門極可關(guān)斷晶閘管
門極可關(guān)斷晶閘管是一種具有自關(guān)斷能力和晶閘管特性的晶閘管。如果在陽極加正向電壓時,門極加上正向觸發(fā)電流,GTO就導(dǎo)通。在導(dǎo)通的情況下,門極加上足夠大的反向觸發(fā)脈沖電流,GTO就由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為阻斷。它的一些性能雖然比絕緣柵雙極晶體管、電力場效應(yīng)管差,但其具有一般晶閘管的耐高壓、電流容量大以及承受浪涌能力強的優(yōu)點。因此,GTO已逐步取代了普通晶閘管,成為大、中容量變流裝置中的主要開關(guān)器件。
概述
GTO(Gate-Turn-Off Thyristor)是門極可關(guān)斷晶閘管的簡稱,他是晶閘管的一個衍生器件。但可以通過門極施加負的脈沖電流使其關(guān)斷,他是全控型器件。
GTO的結(jié)構(gòu)
GTO和普通晶閘管一樣,是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),外部也是引出陽極.陰極和門極。但和普通晶閘管不同的是,GTO是一種多元的功率集成器件。雖然外部同樣引出三個極,但內(nèi)部包含數(shù)十個甚至數(shù)百個共陽極的小GTO單元,這些GTO單元的陰極和門極在器件內(nèi)部并聯(lián),他是為了實現(xiàn)門極控制關(guān)斷而設(shè)計的。
GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和電氣圖形符號
GTO的工作原理
從圖中可知PNP和NPN構(gòu)成了二個晶閘管V1 V2分別有共基極電流增益a1和a2。
1、當(dāng)a1+a2=1時,是器件臨界導(dǎo)通的條件。
2、當(dāng)a1+a2>1時,是二個晶體管過飽和導(dǎo)通的條件。
3、當(dāng)a1+a2<1時,是不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷的條件。
GTO與普通晶閘管的不同
1、在設(shè)計器件時使a2較大,這樣晶體管V2控制靈敏,這樣GTO可以很容易關(guān)斷。
2、使得a1+a2趨向與1,普通晶閘管a1+a2>=1.15,而GTO的近似為1.05,這樣GTO導(dǎo)通時飽和程度不深,更接近與臨界飽和,為門極可關(guān)斷控制提供了有力條件。不利因素,導(dǎo)通是管壓降增大了。
3、集成結(jié)構(gòu)中每個GTO單元的陰極面積小,門極和陰極間的距離大為縮短,使得P2基區(qū)的橫向電阻很小,使門極抽出較大的電流成為可能。
4、它比普通晶閘管開通過程快,承受的電壓能力強。
GTO的主要參數(shù)
1、最大可關(guān)斷陽極電流IATO
2、電流關(guān)斷增益βOff=IATO/IGM
IGM是門極負脈沖電流最大值 βOff一般只有5左右這是GTO的主要缺點
3、開通時間Ton 開通時間指延遲時間與上升時間之和.GTO的延遲時間一般為1~2us,上升時間則隨同態(tài)陽極電流值的增大而增大。
4、關(guān)斷時間Toff 關(guān)斷時間指存儲時間與下降時間之和,而不包括尾部時間。GTO的存儲時間則隨陽極電流值的增大而增大,下降時間一般小于2us。
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