【正文】 止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時 ， 要經過放大區(qū) 共發(fā)射極接法時 GTR的輸出特性 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 ◤ 該圖表示集電極電流 IC 與集射極電壓 UCE的關系，其參變量為 IB，特性上的四個區(qū)域反映了 GTR的四種工作狀態(tài)。 ? 集電極電流 ic與基極電流 ib之比為 ? —— GTR的電流放大系數(shù) ， 反映了基極電流對集電極電流的控制能力 ? 單管 GTR的 ? 值比小功率的晶體管小得多 ， 通常為 10左右 ，采用達林頓接法可有效增大電流增益 。 ?采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成 。 ?主要特性是耐壓高、電流大、開關特性好?；窘Y構有 NPN和 PNP兩種。但隨著 IGBT的興起， GTR在逐步被 IGBT取代。 20世紀 80年代是 GTR發(fā)展和應用的全盛時期。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 電力晶體管（ GTR） ?GTR是一種耐高壓，大電流的雙極結型晶體管。這是 GTO的一個主要缺點。 4) 電流關斷增益 ?off —— 最大可關斷陽極電流與門極負脈沖電流最大值 IGM之比稱為電流關斷增益。 GTO的儲存時間隨陽極電流的增大而增大，下降時間一般小于 2?s。延遲時間一般約 1~2?s，上升時間則隨通態(tài)陽極電流值的增大而增大。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 3. GTO的主要參數(shù) 許多參數(shù)和普通晶閘管相應的參數(shù)意義相同，以下只介紹意義不同的參數(shù)。 ?門極負脈沖電流幅值越大 ， 前沿越陡 ， 抽走儲存載流子的速度越快 ， ts越短 。 ?殘存載流子復合 —— 尾部時間tt 。 2. GTO的動態(tài)特性 GTO的開通過程電流波形 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 GTO的關斷過程電流波形 ?關斷過程：與普通晶閘管有所不同 ?抽取飽和導通時儲存的大量載流子 —— 儲存時間 ts， 使等效晶體管退出飽和 。 ，對制造工藝提出極高的要求，它要求必須保持所有 GTO元特性一致，開通或關斷速度不一致，會使 GTO元因電流過大而損壞。 a. 門極電流應大于元件的擎住電流 IL。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 ?使用中要注意的問題： ，導通時的管壓降較大，增加了通態(tài)損耗。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 ? GTO能夠通過門極關斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別： （ 1） 設計 ?2較大，使晶體管 V2控制靈敏，易于 GTO關斷 （ 2）導通時 ?1+?2更接近 1（ ?，普通晶閘管 ?1+?2?） 導通時飽和不深，接近臨界飽和，有利門極控制關斷，但導通時管壓降增大。 ?要關斷時，在 GTO門極加一個負偏壓，使 V1的集電極電流被抽出，形成門極負電流 IG，由于 IC1被抽走，使 V2的基極電流減小，進而使其集電極電流 IC2減小，于是引起 IC1的進一步下降。如：陽極電壓過高 ,du/dt過大，器件結溫過高等。 ?而當 α1+α2＞ 1時，晶閘管飽和導通。 ?不考慮漏電流時， GTO的陽極電流 IA=IC1+IC2= α1 IA+ α2 Ik（ 1） ?又當 IG≠0時， Ik= IA+ IG （ 2） ?將（ 2）式帶入 （ 1）式可得： ?該式說明： IG必須保持上式的電流大小時，才能使晶閘管導通。 RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a) b)? 由 P1N1P2和 N1P2N2構成的兩個晶體管 V V2分別具有共基極電流增益 α1和 α2。 ?和普通晶閘管的 不同點 ： GTO是一種多元的功率集成器件 ，內部包含數(shù)十個甚至數(shù)百個共陽極的小 GTO元 ， 這些 GTO元的陰極和門極則在器件內部并聯(lián)在一起 。 ?GTO在許多方面并不占優(yōu)勢，但它的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因而在兆瓦級以上的大功率場合仍有較多的應用。 典型全控型器件 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 門極可關斷晶閘管（ GTO） ?它是晶閘管的一種派生器件，開通原理和普通晶閘管相同，只要有一個門極觸發(fā)脈沖就可以導通。 ?但與晶閘管不同，可以通過在門極施加負的脈沖電流使其關斷。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 1. GTO的結構和工作原理 ?結構： ?與普通晶閘管的 相同點 ： PNPN四層半導體結構 ， 外部引出陽極 、 陰極和門極 。 c)圖1 1 3AG K G GKN1P1N2N2 P2b)a)AGK GTO的內部結構和電氣圖形符號 a) 各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b) 并聯(lián)單元結構斷面示意圖 c) 電氣圖形符號 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 ? 工作原理： ? 與普通晶閘管一樣 ， 可以用雙晶體管模型來分析 。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 ?α1較小， α2較大， 即 P1N1P2不靈敏 ,N1P2N2靈敏，在 Ie≈0時， α1與 α2均很小，導通后逐漸增大，在 IG加上電流后，由于強烈的正反饋，晶閘管導通。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 ?在該式中，我們還可以看出：在正反饋的作用下， α1+α2會從一個較小的值逐漸增大，當 α1+α2=1時，式中 IG=0,即這時晶閘管已經導通，門極電流可以為零了。 ?當 α1+α2=1時，是器件的臨界導通條件 ?注意：由于 GTO導通的條件就是 α1+α2＞ 1，所以任何使 αα2變化的因素都可能使其導通。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 ?由于 α1+α2=1是器件的臨界導通條件，若想辦法使α1+α2＜ 1，則器件就可能關斷。這樣也形成了一個正反饋，由于 IC1 、 IC2的不斷減小使 α1+α2＜ 1，從而使 GTO關斷。 （ 3） 多元集成結構使 GTO元陰極面積很小，門、陰極間距大為縮短，使得 P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。 ，門極觸發(fā)電路需要嚴格設計，否則易在關斷過程中燒毀管子。 b. 正負觸發(fā)脈沖其前沿要陡，后沿要平緩，中小功率電路上升沿小于 ，大功率電路小于 1μs ； c. 門極電路電阻要小，以減小脈沖源內阻。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 ?開通過程：與普通晶閘管類似，需經過延遲時間 td和上升時間 tr。 ?等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū) ， 陽極電流逐漸減小 —— 下降時間 tf 。 ?通常 tf比 ts小得多 ， 而 tt比 ts要長 。 ?門極負脈沖的后沿緩慢衰減 ，在 tt階段仍保持適當負電壓 ，則可縮短尾部時間 。 1) 開通時間 ton —— 延遲時間與上升時間之和。 2) 關斷時間 toff —— 一般指儲存時間和下降時間之和，不包括尾部時間。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 3) 最大可關斷陽極電流 IATO —— GTO額定電流，陽極電流超過 IATO， 則 GTO處于較深的飽和導通狀態(tài)，抽出的電流不足以使GTO關斷，會導致門極關斷失敗。 βoff=IATO/IGM ?off可描述負門極電流關斷大的陽極電流的能力，一般很小，只有 3~5左右。1000A的 GTO關斷時門極負脈沖電流峰值要 200A 。它具有自關斷能力，并有開關時間短、飽和壓降低、安全工作區(qū)寬等優(yōu)點。由于 GTR實現(xiàn)了高頻化、模塊化，廉價化，因此被廣泛應用于交流電機調速、 UPS、中頻電源等電力變流裝置中，并在中小功率應用方面取代了傳統(tǒng)的晶閘管。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 電力晶體管 GTR（巨型晶體管） 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術 1. GTR的結構和工作原理 GTR內部結構與元件符號 內部載流子的流動 ?GTR是一種雙極型半導體器件，即其內部電流由電子和空穴兩種載流子形成。為了 GTR提高耐壓，一般采用 NPvN三重擴散結構 太原工業(yè)學