第四讲全控型电力电子器件VIP免费

第四讲 全控型电力电子器件4.1 概述门极可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor —GTO)在晶闸管问世后不久出现；20 世纪 80 年代以来，信息电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合——高频化、全控型、采用集成电路制造工艺的电力电子器件，从而将电力电子技术又带入了一个崭新时代；典型代表——门极可关断晶闸管、电力晶体管(Giant Transistor——GTR)、电力场效应晶体管(Power MOSFET )、绝缘栅双极晶体管(Insulated-gate Bipolar Transistor— —IGBT 或 IGT)。4.2 门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor —GTO）门极可关断晶闸管是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。4.2.1 GTO 的结构和工作原理结构：与普通晶闸管的相同点： PNPN 四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极；和普通晶闸管的不同：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 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) 电气图形符号工作原理：与普通晶闸管一样，可以用图 2 所示的双晶体管模型来分析α 1+α 2=1是器件临界导通的条件。当 a1+a2>1 时，两个等效晶体管过饱和而使器件导通；当 a1+a2<1 时，不能维持饱和导通而关断图 2 GTO 的双晶体管模型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：（1）设计α 2较大，使晶体管 V2 控制灵敏，易于 GTO 关断；（2）导通时α 1+α 2更接近 1（≈1.05，普通晶闸管α 1+α 2≥1.15）导通时饱和不深，接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大；（3）多元集成结构使 GTO 元阴极面积很小，门、阴极间距大为缩短，使得P2 基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流导通过程:与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅；关断过程：强烈正反馈——门极加负脉冲即从门极抽出电流，则I b 2减小，使IK 和I C 2减小，I C 2的减小又使I A 和IC 1减小，又进一步减小V 2的基极电流。当I A 和I K 的减小使α 1+α 2<1 时，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，承受di/dt 能力强。4.2.2 GTO 的动态特性开通过程：与普...