文档介绍：合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组电力电子技术 Power Electronic Technology 合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组第四讲电力电子器件(三) 概述 门极可关断晶闸管 电力晶体管 电力场效应晶体管 绝缘栅双极晶体管合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组 概述?门极可关断晶闸管( Gate-Turn-Off Thyristor — GTO )在晶闸管问世后不久出现? 20 世纪 80 年代以来,信息电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合——高频化、全控型、采用集成电路制造工艺的电力电子器件,从而将电力电子技术又带入了一个崭新时代?典型代表——门极可关断晶闸管、电力晶体管( Giant Transistor —— GTR ) 、电力场效应晶体管( Power MOSFET ) 、绝缘栅双极晶体管( Insulated-gate Bipolar Transistor —— IGBT 或 IGT ) 返回合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组 门极可关断晶闸管 概述 GTO 的结构和工作原理 GTO 的动态特性 GTO 的主要参数返回合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组 概述?门极可关断晶闸管( Gate-Turn-Off Thyristor — GTO ) ?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返回合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组 GTO 的结构和工作原理–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: GTO 是一种多元的功率集成器件,内部包含数十个甚至数百个共阳极的小 GTO 元,这些 GTO 元的阴极和门极则在器件内部并联在一起图 1-13 GTO 的内部结构和电气图形符号 a) 各单元的阴极、门极间隔排列的图形 b) 并联单元结构断面示意图 c) 电气图形符号返回合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组 GTO 的结构和工作原理?工作原理: –与普通晶闸管一样,可以用图 1-7 所示的双晶体管模型来分析–? 1+? 2 =1 是器件临界导通的条件。当? 1+? 2 >1 时,两个等效晶体管过饱和而使器件导通;当? 1+? 2 <1 时,不能维持饱和导通而关断 R NPN PNP A GSK E G I G E A I K I c2 I c1 I AV 1V 2 P 1 A GK N 1P 2 P 2N 1N 2 a) b)合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组 GTO 的结构和工作原理? 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: ?(1)设计? 2较大,使晶体管 V 2控制灵敏,易于? GTO 关断?(2)导通时? 1+? 2更接近 1(? ,普通晶闸管? 1+? 2? ) 导通时饱和不深,接近临界饱和,有利门极控制关断,但导通时管压降增大?(3)多元集成结构使 GTO 元阴极面积很小,门、阴极间距大为缩短,使得 P 2基区横向电阻很小,能从门极抽出较大电流合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组?导通过程:与普通晶闸管一样,只是导通时饱和程度较浅?关断过程: 强烈正反馈——门极加负脉冲即从门极抽出电流,则 I b2 减小,使 I K和I c2 减小, I c2 的减小又使 I A 和I c1减小,又进一步减小 V 2的基极电流?当I A和I K的减小使? 1+? 2 <1 时,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 的结构和工作原理合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组 GTO 的动态特性?开通过程: 与普通晶闸管类似,需经过延迟时间t d和上升时间 t r图 1-14 GTO 的开通和关断过程电流波形 O t 0 t 图1-14 i Gi AI A 90% I A 10% I A t tt ft s t dt rt 0t 1t 2t 3t 4t 5t 6返回