gto地基本結(jié)構(gòu)和工作原理

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1、實用標(biāo)準(zhǔn)文案門極可斷晶閘管(gateturn-offthyristor,GTO)是一種具有自斷能力的晶閘管。處于斷態(tài)時，如果有陽極正向電壓，在其門極加上正向觸發(fā)脈沖電流后，GTO可由斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)，已處于通態(tài)時，門極加上足夠大的反向脈沖電流，GTO由通態(tài)轉(zhuǎn)入斷態(tài)。由于不需用外部電路強迫陽極電流為0而使之關(guān)斷，僅由門極加脈沖電流去關(guān)斷它；所以在直流電源供電的DC—DC，DC—AC變換電路中應(yīng)用時不必設(shè)置強迫關(guān)斷電路。這就簡化了電力變換主電路，提高了工作的可靠性，減少了關(guān)斷損耗，與SCR相比還可以提高

2、電力電子變換的最高工作頻率。因此，GTO是一種比較理想的大功率開關(guān)器件。一、結(jié)構(gòu)與工作原理1、結(jié)構(gòu)GTO是一種PNPN4層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，其結(jié)構(gòu)、等效電路及圖形符號示于圖1中。圖1中A、G和K分別表示GTO的陽極、門極和陰極。α1為P1N1P2晶體管的共基極電流放大系數(shù)，α2為N2P2N1晶體管的共基極電流放大系數(shù)，圖1中的箭頭表示各自的多數(shù)載流子運動方向。通常α1比α2小，即P1N1P2晶體管不靈敏，而N2P2N1晶體管靈敏。GTO導(dǎo)通時器件總的放大系數(shù)α1+α2稍大于1，器件處于臨界飽和狀

3、態(tài)，為用門極負(fù)信號去關(guān)斷陽極電流提供了可能性。精彩文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文案　　普通晶閘管SCR也是PNPN4層結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、門極和陰極，構(gòu)成一個單元器件。GTO稱為GTO元，它們的門極和陰極分別并聯(lián)在一起。與SCR不同，GTO是一種多元的功率集成器件，這是為便于實現(xiàn)門極控制關(guān)斷所采取的特殊設(shè)計?！　TO的開通和關(guān)斷過程與每一個GTO元密切相關(guān)，但GTO元的特性又不等同于整個GTO器件的特性，多元集成使GTO的開關(guān)過程產(chǎn)生了一系列新的問題。2、開通原理　　由圖1（b）所示的等效電路可以看出，當(dāng)陽極

4、加正向電壓，門極同時加正觸發(fā)信號時，GTO導(dǎo)通，其具體過程如圖2所示?！　★@然這是一個正反饋過程。當(dāng)流入的門極電流IG足以使晶體管N2P2N1的發(fā)射極電流增加，進而使晶體管P1N1P2的發(fā)射極電流也增加時，α1和α2增加。當(dāng)α1+α2>1之后，兩個晶體管均飽和導(dǎo)通，GTO則完成了導(dǎo)通過程。可見，GTO開通的必要條件是　　α1+α2>1，（1）　　此時注入門極的電流　　IG=[1-（α1+α2）IA]/α2（2）　　式中，IA——GTO的陽極電流；　　IG——GTO的門極電流。　　由式（2）可知，

5、當(dāng)GTO門極注入正的電流IG精彩文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文案但尚不滿足開通條件時，雖有正反饋作用，但器件仍不會飽和導(dǎo)通。這是因為門極電流不夠大，不滿足α1+α2>1的條件，這時陽極電流只流過一個不大而且是確定的電流值。當(dāng)門極電流IG撤銷后，該陽極電流也就消失。與α1+α2=1狀態(tài)所對應(yīng)的陽極電流為臨界導(dǎo)通電流，定義為GTO的擎住電流。當(dāng)GTO在門極正觸發(fā)信號的作用下開通時，只有陽極電流大于擎住電流后，GTO才能維持大面積導(dǎo)通。{{分頁}}　　由此可見，只要能引起α1和α2變化，并使之滿足α1+α2>1條件的

6、任何因素，都可以導(dǎo)致PNPN4層器件的導(dǎo)通。所以，除了注入門極電流使GTO導(dǎo)通外，在一定條件下過高的陽極電壓和陽極電壓上升率du/dt，過高的結(jié)溫及火花發(fā)光照射等均可能使GTO觸發(fā)導(dǎo)通。所有這些非門極觸發(fā)都是不希望的非正常觸發(fā)，應(yīng)采取適當(dāng)措施加以防止?！　嶋H上，因為GTO是多元集成結(jié)構(gòu)，數(shù)百個以上的GTO元制作在同一硅片上，而GTO元的特性總會存在差異，使得GTO元的電流分布不均，通態(tài)壓降不一，甚至?xí)陂_通過程中造成個別GTO元的損壞，以致引起整個GTO的損壞。為此，要求在制造時盡可能使硅片微

7、觀結(jié)構(gòu)均勻，嚴(yán)格控制工藝裝備和工藝過程，以求最大限度地達(dá)到所有GTO元的特性的一致性。另外，要提高正向門極觸發(fā)電流脈沖上升沿陡度，以求達(dá)到縮短GTO元陽極電流滯后時間，加速GTO元陰極導(dǎo)電面積的擴展，縮短GTO開通時間的目的。3、關(guān)斷原理精彩文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文案　　GTO開通后可在適當(dāng)外部條件下關(guān)斷，其關(guān)斷電路原理與關(guān)斷時的陽極和門極電流如圖3所示。關(guān)斷GTO時，將開關(guān)S閉合，門極就施以負(fù)偏置電壓UG。晶體管P1N1P2的集電極電流IC1被抽出形成門極負(fù)電流-IG，此時晶體管N2P2N1的基極電流減

8、小，進而引起IC1的進一步下降，如此循環(huán)不已，最終導(dǎo)致GTO的陽極電流消失而關(guān)斷?！　TO的關(guān)斷過程分為三個階段：存儲時間（ts）階段，下降時間(tf)階段，尾部時間(tt)階段。關(guān)斷過程中相應(yīng)的陽極電流iA、門極電流iG、管壓降uAK和功耗Poff隨時間的變化波形如圖3(b)所示。精彩文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文案　?。?）ts階段。GTO導(dǎo)電時，所有GTO元中兩個等效晶體管均飽和，要用門極控制GTO關(guān)斷，首先必須使飽和的等效晶體管退出飽和，恢復(fù)基區(qū)控制能力。為此應(yīng)排除P2基區(qū)中的存儲電荷，ts階段即是依