可關(guān)斷晶閘管發(fā)展簡史

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。它的主要特點是門極加正脈沖信號觸發(fā)管子導(dǎo)通，門極加負脈沖信號觸發(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)斷時間短，不需要復(fù)雜的換向電路，工作頻率高，使用方便，但對關(guān)斷脈沖信號的脈沖功率和門極負向電流的上升率要求較高。可關(guān)斷晶閘管是理想的高壓、大電流開關(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，外部也有三個電極，即門極G、陽極A和陰極K。普通單向晶閘管只構(gòu)成一個單元器件，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)十個甚至數(shù)百個共陽極的小GTO單元。為了實現(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見圖1，大功率可關(guān)斷晶閘管多采用圓盤狀或模塊型式。國產(chǎn)可關(guān)斷晶閘管常用型號有先鋒( XUNFO)、光寶( LITEON)、柳晶(LIUJING) GT050A～1000A等系列。進口可關(guān)斷晶閘管常用型號有日本富士通公司(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觸發(fā)之后，撤掉信號也能維持導(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)斷晶閘管陽極和陰極間加正向電壓且低于正向轉(zhuǎn)折電壓時，若門極無正向電壓，則管子不會導(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，可在陽極電流下降的同時升高施加的電壓（不像普通單向晶閘管關(guān)斷時在陽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，因為可關(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)斷陽極電流I_ATO。GTO的陽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)定一個最大可關(guān)斷陽極電流I_ATO作為其容量，I_ATO即管子的銘牌電流。

在實際應(yīng)用中，可關(guān)斷陽極電流I_ATO受以下因素的影響：門極關(guān)斷負電流波形、陽極電壓上升率、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)門極負電流上升率一定時，β_off隨可關(guān)斷陽極電流的增加而增加；當(dāng)可關(guān)斷陽極電流一定時，β_off隨門極負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、幅值足夠的門極負電流。因此，在實際應(yīng)用中不必追求過高的關(guān)斷增益。

(3)陽極尖峰電壓U_P。陽極尖峰電壓U_P是在GTO關(guān)斷過程中的下降時間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極電流在t_f內(nèi)變化率的乘積。因此，當(dāng)GTO的陽極電流增加時，尖峰電壓幾乎線性增加，當(dāng)U_P增加到一定值時，GTO因P_off過大而損壞。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)二極管及無感電容。

1．可關(guān)斷晶閘管電極判別

判別電極時，將萬用表置R×1Ω擋，檢測任意兩腳間電阻值。黑表筆接G極、紅表筆接K極時為低電阻值，其他情況下電阻值均為無窮大，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)通能力的檢測方法。判斷可關(guān)斷晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通能力時，將萬用表置R×1Ω擋，黑表筆接A極，紅表筆接K極，測得電阻值為無窮大。同時用黑表筆接觸G極（加上正向觸發(fā)信號），表針向右偏轉(zhuǎn)到低電阻值，說明晶閘管已導(dǎo)通。黑表筆筆尖離開G極，晶閘管仍維持導(dǎo)通，說明被測管具有觸發(fā)導(dǎo)通能力。

(2)檢測注意事項。檢測大功率可關(guān)斷晶閘管時，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)通后只能達到臨界飽和狀態(tài)。所以，在可關(guān)斷晶閘管的門極上加負向觸發(fā)信號后，通態(tài)電流開始下降，使管子不能維持內(nèi)部電流的正反饋。此過程經(jīng)過一定時間后，可關(guān)斷晶閘管即可關(guān)斷。

將萬用表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，此時表1指針向右偏轉(zhuǎn)為低電阻值。然后將萬用表2置R×10Ω擋，黑表筆接K極，紅表筆接G極（加負向觸發(fā)信號），若此時表1指針向左擺到無窮大，說明管子具有關(guān)斷能力。 2100433B