门极可关断晶闸管GTO大功率晶体管GTR.ppt

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1、11.2全控型电力电子器件2门极可关断晶闸管——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（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）3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

2、、GTR等。不可控器件——不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路，电力二极管等。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：41.2.1门极可关断晶闸管(GTO)可关断晶闸管GTO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。5普通晶闸管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。GTO克服了上述缺陷，它既保留了普通晶闸

3、管耐压高、电流大等优点，同时具有自关断能力，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。GTO广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域。6它又具有门极正脉冲触发导通、门极负脉冲触发关断的特性，因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。主要应用于兆瓦级以上的大功率场合。GTO的符号如图，与普通晶闸管一样，有阳极A、阴极K和门极G三个电极。GTO的符号GTO属于晶闸管的一种派生器件。71.GTO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

4、效晶体管的电流放大倍数分别为α1和α2。这时，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。导通后的管压降比较大，一般为2～3V。+-UAK+-UgGTO触发导通的条件是：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）。8GTO的关断条件是：门极加负脉冲信号。当GTO的门极加负脉冲信号时，门极将出现反向电流。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，使管子导通后处于临界饱和状态。由

5、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。9回顾深度饱和与临界饱和的概念直流负载线临界饱和深度饱和101．最大可关断阳极电流IATOIATO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。2.GTO的特定参数112．关断增益βq这个参数是用来

6、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：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。123．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。13表4-1国产50AGTO参数14门

7、极可关断晶闸管GTO的主要特点：电流控制开通和关断，但反向关断的触发电流比较大；饱和压降中等；开关速度中等；能控制的电流、电压较大；现今额定电流电压为6KA/6KV的GTO已在10MVA以上的大型电力电子变换装置中得到应用；15GTO设置缓冲电路的目的是：(1)减轻GTO在开关过程中的功耗。具体做法是通过设置缓冲电路抑制GTO在开通时的电流上升率以及关断时的电压上升率。(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。3.GTO的缓冲电路16用门极正脉冲可使GTO开通，门极负脉冲可以使其关断，这是

8、GTO最大的优点，但使GTO关断的门极反向电流比较大，约为阳极电流的1/5左右，因此GTO的门极需要驱动电路来提供足够的关断功率。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.GTO的门极驱动电路17(a)小容量GTO门极驱动