什么是門極斷開(GTO)可控硅

2021-06-25

可斷開可控硅GTO(GateTurn-OffThyristor)亦稱柵控可控硅。其主要特點為,當柵極加負向觸發信號時可控硅能自行斷開。普通可控硅(SCR)靠柵極正信號觸發后,撤下信號亦能保持通態。欲使之斷開,必須斷開電源,使正方向電流小于保持電流IH,或施加反方向電壓強近斷開。
這就必須增加換向線路,不但使設施的體積重量增加,并且會降低效率,造成波形失真和噪聲。

可斷開可控硅克服了上述弊端,它既保存了普通可控硅耐壓高、電流大等優勢,以具備自斷開能力,操作方便,是比較完美的高壓、大電流開關元器件。

GTO的容積及使用期限均超出巨型晶體管(GTR),只是工作頻率比GTR低。現在,GTO已到達4500A、6000V的容積。大功率可斷開可控硅已普遍用在斬波調速、變頻調速、逆變電源等領域,展示出強大的生命力。

可斷開可控硅也歸屬于PNPN四層三端元器件,其構造及等效線路和普通可控硅同樣,因此圖1僅繪出GTO典型產品的外觀及符號。大功率GTO大多數做成模塊形式。

雖然GTO與SCR的觸發導通原理同樣,但二者的斷開原理及斷開方式大不相同。這是因為普通可控硅在導通后即處在深度飽和狀態,而GTO在導通后只有到達臨界飽和,因此GTO柵極上加負向觸發信號就可以斷開。GTO的1個重要參數便是斷開增益,βoff,它相當于陽極最大可斷開電流IATM與柵極最大負向電流IGM之比,有公式

βoff=IATM/IGM

βoff通常為幾倍至幾十倍。βoff值愈大,表明柵極電流對陽極電流的控制力愈強。很顯然,βoff與晶體管的hFE參數頗有相似之處。

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