GTO和GTR

本次作业我了解了门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor —GTO） 简介： 晶闸管的一种派生器件。可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。GTO容量较大，目前，许多生产商可提供额定开关 ( 6kV/ 6kA )用的高压大电流GTO,频率为1kHZ。目前，GTO的功率36MVA最高研究水平为9kV/10kA 。使用寿命超过电力晶体管GTR，只是工作频率比GTR低。 一．GTO介绍 GTO的结构 与普通晶闸管的相同点： PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。 和普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件。GTO的内部结构和电气图形符号如下： GTO的工作原理 与普通晶闸管一样，可以用下图所示的双晶体管模型来分析。 由P1N1P2和N1P2N2构成的两个晶体管V1、V2分别具有共基极电流增益 1和 2。 1+ 2=1是器件临界导通的条件。 GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别： 设计 2较大，使晶体管V2控 制灵敏，易于关断。 导通时 1+ 2更接近1，导通时接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大。 多元集成结构，每个元阴极和门极距离很短，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。 结论：GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅；GTO关断过程中有强烈正反馈使器件退出饱和而关断；多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程快，承受di/dt能力强 。 GTO的动态特性 开通过程：与普通晶闸管相同关断过程：与普通晶闸管有所不同储存时间ts，使等效晶体管退出饱和。下降时间tf 尾部时间tt —残存载流子复合。通常tf比ts小得多，而tt比ts要长。门极负脉冲电流幅值越大，ts越短。 GTO的开通和关断过程电流波形如上。 GTO的主要参数 许多参数和普通晶闸管相应的参数意义相同，以下只介绍意义不同的参数。 （1）开通时间ton —— 延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般约1~2s，上升时间则随通态阳极电流的增大而增大。 （2） 关断时间toff—— 一般指储存时间和下降时间之和，不包括尾部时间。下降时间一般小于2s。 GTO的开关时间比普通晶闸管短但比GTR长，因此工作频率介于两者之间。不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承受反压时，应和电力二极管串联 。 （3）最大可关断阳极电流IATO——GTO额定电流。 （4）电流关断增益off ——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益。 off越大说明门极电流对阳极电流控制能力越强。 off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。 （5）维持电流和擎住电流 我的收获 GTO和GTR是电流驱动器件。 GTO的开通控制与普通晶闸管相似，但对触发脉冲前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整个导通期间施加正门极电流。使GTO关断需施加负门极电流，对其幅值和陡度的要求更高，幅值需达阳极电流的1/3左右，陡度需达50A/μs，强负脉冲宽度约30μs，负脉冲总宽度约100μs，关断后还应在门、阴极之间施加约5V的负偏压，以提高抗干扰能力。 GTO一般用于大容量的电路场合，其驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型。直接耦合式驱动电路可避免电路内部的互相干扰和寄生振荡，可得到较陡的脉冲前沿，因此目前应用较广，但其功耗大，效率较低。该电路的电源由高频电源经二极管整流后提供，二极管VD1和电容C1提供+5V电压，VD2、VD3、C2、C3构成倍压整流电路提供+15V电压，VD4和电容C4提供-15V电压。场效应晶体管V1开通时，输出正的强脉冲；V2开通时输出正脉冲平顶部分；V2关断而V3开通时输出负脉冲；V3关断后电阻R3和R4提供门极负偏压。 另一个电流驱动器件是GTR。 使GTR开通的基极驱动电流应使其处于准饱和导通状态，使之不进入放大区和深饱和区。关断GTR时，施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗，关断后同样应在基射极之间施加一定幅值（6v左右）的负偏压。GTR驱动电流的前沿上升时间应小于1微秒，以保证它能快速开通和关断。理想的GTR基极驱动电流波形和驱动电路如图。驱动电路包括电器隔离和晶体管放大电路两部分。其中二极管VD2和电位补偿二极管VD3构成所谓的贝克钳位电路，也就是一种抗饱和电路，可使GTR导通时处于临界饱和状态。当负载较轻时，如果V5的发射极电流全部注入V，会使V过饱和，关断时退饱和时间延长。有了贝克钳位电路之后，当V过饱和使得集电极电位低于基极电位时，VD2就会自动导通，使多余的驱动电流流入集电极，维持Ubc=0。这样，就使得V导通时始终处于临界饱和。C2为加速开通过程的电容。开通时，R5被C2短路。这样可以实现驱动电流的过冲，并增加前沿的陡度，加快开通。 材料来源：百度文库《全控型电力电子器件GTO》 百度百科《电力电子器件》 王兆安 刘进军主编《电力电子技术》，机械工程出版社 姓名：吴鹏 学号：20104263 班级：电气一班 � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� O t 0 t i G i A I A 90% I A 10% I A t t t f t s t d t r t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 � EMBED \* MERGEFORMAT ��� _1234567893.unknown _1234567897.unknown _1234567899.unknown _1234567900.unknown _1234567901.unknown _1234567898.unknown _1234567895.unknown _1234567896.unknown _1234567894.unknown _1234567891.vsd P1� K� A� G� K� N1� P2� P2� N1� N2� EG� IG� EA� IK� Ic2� Ic1� IA� V1� V2� a)� b)� R� NPN� PNP� A� G� S� _1234567892.unknown _1234567890.vsd