可關(guān)斷晶閘管

可關(guān)斷晶閘管(GTO)又稱門極可關(guān)斷晶閘管或門控晶閘管，是晶閘管的一種派生器件。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，因而屬于全控型器件。

可關(guān)斷晶閘管既保留了普通單向晶閘管耐壓高、電流大的特性，又具備了自關(guān)斷能力，且關(guān)斷時(shí)間短，不需要復(fù)雜的換向電路，工作頻率高，使用方便，但對(duì)關(guān)斷脈沖信號(hào)的脈沖功率和門極負(fù)向電流的上升率要求較高?？申P(guān)斷晶閘管是理想的高壓、大電流開(kāi)關(guān)器件，廣泛用于斬波調(diào)速、變頻調(diào)速、逆變電源等領(lǐng)域。

可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)和普通單向晶閘管一樣，也是由PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)成，外部也有三個(gè)電極，即門極G、陽(yáng)極A和陰極K。普通單向晶閘管只構(gòu)成一個(gè)單元器件，而可關(guān)斷晶閘管則構(gòu)成一種多元的功率集成器件，它的內(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。為了實(shí)現(xiàn)門極控制關(guān)斷，而將這些小GTO單元的陰極和門極特別設(shè)計(jì)成在器件內(nèi)部并聯(lián)。

可關(guān)斷晶閘管在電路中常用字母GTO表示，小功率可關(guān)斷晶閘管的外形及電路符號(hào)見(jiàn)圖1，大功率可關(guān)斷晶閘管多采用圓盤狀或模塊型式。國(guó)產(chǎn)可關(guān)斷晶閘管常用型號(hào)有先鋒( XUNFO)、光寶( LITEON)、柳晶(LIUJING) GT050A～1000A等系列。進(jìn)口可關(guān)斷晶閘管常用型號(hào)有日本富士通公司(FUJITSU)EF3003AM系列，日本東芝公司(TOSHIBA) SG600EX、SG800EX、SG1000EX系列，瑞士阿西布朗勃法瑞公司(ABB)SSGA、5SGF、5SGR系列，日本三菱公司(MITSUBISHI)FG1000BV、FG3000DV、FG2000FX、FG3000GX系列，日本日立公司(HIT) GFP2000G40、GFP4000G40系列等。

普通單向晶閘管靠控制極信號(hào)觸發(fā)之后，撤掉信號(hào)也能維持導(dǎo)通。欲使其關(guān)斷，必須切斷電源或施以反向電壓強(qiáng)行關(guān)斷。這就需要增加換向電路，不僅使設(shè)備的體積、質(zhì)量增大，而且會(huì)降低效率，產(chǎn)生波形失真和噪聲，可關(guān)斷晶閘管克服了上述缺陷。

當(dāng)可關(guān)斷晶閘管陽(yáng)極和陰極間加正向電壓且低于正向轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，若門極無(wú)正向電壓，則管子不會(huì)導(dǎo)通；若門極加正向電壓，則管子被觸發(fā)導(dǎo)通，導(dǎo)通后的管壓降比較大，一般為2～3V。

由于可關(guān)斷晶閘管關(guān)斷時(shí)，可在陽(yáng)極電流下降的同時(shí)升高施加的電壓（不像普通單向晶閘管關(guān)斷時(shí)在陽(yáng)極電流等于零后才能施加電壓），因此，可關(guān)斷晶閘管關(guān)斷期間功耗較大。另外，因?yàn)榭申P(guān)斷晶閘管導(dǎo)通壓降較大(2～3V)，門極觸發(fā)電流較大（20mA左右），所以可關(guān)斷晶閘管的導(dǎo)通功耗與門極功耗均較普通單向晶閘管大。

GTO的基本參數(shù)與普通晶閘管大多相同，不同的主要參數(shù)敘述如下。

(1)最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流I_ATO。GTO的陽(yáng)極電流允許值受兩方面因素的限制：一是額定工作結(jié)溫，其決定了GTO的平均電流額定值；二是關(guān)斷失敗。所以GTO必須規(guī)定一個(gè)最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流I_ATO作為其容量，I_ATO即管子的銘牌電流。

在實(shí)際應(yīng)用中，可關(guān)斷陽(yáng)極電流I_ATO受以下因素的影響：門極關(guān)斷負(fù)電流波形、陽(yáng)極電壓上升率、工作頻率及電路參數(shù)的變化等，在應(yīng)用中應(yīng)予特別注意。

(2)關(guān)斷增益β_off。關(guān)斷增益β_off為最大可關(guān)斷電流I_ATO與門極負(fù)電流最大值I_GM之比，即

β_off表示GTO的關(guān)斷能力。當(dāng)門極負(fù)電流上升率一定時(shí)，β_off隨可關(guān)斷陽(yáng)極電流的增加而增加；當(dāng)可關(guān)斷陽(yáng)極電流一定時(shí)，β_off隨門極負(fù)電流上升率的增加而減小。

采用適當(dāng)?shù)拈T極電路，很容易獲得上升率較快、幅值足夠的門極負(fù)電流。因此，在實(shí)際應(yīng)用中不必追求過(guò)高的關(guān)斷增益。

(3)陽(yáng)極尖峰電壓U_P。陽(yáng)極尖峰電壓U_P是在GTO關(guān)斷過(guò)程中的下降時(shí)間t_f尾部出現(xiàn)的極值電壓。U_P的大小是GTO緩沖電路中的雜散電感與陽(yáng)極電流在t_f內(nèi)變化率的乘積。因此，當(dāng)GTO的陽(yáng)極電流增加時(shí)，尖峰電壓幾乎線性增加，當(dāng)U_P增加到一定值時(shí)，GTO因P_off過(guò)大而損壞。由于U_P限制可關(guān)斷峰值電流的增加，故GTO的生產(chǎn)廠’家一般把U_P值作為參數(shù)提供給用戶。

為減小U_P，必須盡量縮短緩沖電路的引線，減小雜散電感，并采用快恢復(fù)二極管及無(wú)感電容。

1．可關(guān)斷晶閘管電極判別

判別電極時(shí)，將萬(wàn)用表置R×1Ω擋，檢測(cè)任意兩腳間電阻值。黑表筆接G極、紅表筆接K極時(shí)為低電阻值，其他情況下電阻值均為無(wú)窮大，由此可判定G極、K極，余下為A極。

2．可關(guān)斷晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通能力判別

(1)觸發(fā)導(dǎo)通能力的檢測(cè)方法。判斷可關(guān)斷晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通能力時(shí)，將萬(wàn)用表置R×1Ω擋，黑表筆接A極，紅表筆接K極，測(cè)得電阻值為無(wú)窮大。同時(shí)用黑表筆接觸G極（加上正向觸發(fā)信號(hào)），表針向右偏轉(zhuǎn)到低電阻值，說(shuō)明晶閘管已導(dǎo)通。黑表筆筆尖離開(kāi)G極，晶閘管仍維持導(dǎo)通，說(shuō)明被測(cè)管具有觸發(fā)導(dǎo)通能力。

(2)檢測(cè)注意事項(xiàng)。檢測(cè)大功率可關(guān)斷晶閘管時(shí)，可在R×1Ω擋外面串聯(lián)一節(jié)1.5V電池（與表內(nèi)電池極性順向串聯(lián)），以提高測(cè)試電壓，使可關(guān)斷晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通。

3．可關(guān)斷晶閘管關(guān)斷能力判別

盡管可關(guān)斷晶閘管與普通單向晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通原理相同，但二者的關(guān)斷原理及關(guān)斷方式截然不同。這是由于普通單向晶閘管在導(dǎo)通之后即處于深度飽和狀態(tài)，而可關(guān)斷晶閘管在導(dǎo)通后只能達(dá)到臨界飽和狀態(tài)。所以，在可關(guān)斷晶閘管的門極上加負(fù)向觸發(fā)信號(hào)后，通態(tài)電流開(kāi)始下降，使管子不能維持內(nèi)部電流的正反饋。此過(guò)程經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，可關(guān)斷晶閘管即可關(guān)斷。

將萬(wàn)用表1置R×1Ω擋，紅表筆接K極，黑表筆接A極。使晶閘管導(dǎo)通并維持，此時(shí)表1指針向右偏轉(zhuǎn)為低電阻值。然后將萬(wàn)用表2置R×10Ω擋，黑表筆接K極，紅表筆接G極（加負(fù)向觸發(fā)信號(hào)），若此時(shí)表1指針向左擺到無(wú)窮大，說(shuō)明管子具有關(guān)斷能力。 2100433B