 集成电路分析与设计基础［%］$ 北京：
图 " 振荡器版图 电子工业出版社，#(() $
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2.期刊论文 张婵.童亦斌.金新民.ZHANG Chan.TONG Yi-bin.JIN Xin-min 集成门极换流晶闸管门极驱动电路 -
电力电子技术2007,41(9)
介绍了集成门极换流晶闸管(IGCT)的基本结构,它同时拥有晶体管的关断特性和晶闸管的开通特性,是一种理想的兆瓦级中高压半导体开关器件 .IGCT必须结合集成门极驱动电路才能完成硬开通和硬关断,因此门极驱动电路的性能将直接影响器件性能的优劣.具体设计了630A/4500V逆导GCT的 驱动电路,并分析了驱动电路的要求和设计原理.
（责任编辑 翟 春）
一种GTO晶闸管快速关断电路的研究
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
郝波， 李双美 沈阳工程学院,辽宁,沈阳,110036
沈阳电力高等专科学校学报 JOURNAL OF SHENYANG ELECTRIC POWER INSTITUTE 2004，6(2) 0次
图 0 !"# 关断瞬态仿真波形
通过传统关断电路与新型关断电路的比较， 说明新型关断电路的存储时间比传统关断电路存 储时间减少了。 !" & !’!的作用与影响
由前面分析可知，附加关断电路产生的关断 电流 !.(不仅作用于 !.，也会影响阳极电流 !*，也 就是电路中 ".(的取值对整个关断电路的工作有 较大的影响。 ".(太小，不能起到有效的作用，如 果 ".( 6 ".%，则 $% 关断后，$( 中留下大量的剩 余载流子会产生一个很大的拖尾电流。 ".(的最 佳值很难靠计算求得，因为 $% 和 $( 有着不同的 内部结构和参杂浓度。图 5 给出了 ".%等于 %( -， ".(为 %7 -、(/ - 和 0( - 时的 !. 波形。 ".(的增加 缩短了关断时间，但也会增加关断的损耗。
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沈阳电力高等专科学校学报
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图中的 !"# 模型由 $（% &’&）和 $（( ’&’）两
用图 ( 的双晶体管 !"# 模型对图 % 电路进
个晶体管组成。在该电路中，!"# 通态时 $%、$( 均处于饱和状态，当门极电流一旦减小，$( 的基 极电流 !)( 也将减小，当 $( 不满足饱和条件后， $( 迅速脱离饱和，电路形成正反馈，使 $%、$( 截 止，!"# 开始关断。本文中附加了一个关断电路， 可使 $% 与 $( 同时脱离饱和，加速关断。 !"! #$% 关断瞬态仿真分析
IGCT是由瑞士ABB公司最先开发出来的，随后日本三菱公司也研制出系列产品。目前世界IGCT市场基本被ABB，三菱公司垄断。国内对于IGCT的 应用仍处于实验和起步阶段。至于IGCT驱动电路的研究，由于没有相应的IGCT器件配合，大多停留在理论仿真和分析阶段，没有实际的产品。
本文是国内首篇详细介绍自主研制的IGCT 门极驱动电路工作原理及相关测试的论文。目前实验室已经具备IGCT门极驱动电路的小批量生产能 力和专利，今后将继续为推动IGCT组件国产化做更多的工作。
关 键 词：晶闸管；驱动电路；仿真
中图分类号：-4#+!
文献标识码：5
% 新型门极关断驱动电路
新型门极关断驱动电路如图 % 所示。它由传 统的关断电路和附加的关断电路两部分组成。其 中 !6%和 "% 为传统的关断电路，!6!、"! 和 7 组成 附加的关断电路。在传统的关断电路中，负的脉 冲电流的变化率 8 #6% 9 8 $ 取决于 !6% 和 "%。对于 关断电路来说，应该在不增加关断功率损耗的情 况下尽可能产生大的 8 #6% 9 8 $，这就要求 !6% 9 "% 一 定要大，以便使 ,-. 能安全、可靠地关断，同时获 得大的门极电流幅值及较短的存储时间。而增加 !6%或减小 "% 都是有限度的，如 !6% 不能大于门: 阴极击穿电压，而 "% 由于较大的杂散电感的存在 也 不 能 降 的 太 小。 本 电 路 由 于 增 加 了 附 加 的关断电路，其产生的关断电流 #6! 与 #6% 共同
组成 #6，因此关断速度远大于传统的关断电路。 图中二极管 7 的作用是在存储时间 $6;以后，阳极 电压上升，当 !<=大于或等于 !6! 时，附加的关断 电路对 7 加反偏电压，所以附加关断电 路 仅 在 ,-. 关断时间内工作，使 ,-. 缩短关断时间。
! 仿真分析与讨论
采用 /0/123 对以上电路进行仿真分析，既要 对传统的关断电路和附加的关断电路进行比较， 又要对新型门极关断驱动电路的电路参数进行分 析讨论。 !"# $%& 的双晶体管模型
0结论
图 5 新型关断电路的特性
通过对传统 !"# 关断电路与新型关断电路 的分析比较，进一步验证了新型关断电路产生的 38. 9 3 # 远大于传统关断电路的 38. 9 3 #，并得出了新 型关断 电 路 变 化 电 路 参 数 时 的 驱 动 特 性。 其 中 &:&;<= 仿真结果可供进一步应用电路时参考。