全控型电力电子器件GTO
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—— 延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般约 延迟时间与上升时间之和。 1~2µs，上升时间则随通态阳极电流的增大而增大。 µ ，上升时间则随通态阳极电流的增大而增大。
（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 一般指储存时间和下降时间之和， 尾部时间。下降时间一般小于2µ 。 尾部时间。下降时间一般小于 µs。
（5） 维持电流和擎住电流 ）
小结： 小结：
可关断晶闸管GTO的结构与工作原理 的结构与工作原理 可关断晶闸管 GTO的特性与主要参数 的特性与主要参数
A IA V1 G IG S EG Ic1 NPN PNP Ic2 V2 IK K b) EA R
晶闸管的工作原理
结论：
GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和 导通过程与普通晶闸管一样， 导通过程与普通晶闸管一样 程度较浅。 程度较浅。 GTO关断过程中有强烈正反馈使器件退出饱和而关 关断过程中有强烈正反馈使器件退出饱和而关 断。 多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程快， 比普通晶闸管开通过程快， 多元集成结构还使 比普通晶闸管开通过程快 承受di/dt能力强 。 能力强 承受
晶闸管的一种派生器件。 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。 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， GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在 的电压 兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。 GTO容量较大 容量较大， 兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用 。 GTO 容量较大 ， 目前， 目前，许多生产商可提供额定开关 ( 6kV/ 6kA )用的高压 用的高压 大电流GTO,频率为 频率为1kHZ。目前，GTO的功率 的功率36MVA最高 大电流 频率为 。目前， 的功率 最高 研究水平为9kV/10kA 。 研究水平为 使用寿命超过电力晶体管GTR，只是工作频率比GTR低。 使用寿命超过电力晶体管 ，只是工作频率比 低
电力电子技术
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第一章
电力电子器件
复习： 复习：
电力晶体管GTR的结构与工作原理 的结构与工作原理 电力晶体管 GTR的特性与主要参数 的特性与主要参数 GTR的击穿与安全工作区 的击穿与安全工作区
第五节 其他新型电力电子器件
———全控型器件 全控型器件
iG
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iA IA 90%IA 10%IA 0
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tt
t0
Biblioteka Baidu
t1
t2
t3
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GTO的开通和关断过程电流波形 的开通和关断过程电流波形
4. GTO的主要参数 的主要参数
许多参数和普通晶闸管相应的参数意义相同， 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。 只介绍意义不同的参数。 （1）开通时间 on ）开通时间t
GTO的开关时间比普通晶闸管短但比 的开关时间比普通晶闸管短但比GTR长，因此工 长 的开关时间比普通晶闸管短但比 作频率介于两者之间。 作频率介于两者之间。 不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承 不少 都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管， 都制造成逆导型 受反压时，应和电力二极管串联 。 受反压时，
构成的两个晶体管V 由P1N1P2和N1P2N2构成的两个晶体管 1、V2分别具有 共基极电流增益α1和α2 。 是器件临界导通的条件。 是器件临界导通的条件 α1+α2=1是器件临界导通的条件。
GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有 能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有 如下区别： 如下区别： 区别
较大，使晶体管V 设计α2较大，使晶体管 2控 制灵敏，易于关断。 制灵敏，易于关断。 更接近1， 导通时α1+α2更接近 ，导 通时接近临界饱和， 通时接近临界饱和，有利门 极控制关断， 极控制关断，但导通时管压 降增大。 降增大。 多元集成结构， 多元集成结构，每个元阴极 和门极距离很短，使得P 和门极距离很短，使得 2基 区横向电阻很小， 区横向电阻很小，能从门极 抽出较大电流。 抽出较大电流。
1.5.1 电力晶体管（GTR） 电力晶体管（ ） 1.5.2 可关断晶闸管（GTO） 可关断晶闸管（GTO） 1.5.3 功率场效应晶体管 功率场效应晶体管MOSFET 1.5.4 IGBT 1.5.5 功率集成电路及其他
门极可关断晶闸管GTO 二. 门极可关断晶闸管GTO
门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor — 门极可关断晶闸管 GTO）
G
K
G
K
G
A
N2
P2 N1 P1 A
N2 G K
a)
b)
c)
GTO的内部结构和电气图形符号 的内部结构和电气图形符号
2. GTO的工作原理 的工作原理
与普通晶闸管一样， 与普通晶闸管一样 ， 可以用下图所示的双晶体管模 型来分析。 型来分析。
A A P1 N1 G P2 N2 K a) b) N1 P2 IA V1 G IG S EG Ic1 NPN PNP Ic2 V2 IK K EA R
越大说明门极电流对阳极电流控制能力越强。 βoff越大说明门极电流对阳极电流控制能力越强。βoff 一般很小，只有 左右 这是GTO的一个主要缺点。 左右， 的一个主要缺点 一般很小，只有5左右，这是 的一个主要缺点。 1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要 的 关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。 关断时门极负脉冲电流峰值要
（3）最大可关断阳极电流 ATO ）最大可关断阳极电流I
——GTO额定电流 额定电流。 额定电流
（4） 电流关断增益βoff ）
——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最 最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最 大值I 之比称为电流关断增益。 大值 GM之比称为电流关断增益。
β off
I ATO = I GM
3. GTO的动态特性 的动态特性
开通过程： 开通过程 ： 与普通晶闸管 相同 关断过程： 关断过程 ： 与普通晶闸管 有所不同 储存时间t 储存时间 s ， 使等效晶 体管退出饱和。 体管退出饱和。 下降时间t 下降时间 f 尾部时间t 尾部时间 t —残存载流 残存载流 子复合。 子复合。 通常t 小得多， 通常 f 比 ts 小得多 ， 而 tt 要长。 比ts要长。 门极负脉冲电流幅值越 越短。 大，ts越短。
1. GTO的结构 的结构
与普通晶闸管的相同点： PNPN四层半导体结构， 与普通晶闸管的相同点： 四层半导体结构， 相同点 四层半导体结构 外部引出阳极、阴极和门极。 外部引出阳极、阴极和门极。 和普通晶闸管的不同点 不同点： 和普通晶闸管的 不同点 ： GTO是一种多元的功率集 是一种多元的功率集 成器件。 成器件。
（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 一般指储存时间和下降时间之和， 尾部时间。下降时间一般小于2µ 。 尾部时间。下降时间一般小于 µs。
（5） 维持电流和擎住电流 ）
小结： 小结：
可关断晶闸管GTO的结构与工作原理 的结构与工作原理 可关断晶闸管 GTO的特性与主要参数 的特性与主要参数
A IA V1 G IG S EG Ic1 NPN PNP Ic2 V2 IK K b) EA R
晶闸管的工作原理
结论：
GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和 导通过程与普通晶闸管一样， 导通过程与普通晶闸管一样 程度较浅。 程度较浅。 GTO关断过程中有强烈正反馈使器件退出饱和而关 关断过程中有强烈正反馈使器件退出饱和而关 断。 多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程快， 比普通晶闸管开通过程快， 多元集成结构还使 比普通晶闸管开通过程快 承受di/dt能力强 。 能力强 承受
晶闸管的一种派生器件。 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。 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， GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在 的电压 兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。 GTO容量较大 容量较大， 兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用 。 GTO 容量较大 ， 目前， 目前，许多生产商可提供额定开关 ( 6kV/ 6kA )用的高压 用的高压 大电流GTO,频率为 频率为1kHZ。目前，GTO的功率 的功率36MVA最高 大电流 频率为 。目前， 的功率 最高 研究水平为9kV/10kA 。 研究水平为 使用寿命超过电力晶体管GTR，只是工作频率比GTR低。 使用寿命超过电力晶体管 ，只是工作频率比 低
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第一章
电力电子器件
复习： 复习：
电力晶体管GTR的结构与工作原理 的结构与工作原理 电力晶体管 GTR的特性与主要参数 的特性与主要参数 GTR的击穿与安全工作区 的击穿与安全工作区
第五节 其他新型电力电子器件
———全控型器件 全控型器件
iG
O
t
iA IA 90%IA 10%IA 0
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Biblioteka Baidu
t1
t2
t3
t4
t5
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GTO的开通和关断过程电流波形 的开通和关断过程电流波形
4. GTO的主要参数 的主要参数
许多参数和普通晶闸管相应的参数意义相同， 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。 只介绍意义不同的参数。 （1）开通时间 on ）开通时间t
GTO的开关时间比普通晶闸管短但比 的开关时间比普通晶闸管短但比GTR长，因此工 长 的开关时间比普通晶闸管短但比 作频率介于两者之间。 作频率介于两者之间。 不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承 不少 都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管， 都制造成逆导型 受反压时，应和电力二极管串联 。 受反压时，
构成的两个晶体管V 由P1N1P2和N1P2N2构成的两个晶体管 1、V2分别具有 共基极电流增益α1和α2 。 是器件临界导通的条件。 是器件临界导通的条件 α1+α2=1是器件临界导通的条件。
GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有 能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有 如下区别： 如下区别： 区别
较大，使晶体管V 设计α2较大，使晶体管 2控 制灵敏，易于关断。 制灵敏，易于关断。 更接近1， 导通时α1+α2更接近 ，导 通时接近临界饱和， 通时接近临界饱和，有利门 极控制关断， 极控制关断，但导通时管压 降增大。 降增大。 多元集成结构， 多元集成结构，每个元阴极 和门极距离很短，使得P 和门极距离很短，使得 2基 区横向电阻很小， 区横向电阻很小，能从门极 抽出较大电流。 抽出较大电流。
1.5.1 电力晶体管（GTR） 电力晶体管（ ） 1.5.2 可关断晶闸管（GTO） 可关断晶闸管（GTO） 1.5.3 功率场效应晶体管 功率场效应晶体管MOSFET 1.5.4 IGBT 1.5.5 功率集成电路及其他
门极可关断晶闸管GTO 二. 门极可关断晶闸管GTO
门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor — 门极可关断晶闸管 GTO）
G
K
G
K
G
A
N2
P2 N1 P1 A
N2 G K
a)
b)
c)
GTO的内部结构和电气图形符号 的内部结构和电气图形符号
2. GTO的工作原理 的工作原理
与普通晶闸管一样， 与普通晶闸管一样 ， 可以用下图所示的双晶体管模 型来分析。 型来分析。
A A P1 N1 G P2 N2 K a) b) N1 P2 IA V1 G IG S EG Ic1 NPN PNP Ic2 V2 IK K EA R
越大说明门极电流对阳极电流控制能力越强。 βoff越大说明门极电流对阳极电流控制能力越强。βoff 一般很小，只有 左右 这是GTO的一个主要缺点。 左右， 的一个主要缺点 一般很小，只有5左右，这是 的一个主要缺点。 1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要 的 关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。 关断时门极负脉冲电流峰值要
（3）最大可关断阳极电流 ATO ）最大可关断阳极电流I
——GTO额定电流 额定电流。 额定电流
（4） 电流关断增益βoff ）
——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最 最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最 大值I 之比称为电流关断增益。 大值 GM之比称为电流关断增益。
β off
I ATO = I GM
3. GTO的动态特性 的动态特性
开通过程： 开通过程 ： 与普通晶闸管 相同 关断过程： 关断过程 ： 与普通晶闸管 有所不同 储存时间t 储存时间 s ， 使等效晶 体管退出饱和。 体管退出饱和。 下降时间t 下降时间 f 尾部时间t 尾部时间 t —残存载流 残存载流 子复合。 子复合。 通常t 小得多， 通常 f 比 ts 小得多 ， 而 tt 要长。 比ts要长。 门极负脉冲电流幅值越 越短。 大，ts越短。
1. GTO的结构 的结构
与普通晶闸管的相同点： PNPN四层半导体结构， 与普通晶闸管的相同点： 四层半导体结构， 相同点 四层半导体结构 外部引出阳极、阴极和门极。 外部引出阳极、阴极和门极。 和普通晶闸管的不同点 不同点： 和普通晶闸管的 不同点 ： GTO是一种多元的功率集 是一种多元的功率集 成器件。 成器件。