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第一章电力半导体器件1.0电力电子器件概述1.1功率二极管1.2晶闸管1.3可关断晶闸管(GTO)1.4电力晶体管(GTR)1.5功率场效应晶体管1.6绝缘栅双极型晶体管1.7电力电子器件散热、串并联及缓冲保护典型全控型器件1.3门极可关断晶闸管1.4电力晶体管1.5电力场效应晶体管1.6绝缘栅双极晶体管典型全控型器件门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时代。典型代表——门极可关断晶闸管、电力晶体管、功率场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。典型全控型器件常用的典型全控型器件1.3可关断晶闸管(GTO)—全控型1.3.1可关断晶闸管的结构与工作原理1.3.2可关断晶闸管的基本特性1.3.3可关断晶闸管的主要参数1.3.4可关断晶闸管的安全工作区1.3.5GTO的门极驱动电路1.3门极可关断晶闸管(GTO)—全控型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。目前，GTO的容量水平达6000A/6000V、1000A/9000V，频率为1kHZ。DATASHEET1.3.1可关断晶闸管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点：－GTO是一种多元的功率集成器件。1.3.1可关断晶闸管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。1.3.1可关断晶闸管的结构和工作原理GTO的开通机理：S1闭合1.3.1可关断晶闸管的结构和工作原理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：1.3.1可关断晶闸管的结构和工作原理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。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。1.3.2可关断晶闸管的基本特性1）阳极伏安特性与普通晶闸管相同。1.3.2可关断晶闸管的基本特性开通过程：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。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。1.3.3可关断晶闸管的主要参数GTO的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。1.3.3可关断晶闸管的主要参数（3）最大可关断阳极电流IATO1.3.3可关断晶闸管的主要参数（5）阳极尖峰电压UP1.3.4可关断晶闸管的安全工作区GTO安全工作区是指在门极加负脉冲关断信号时，GTO能够可靠关断的阳极电流与阳极电压的轨迹。既然是在一定条件下确定的安全运行范围，如条件改变，比如门极驱动电路或缓冲电路参数改变之后，安全工作区也随之改变，实际实用中应加以注意。GTO的安全工作区1.3.5GTO的门极驱动电路影响GTO导通的主要因素有：阳极电压、阳极电流、温度和门极触发信号等。阳极电压高，GTO导通容易，阳极电流较大时易于维持大面积饱和导通，温度低时，要加大门极驱动信号才能得到与室温时相同的导通效果。(1)对门极触发信号的要求因为GTO工作在临界饱和状态，所以门极触发信号要足够大，脉冲前沿(正、负脉冲)越陡越有利，而后沿平缓些好。正脉冲后沿太陡会产生负尖峰脉冲；负脉冲后沿太陡会产生正尖峰脉冲，会使刚刚关断的GTO的耐压和阳极承受的du/dt降低。为了实现强触发，门极正脉冲电流一般为额定触发电流(直流)的(3～5)倍。(2)门极触发方式GTO门极触发方式通常有下面三种：①直流触发在GTO被触发导通期间，门极一直加有直流触发信号。②连续脉冲触发在GTO被触发导通期间，门极上仍加有连续触发脉冲，所以也称脉冲列触发。③单脉冲触发即常用的脉冲触发，GTO导通之后，门极触发脉冲即结束。1.3.5GTO的门极驱动电路鉴于开通\关断过程对GTO门极信号的要求，GTO门极电路应包括三个功能块：GTO驱动电路与门极的耦合方式：1.4电力晶体管(GTR)—全控型1.4.1GTR的结构与工作原理1.4.2GTR的基本特性1.4.3GTR的主要参数1.4.4