门极可关断晶闸管
门极可关断晶闸管是一种具有自关断能力和晶闸管特性的晶闸管。如果在阳极加正向电压时,门极加上正向触发电流,GTO就导通。在导通的情况下,门极加上足够大的反向触发脉冲电流,GTO就由导通转为阻断。它的一些性能虽然比绝缘栅双极晶体管、电力场效应管差,但其具有一般晶闸管的耐高压、电流容量大以及承受浪涌能力强的优点。因此,GTO已逐步取代了普通晶闸管,成为大、中容量变流装置中的主要开关器件。
概述
GTO(Gate-Turn-Off Thyristor)是门极可关断晶闸管的简称,他是晶闸管的一个衍生器件。但可以通过门极施加负的脉冲电流使其关断,他是全控型器件。
GTO的结构
GTO和普通晶闸管一样,是PNPN四层半导体结构,外部也是引出阳极.阴极和门极。但和普通晶闸管不同的是,GTO是一种多元的功率集成器件。虽然外部同样引出三个极,但内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO单元,这些GTO单元的阴极和门极在器件内部并联,他是为了实现门极控制关断而设计的。
GTO的内部结构图和电气图形符号
GTO的工作原理
从图中可知PNP和NPN构成了二个晶闸管V1 V2分别有共基极电流增益a1和a2。
1、当a1+a2=1时,是器件临界导通的条件。
2、当a1+a2>1时,是二个晶体管过饱和导通的条件。
3、当a1+a2<1时,是不能维持饱和导通而关断的条件。
GTO与普通晶闸管的不同
1、在设计器件时使a2较大,这样晶体管V2控制灵敏,这样GTO可以很容易关断。
2、使得a1+a2趋向与1,普通晶闸管a1+a2>=1.15,而GTO的近似为1.05,这样GTO导通时饱和程度不深,更接近与临界饱和,为门极可关断控制提供了有力条件。不利因素,导通是管压降增大了。
3、集成结构中每个GTO单元的阴极面积小,门极和阴极间的距离大为缩短,使得P2基区的横向电阻很小,使门极抽出较大的电流成为可能。
4、它比普通晶闸管开通过程快,承受的电压能力强。
GTO的主要参数
1、最大可关断阳极电流IATO
2、电流关断增益βOff=IATO/IGM
IGM是门极负脉冲电流最大值 βOff一般只有5左右这是GTO的主要缺点
3、开通时间Ton 开通时间指延迟时间与上升时间之和.GTO的延迟时间一般为1~2us,上升时间则随同态阳极电流值的增大而增大。
4、关断时间Toff 关断时间指存储时间与下降时间之和,而不包括尾部时间。GTO的存储时间则随阳极电流值的增大而增大,下降时间一般小于2us。
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