第4章全控型电力电子器件图4-1GTO的电气符号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。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。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。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。表4-1国产50AGTO参数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。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。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，例如恒压恒频电源(CVCF)、常用的不停电电源〔UPS〕等。另一类GTO的典型应用是调频调压电源，即VVVF，此电源较多用于风机，水泵、轧机、牵引等交流变频调速系统中。此外，由于GTO的耐压高、电流大、开关速度快、控制电路简单方便，因此还特别适用于汽油机点火系统。图4-4所示为一种用电感、电容关断GTO的点火电路。图4-4用电感、电容关断GTO的点火电路图中GTO为主开关，控制GTO导通与关断即可使脉冲变压器TR次级产生瞬时高压，该电压使汽油机火花塞电极间隙产生火花。在晶体管V的基极输入脉冲电压，低电平时，V截止，电源对电容C充电，同时触发GTO。由于L和C组成LC谐振电路，C两端可产生高于电源的电压。脉冲电压为高电平时，晶体管V导通，C放电并将其电压加于GTO门极，使GTO迅速、可靠地关断。图中R为限电流电阻，C1〔0.5μF〕与GTO并联，可限制GTO的电压上升率。图4-5GTR的外观4.2.1GTR的极限参数1．集电极最大电流ICM(最大电流额定值)一般将电流放大倍数β下降到额定值的1/2～1/3时集电极电流IC的值定为ICM。因此，通常IC的值只能到ICM值的一半左右，使用时绝不能让IC值达到ICM，否则GTR的性能将变坏。称为二次击穿的临界功率。(2)实现主电路与控制电路的隔离。2二次击穿和安全工作区THOMSON公司生产的UAA4002大规模集成基极驱动电路可对GTR实现较理想的基极电流优化驱动和自身保护。二次击穿的时间在微秒甚至纳秒数量级内，在这样短的时间内如果不采取有效保护措施，就会使GTR内出现明显的电流集中和过热点，轻者使器件耐压降低，特性变差；由于管子的材料、工艺等因素的分散性，二次击穿难以计算和预测。1．集电极最大电流ICM(最大电流额定值)目前大量使用的开关式稳压电源装置中，GRT的功能是斩波稳压。频率提高可使开关电源的体积减小，重量减轻，成本降低，效率提高。静电感应晶体管〔StaticInductionTransistor〕简称SIT，从20世纪70年代开始研制，发展到现在已成为系列化的电力电子器件。当GTR的基极正偏时，二次击穿的临界