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    第4章  全控型电力电子器件  

    第4章  全控型电力电子器件  

    4.1 

    门极可关断晶闸管(GTO)

    4.2 

    大功率晶体管(GTR) 

    4.3 

    功率场效应晶体管 

    4.4 

    绝缘栅双极型晶体管 

    4.5 

    其它新型电力电子器件

    习题及思考题 

     
     

    第4章  全控型电力电子器件  

            门极可关断晶闸管(Gate Turn Off thyristor)简称GTO。 它具有普通晶闸管的全部特性,如耐压高(工作电压可高达6000 V)、电流大(电流可达6000 A)以及造价便宜等;同时它又具有门极正脉冲信号触发导通、门极负脉冲信号触发关断的特性,而在它的内部有电子和空穴两种载流子参与导电,所以它属于全控型双极型器件。它的电气符号如图4-1所示,有阳极A、 阴极K和门极G三个电极。  

    4.1 

    门极可关断晶闸管(GTO)  
     

    第4章  全控型电力电子器件  

    图4-1 GTO的电气符号

     
     

    第4章  全控型电力电子器件  

    4.1.1  

    GTO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α1α2。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。  
     

    第4章  全控型电力电子器件  

           导通后的管压降比较大,一般为2~3 V。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,α1α2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。

      

     
     

    第4章  全控型电力电子器件  

          由于GTO门极可关断,关断时,可在阳极电流下降的同时再施加逐步上升的电压,不像普通晶闸管关断时是在阳极电流等于零后才能施加电压的。因此,GTO关断期间功耗较大。另外,因为导通压降较大,门极触发电流较大,所以GTO的导通功耗与门极功耗均较普通晶闸管大。   

     
     

    第4章  全控型电力电子器件  

    1 最大可关断阳极电流IATO

        

    GTO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,

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