什么是門極可關(guān)斷晶閘管？

一、引言

門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-Off Thyristor，簡(jiǎn)稱GTO）是一種特殊的電力半導(dǎo)體器件，屬于晶閘管的一種派生器件。它具備普通晶閘管的耐高壓、電流容量大以及承受浪涌能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)增加了自關(guān)斷能力，使得在高壓、大容量場(chǎng)合中的應(yīng)用更為廣泛和高效。本文將詳細(xì)介紹門極可關(guān)斷晶閘管的定義、結(jié)構(gòu)、工作原理、特性以及應(yīng)用領(lǐng)域，并通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行具體說(shuō)明。

二、門極可關(guān)斷晶閘管的定義

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。它的主要特點(diǎn)是門極加正脈沖信號(hào)觸發(fā)管子導(dǎo)通，門極加負(fù)脈沖信號(hào)觸發(fā)管子關(guān)斷，因此屬于全控型器件。GTO的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)晶閘管在關(guān)斷時(shí)需要借助外部電路的問(wèn)題，提高了電路的可靠性和效率。

三、門極可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)

門極可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)與普通晶閘管相似，也是由PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)成，外部引出陽(yáng)極A、陰極K和門極G三個(gè)電極。但GTO是一種多元的功率集成器件，其內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽(yáng)極的小GTO單元。這些小GTO單元的陰極和門極在器件內(nèi)部并聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)門極控制關(guān)斷的功能。

四、門極可關(guān)斷晶閘管的工作原理

門極可關(guān)斷晶閘管的工作原理主要基于其特殊的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。當(dāng)陽(yáng)極加正向電壓且門極加正向觸發(fā)電流時(shí)，GTO導(dǎo)通。此時(shí)，如果門極加上足夠大的反向觸發(fā)脈沖電流，GTO則由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為阻斷。這種通過(guò)門極控制器件導(dǎo)通和關(guān)斷的能力使得GTO在電力電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

具體來(lái)說(shuō)，GTO的工作原理涉及到其內(nèi)部的PNP和NPN兩個(gè)晶閘管V1和V2。當(dāng)a1+a2（V1和V2的共基極電流增益）大于1時(shí)，GTO處于導(dǎo)通狀態(tài)；而當(dāng)a1+a2小于1時(shí)，GTO則進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。在設(shè)計(jì)GTO時(shí)，通過(guò)調(diào)整a1和a2的值使得GTO在導(dǎo)通時(shí)飽和程度不深，更接近臨界飽和狀態(tài)，從而為門極可關(guān)斷控制提供了有力條件。

五、門極可關(guān)斷晶閘管的特性

耐高壓、大電流：GTO繼承了普通晶閘管的優(yōu)點(diǎn)，能夠承受高壓和大電流，使得其在高壓、大容量場(chǎng)合中表現(xiàn)出色。

自關(guān)斷能力：GTO具有自關(guān)斷能力，不需要借助外部電路即可實(shí)現(xiàn)關(guān)斷，提高了電路的可靠性和效率。

關(guān)斷時(shí)間短：GTO的關(guān)斷時(shí)間相對(duì)較短，能夠快速響應(yīng)電路中的變化，適用于需要快速切換的場(chǎng)合。

承受浪涌能力強(qiáng)：GTO能夠承受較大的浪涌電流和電壓沖擊，保護(hù)電路免受損害。

六、門極可關(guān)斷晶閘管的主要參數(shù)

最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流IATO：表示GTO能夠承受的最大陽(yáng)極電流值。

電流關(guān)斷增益βOff：表示陽(yáng)極最大可關(guān)斷電流與柵極最大負(fù)向電流之比。βOff值愈大，說(shuō)明柵極電流對(duì)陽(yáng)極電流的控制能力愈強(qiáng)。

開通時(shí)間Ton：指從施加正向觸發(fā)脈沖到GTO完全導(dǎo)通所需的時(shí)間。

關(guān)斷時(shí)間Toff：指從施加負(fù)向觸發(fā)脈沖到GTO完全關(guān)斷所需的時(shí)間。

七、門極可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用領(lǐng)域

門極可關(guān)斷晶閘管廣泛應(yīng)用于電力機(jī)車的逆變器、電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償、大功率直流斬波調(diào)速等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，GTO通過(guò)其獨(dú)特的自關(guān)斷能力和優(yōu)異的電氣性能，為電路的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

八、總結(jié)

門極可關(guān)斷晶閘管作為一種特殊的電力半導(dǎo)體器件，在電力電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。其獨(dú)特的自關(guān)斷能力和優(yōu)異的電氣性能使得GTO在高壓、大容量場(chǎng)合中表現(xiàn)出色。通過(guò)深入了解GTO的定義、結(jié)構(gòu)、工作原理、特性以及應(yīng)用領(lǐng)域等方面的知識(shí)，可以更好地理解和應(yīng)用這一重要的電力半導(dǎo)體器件。