第4章全控型电力电子器件第4章全控型电力电子器件4.1门极可关断晶闸管(GTO)4.2大功率晶体管（GTR）4.3功率场效应晶体管4.4绝缘栅双极型晶体管4.5其它新型电力电子器件习题及思考题第4章全控型电力电子器件门极可关断晶闸管(GateTurnOffthyristor)简称GTO。它具有普通晶闸管的全部特性，如耐压高（工作电压可高达6000V）、电流大（电流可达6000A)以及造价便宜等；同时它又具有门极正脉冲信号触发导通、门极负脉冲信号触发关断的特性，而在它的内部有电子和空穴两种载流子参与导电，所以它属于全控型双极型器件。它的电气符号如图4-1所示，有阳极A、阴极K和门极G三个电极。4.1门极可关断晶闸管(GTO)第4章全控型电力电子器件图4-1GTO的电气符号£«AKG第4章全控型电力电子器件4.1.1GTO的基本工作原理GTO的工作原理与普通晶闸管相似，其结构也可以等效看成是由PNP与NPN两个晶体管组成的反馈电路。两个等效晶体管的电流放大倍数分别为α1和α2。GTO触发导通的条件是：当它的阳极与阴极之间承受正向电压，门极加正脉冲信号（门极为正，阴极为负）时，可使α1+α2＞１，从而在其内部形成电流正反馈，使两个等效晶体管接近临界饱和导通状态。第4章全控型电力电子器件导通后的管压降比较大，一般为2～3V。只要在GTO的门极加负脉冲信号，即可将其关断。当GTO的门极加负脉冲信号（门极为负，阴极为正）时，门极出现反向电流，此反向电流将GTO的门极电流抽出，使其电流减小，α1和α2也同时下降，以致无法维持正反馈，从而使GTO关断。因此，GTO采取了特殊工艺，使管子导通后处于接近临界饱和状态。由于普通晶闸管导通时处于深度饱和状态，用门极抽出电流无法使其关断，而GTO处于临界饱和状态，因此可用门极负脉冲信号破坏临界状态使其关断。第4章全控型电力电子器件由于GTO门极可关断，关断时，可在阳极电流下降的同时再施加逐步上升的电压，不像普通晶闸管关断时是在阳极电流等于零后才能施加电压的。因此，GTO关断期间功耗较大。另外，因为导通压降较大，门极触发电流较大，所以GTO的导通功耗与门极功耗均较普通晶闸管大。第4章全控型电力电子器件1．最大可关断阳极电流IATOGTO的最大阳极电流除了受发热温升限制外，还会由于管子阳极电流IA过大使α1+α2稍大于1的临界导通条件被破坏，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。4.1.2GTO的特定参数第4章全控型电力电子器件2．关断增益βq这个参数是用来描述GTO关断能力的。关断增益βq为最大可关断阳极电流IATO与门极负电流最大值IGM之比，即||GMATOqII目前大功率GTO的关断增益为3～5。采用适当的门极电路，很容易获得上升率较快、幅值足够大的门极负电流，因此在实际应用中不必追求过高的关断增益。第4章全控型电力电子器件3．掣住电流IL与普通晶闸管定义一样，IL是指门极加触发信号后，阳极大面积饱和导通时的临界电流。GTO由于工艺结构特殊，其IL要比普通晶闸管大得多，因而在电感性负载时必须有足够的触发脉冲宽度。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。第4章全控型电力电子器件表4-1国产50AGTO参数第4章全控型电力电子器件GTO设置缓冲电路的目的是：(1)减轻GTO在开关过程中的功耗。(2)抑制静态电压上升率，过高的电压上升率会使GTO因位移电流产生误导通。4.1.3GTO的缓冲电路第4章全控型电力电子器件用门极正脉冲可使GTO开通，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。尽管采用高幅值的窄脉冲可以减少关断所需的能量，但还是要采用专门的触发驱动电路。4.1.4GTO的门极驱动电路第4章全控型电力电子器件图4-3门极驱动电路(a)小容量GTO门极驱动电路；(b)桥式驱动电路；(c)大容量GTO门极驱动电路V1V2£«ECVD1CV3V4UIGTO(a)V1£«ECGTO(b)LV2LV3V4GTO(c)VRVDV1V2£«EC第4章全控型电力电子器件GTO主要用于高电压、大功率的直流变换电路(即斩波电路)、逆变器电路中，例如恒压...
