【正文】 般不會引起 GTR的特性變壞 。 一般情況下 ， 塑封硅管的 TjM為 125℃ ～ 150℃ ，金封硅管的 TjM為 150℃ ～ 170℃ ， TjM為175℃ ～ 200℃ 。 因此 ， 實(shí)際管子的最大工作電壓應(yīng)比反向擊穿電壓低得多 。 (2) 集電極與發(fā)射極之間的反向擊穿電壓 UCEO：當(dāng)基極開路時(shí) ， 集 —射極間能承受的最高電壓 。 實(shí)踐表明 ， 工作溫度每增加 20℃ ， 平均壽命差不多下降一個(gè)數(shù)量級 ， 有時(shí)會因溫度過高而使 GTO迅速損壞 。 這部分能量轉(zhuǎn)化為熱能使管溫升高 ， 在使用中要特別注意 GTR的散熱 。 因此 ， 通常 IC的值只能到 ICM值的一半左右 ， 使用時(shí)絕不能讓 IC值達(dá)到 ICM， 否則 GTR的性能將變壞 。 目前 GTR的容量已達(dá)400 A/1200 V、 1000 A/400 V， 工作頻率可達(dá) 5 kHz， 模塊容量可達(dá) 1000 A/1800 V， 頻率為 30 kHz， 因此也可被用于不停電電源 、 中頻電源和交流電機(jī)調(diào)速等電力變流裝置中 。 GTR的電氣符號與普通晶體管相同 。 圖中 R為限電流電阻， C1（ μF ）與 GTO并聯(lián)，可限制GTO的電壓上升率。 由于 L和 C組成 LC諧振電路 ， C兩端可產(chǎn)生高于電源的電壓 。 GTO的典型應(yīng)用 第 4章 全控型電力電子器件 圖 44 用電感、電容關(guān)斷 GTO的點(diǎn)火電路 R1 . 5 ?TR點(diǎn) 火 線 圈G T OC0 . 5 ? FL 2 m H點(diǎn)火V＋ 1 2 VC10 . 5 ? F第 4章 全控型電力電子器件 圖中 GTO為主開關(guān) ， 控制 GTO導(dǎo)通與關(guān)斷即可使脈沖變壓器 TR次級產(chǎn)生瞬時(shí)高壓 ， 該電壓使汽油機(jī)火花塞電極間隙產(chǎn)生火花 。 此外 ， 由于 GTO的耐壓高 、 電流大 、 開關(guān)速度快 、 控制電路簡單方便 ， 因此還特別適用于汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng) 。 GTO的門極驅(qū)動電路 第 4章 全控型電力電子器件 圖 43 (a) 小容量 GTO門極驅(qū)動電路； (b) 橋式驅(qū)動電路； (c) 大容量 GTO門極驅(qū)動電路 V1V2＋ ECVD1CV3V4UIG T O( a )V1＋ ECG T O( b )LV2LV3V4G T O( c )VRVDV1V2＋ EC第 4章 全控型電力電子器件 GTO主要用于高電壓 、 大功率的直流變換電路 (即斬波電路 )、 逆變器電路中 ， 例如恒壓恒頻電源 (CVCF)、 常用的不停電電源 （ UPS） 等 。 GTO的緩沖電路 第 4章 全控型電力電子器件 用門極正脈沖可使 GTO開通 ， 門極負(fù)脈沖可以使其關(guān)斷 ， 這是 GTO最大的優(yōu)點(diǎn) ， 但要使 GTO關(guān)斷的門極反向電流比較大 ， 約為陽極電流的 1/5左右 。 第 4章 全控型電力電子器件 表 41 國產(chǎn) 50 A GTO 第 4章 全控型電力電子器件 GTO設(shè)置緩沖電路的目的是： (1) 減輕 GTO在開關(guān)過程中的功耗 。 GTO由于工藝結(jié)構(gòu)特殊 ， 其 IL要比普通晶閘管大得多 ， 因而在電感性負(fù)載時(shí)必須有足夠的觸發(fā)脈沖寬度 。 采用適當(dāng)?shù)拈T極電路 ， 很容易獲得上升率較快 、 幅值足夠大的門極負(fù)電流 ， 因此在實(shí)際應(yīng)用中不必追求過高的關(guān)斷增益 。 GTO的特定參數(shù) 第 4章 全控型電力電子器件 2． 關(guān)斷增益 β q 這個(gè)參數(shù)是用來描述 GTO關(guān)斷能力的 。 第 4章 全控型電力電子器件 1． 最大可關(guān)斷陽極電流 IATO GTO的最大陽極電流除了受發(fā)熱溫升限制外 ， 還會由于管子陽極電流 IA過大使 α 1+α 2 稍大于 1的臨界導(dǎo)通條件被破壞 ， 管子飽和加深 ， 導(dǎo)致門極關(guān)斷失敗 ， 因此 ， GTO必須規(guī)定一個(gè)最大可關(guān)斷陽極電流 IATO， 也就是管子的銘牌電流 。 因此 ， GTO關(guān)斷期間功耗較大 。 由于普通晶閘管導(dǎo)通時(shí)處于深度飽和狀態(tài) ，用門極抽出電流無法使其關(guān)斷 ， 而 GTO處于臨界飽和狀態(tài) ，因此可用門極負(fù)脈沖信號破壞臨界狀態(tài)使其關(guān)斷 。 當(dāng) GTO的門極加負(fù)脈沖信號 （ 門極為負(fù) ， 陰極為正 ） 時(shí) ， 門極出現(xiàn)反向電流 ，此反向電流將 GTO的門極電流抽出 ， 使其電流減小 ， α 1和α 2也同時(shí)下降 ， 以致無法維持正反饋 ， 從而使 GTO關(guān)斷 。 第 4章 全控型電力電子器件 導(dǎo)通后的管壓降比較大 ， 一般為 2～ 3 V。 兩個(gè)等效晶體管的電流放大倍數(shù)分別為 α 1和 α 2。 它的電氣符號如圖 41所示 ， 有陽極 A、 陰極 K和門極 G三個(gè)電極 。第 4章 全控型電力電子器件 第 4章 全控型電力電子器件 門極可關(guān)斷晶閘管 (GTO) 大功率晶體管（ GTR） 功率場效應(yīng)晶體管 絕緣柵雙極型晶體管 其它新型電力電子器件 習(xí)題及思考題 第 4章 全控型電力電子器件 門極可關(guān)斷晶閘管 (Gate Turn Off thyristor)簡稱GTO。 它具有普通晶閘管的全部特性 ， 如耐壓高 （ 工作電壓可高達(dá) 6000 V） 、 電流大 （ 電流可達(dá) 6000 A)以及造價(jià)便宜等；同時(shí)它又具有門極正脈沖信號觸發(fā)導(dǎo)通 、 門極負(fù)脈沖信號觸發(fā)關(guān)斷的特性 ， 而在它的內(nèi)部有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電 ， 所以它屬于全控型雙極型器件 。 門極可關(guān)斷晶閘管 (GTO) 第 4章 全控型電力電子器件 圖 41 GTO的電氣符號 ＋AKG第 4章 全控型電力電子器件 GTO的基本工作原理 GTO的工作原理與普通晶閘管相似 ， 其結(jié)構(gòu)也可以等效看成是由 PNP與 NPN兩個(gè)晶體管組成的反饋電路 。 GTO觸發(fā)導(dǎo)通的條件是：當(dāng)它的陽極與陰極之間承受正向電壓 ， 門極加正脈沖信號 （ 門極為正 ， 陰極為負(fù) ） 時(shí) ， 可使 α 1+α 2＞１ ， 從而在其內(nèi)部形成電流正反饋 ， 使兩個(gè)等效晶體管接近臨界飽和導(dǎo)通狀態(tài) 。 只要在 GTO的門極加負(fù)脈沖信號 ， 即可將其關(guān)斷 。因此 ， GTO采取了特殊工藝 ， 使管子導(dǎo)通后處于接近臨界飽和狀態(tài) 。 第 4章 全控型電力電子器件 由于 GTO門極可關(guān)斷 ， 關(guān)斷時(shí) ， 可在陽極電流下降的同時(shí)再施加逐步上升的電壓 ， 不像普通晶閘管關(guān)斷時(shí)是在陽極電流等于零后才能施加電壓的 。 另外 ， 因?yàn)閷?dǎo)通壓降較大 ， 門極觸發(fā)電流較大 ， 所以 GTO的導(dǎo)通功耗與門極功耗均較普通晶閘管大 。 IATO與管子電壓上升率 、 工作頻率 、 反向門極電流峰值和緩沖電路參數(shù)有關(guān) ， 在使用中應(yīng)予以注意 。 關(guān)斷增益 β q為最大可關(guān)斷陽極電流 IATO與門極負(fù)電流最大值 IGM之比 ， 即 || GMA T Oq II??? 目前大功率 GTO的關(guān)斷增益為 3～ 5。 第 4章 全控型電力電子器件 3． 掣住電流 IL 與普通晶閘管定義一樣 ， IL是指門極加觸發(fā)信號后 ， 陽極大面積飽和導(dǎo)通時(shí)的臨界電流 。 GTO有能承受反壓和不能承受反壓兩種類型 ， 在使用時(shí)要特別注意 。 (2) 抑制靜態(tài)電壓上升率 ， 過高的電壓上升率會使 GTO因位移電流產(chǎn)生誤導(dǎo)通 。 盡管采用高幅值的窄脈沖可以減少關(guān)斷所需的能量 ， 但還是要采用專門的觸發(fā)驅(qū)動電路 。 另一類 GTO的典型應(yīng)用是調(diào)頻調(diào)壓電源 ， 即 VVVF， 此電源較多用于風(fēng)機(jī) ， 水泵 、 軋機(jī) 、 牽引等交流變頻調(diào)速系統(tǒng)中 。 圖 44所示為一種用電感 、 電容關(guān)斷 GTO的點(diǎn)火電路 。 在晶體管 V的基極輸入脈沖電壓 ， 低電平時(shí) ， V截止 ， 電源對電容 C充電 ， 同時(shí)觸發(fā) GTO。 脈沖電壓為高電平時(shí) ，晶體管 V導(dǎo)通 ， C放電并將其電壓加于 GTO門極 ， 使 GTO迅速 、可靠地關(guān)斷 。 第 4章 全控型電力電子器件 大 功 率 晶 體 管 又 可 稱 為 電 力 晶 體 管 （ Giant TRansistor） , 簡稱 GTR， 通常指耗散功率 （ 或輸出功率 ） 1 W以上的晶體管 。 圖45所示為某晶體管廠生產(chǎn)的 1300系列 GTR的外觀 ， 它是一種雙極型大功率高反壓晶體管 ， 具有自關(guān)斷能力 ， 控制方便 ，開關(guān)時(shí)間短 ， 高頻特性好 ， 價(jià)格低廉 。 大功率晶體管（ GTR） 第 4章 全控型電力電子器件 圖 45 GTR的外觀 第 4章 全控型電力電子器件 GTR的極限參數(shù) 1． 集電極最大電流 ICM(最大電流額定值 ) 一般將電流放大倍數(shù) β 下降到額定值的 1/2～ 1/3 時(shí)集電極電流 IC的值定為 ICM。 第 4章 全控型電力電子器件 2． 集電極最大耗散功率 PCM PCM即 GTR在最高集電結(jié)溫度時(shí)所對應(yīng)的耗散功率 ， 它等于集電極工作電壓與集電極工作電流的乘積 。 如果散熱條件不好 ， 會促使 GTR的平均壽命下降 。 第 4章 全控型電力電子器件 3． GTR的反向擊穿電壓 (1) 集電極與基極之間的反向擊穿電壓 UCBO：當(dāng)發(fā)射極開路時(shí) ， 集 —基極間能承受的最高電壓 。 當(dāng) GTR的電壓超過某一定值時(shí) ， 管子性能會發(fā)生緩慢 、 不可恢復(fù)的變化 ， 這些微小變化逐漸積累 ， 最后導(dǎo)致管子性能顯著變壞 。 第 4章 全控型電力電子器件 4． 最高結(jié)溫 TjM GTR的最高結(jié)溫與半導(dǎo)體材料的性質(zhì) 、 器件制造工藝 、 封裝質(zhì)量有關(guān) 。 第 4章 全控型電力電子器件 1． 二次擊穿 處于工作狀態(tài)的 GTR， 當(dāng)其集電極反偏電壓 UCE逐漸增大到最大電壓 BUCEO時(shí) ， 集電極電流 IC急劇增大 ， 但此時(shí)集電結(jié)的電壓基本保持不變 ， 這叫一次擊穿 ， 如圖 46所示 。 如果繼續(xù)增大 UCE， 又不限制 IC的增長 ， 則當(dāng) IC上升到 A點(diǎn) （ 臨界值 ） 時(shí) ， UCE突然下降 ，