GTO与GTR.docVIP

2.4 典型全控型器件（第讲）GTR和GTO的特点——双极型，电流驱动，有电导调制效应，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。.4.1门极可关断晶闸管 门极可关断晶闸管晶闸管的一种派生器件电流驱动型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。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。 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开通和关断过程电流波形 图GTO的开通和关断过程电流波形储存时间ts，使等效晶体管退出饱和。 下降时间tf。 尾部时间tt，残存载流子复合时间。 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。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IATOGTO器件额定电流。 （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 。 GTO的驱动（1.6.3 典型全控型器件的驱动电路） （1）驱动波形：GTO的开通控制与普通晶闸管相似GTO关断控制需施加负门极电流。GTO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。推荐的GTO门极电压电流波形 图推荐的GTO门极电压电流波形直接耦合式驱动电路可避免电路内部的相互干扰和寄生振荡，可得到较陡的脉冲前沿。目前应用较广，但其功耗大，效率较低。典型的直接耦合式GTO驱动电路 图典型的直接耦合式GTO驱动电路GTO驱动与保护电路 GTO的驱动与保护电路如图5所示，电路由±5V直流电源供电，输入端接PWM发生器输出的PWM信号，经过光耦隔离后送入驱动电路。当比较器LM311输出低电平时，V2、V4截止、V3导通，+5V的电源经R11、R12、R14和C1加速电容向GTO提供开通电流，GTO导通；当比较器输出高电平时，V2导通、V3截止、V4导通，-5V的电源经L1、R13、V4、R14提供反向关断电流，关断GTO后，再给门极提供反向偏置电压。输入PWM信号低电平开通GTO，输入PWM信号高电平关断GTO。L1作用是抑制di/dt变化过快，“推荐的GTO门极电压电流波形关断过程电流波形 图5 GTO驱动与保护电路原理图 附加参考 电力晶体管 电力晶体管耐高电压、大电流的双极结型晶体管，有时候也称为Power BJT。电力晶体管20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代。 GTR的结构和工作原理GTR的结构、电气图形符号和内部载流子的流动 普通的双极结型晶体管基本原理是一样的主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。在应用中，GTR一般采用共发射极接法。集电极电流ic与基极电流ib之比为 ( ——GTR的电流放大系数单管GTR的( 值比小功率的晶体管小得多，通常为10左右，采用达林顿接法可有效增大电流增益。静态特性共发射极接法时GTR的输出特性截止区、放大区和饱和区。在电力电子电路中GTR工作在开关状态。在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，要经过放大区。 图 共发射极接法时GTR的输出特性图 GTR的开通和关断过程电流波形动态特性 GTR的开关时间在几微秒以内。GTR的开通和关断过程电流波形开通过程迟时间td和上升时间tr，二者之和为开通时间ton。 关断过程储存时间ts和下降时间tf，二者之和为关断时间toff。 GTR的驱动 理想的GTR基极驱动电流波形开通驱动电流应使GTR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。关断后应在基射极之间施加一定幅值（6V左右）的负偏压。GTR的一种驱动电路，包括电气隔离和晶体管放大电路两部分。 图理想驱动电流波形图GTR的一种驱动电路 1 2012-2013（2）刘刚-电力电子