什么是门极可关断晶闸管？

一、引言

门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor，简称GTO）是一种特殊的电力半导体器件，属于晶闸管的一种派生器件。它具备普通晶闸管的耐高压、电流容量大以及承受浪涌能力强等优点，同时增加了自关断能力，使得在高压、大容量场合中的应用更为广泛和高效。本文将详细介绍门极可关断晶闸管的定义、结构、工作原理、特性以及应用领域，并通过相关数据和信息进行具体说明。

二、门极可关断晶闸管的定义

门极可关断晶闸管是一种具有自关断能力和晶闸管特性的晶闸管。它的主要特点是门极加正脉冲信号触发管子导通，门极加负脉冲信号触发管子关断，因此属于全控型器件。GTO的出现解决了传统晶闸管在关断时需要借助外部电路的问题，提高了电路的可靠性和效率。

三、门极可关断晶闸管的结构

门极可关断晶闸管的结构与普通晶闸管相似，也是由PNPN四层半导体构成，外部引出阳极A、阴极K和门极G三个电极。但GTO是一种多元的功率集成器件，其内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO单元。这些小GTO单元的阴极和门极在器件内部并联，以实现门极控制关断的功能。

四、门极可关断晶闸管的工作原理

门极可关断晶闸管的工作原理主要基于其特殊的结构和设计。当阳极加正向电压且门极加正向触发电流时，GTO导通。此时，如果门极加上足够大的反向触发脉冲电流，GTO则由导通转为阻断。这种通过门极控制器件导通和关断的能力使得GTO在电力电子领域具有广泛的应用前景。

具体来说，GTO的工作原理涉及到其内部的PNP和NPN两个晶闸管V1和V2。当a1+a2（V1和V2的共基极电流增益）大于1时，GTO处于导通状态；而当a1+a2小于1时，GTO则进入关断状态。在设计GTO时，通过调整a1和a2的值使得GTO在导通时饱和程度不深，更接近临界饱和状态，从而为门极可关断控制提供了有力条件。

五、门极可关断晶闸管的特性

耐高压、大电流：GTO继承了普通晶闸管的优点，能够承受高压和大电流，使得其在高压、大容量场合中表现出色。

自关断能力：GTO具有自关断能力，不需要借助外部电路即可实现关断，提高了电路的可靠性和效率。

关断时间短：GTO的关断时间相对较短，能够快速响应电路中的变化，适用于需要快速切换的场合。

承受浪涌能力强：GTO能够承受较大的浪涌电流和电压冲击，保护电路免受损害。

六、门极可关断晶闸管的主要参数

最大可关断阳极电流IATO：表示GTO能够承受的最大阳极电流值。

电流关断增益βOff：表示阳极最大可关断电流与栅极最大负向电流之比。βOff值愈大，说明栅极电流对阳极电流的控制能力愈强。

开通时间Ton：指从施加正向触发脉冲到GTO完全导通所需的时间。

关断时间Toff：指从施加负向触发脉冲到GTO完全关断所需的时间。

七、门极可关断晶闸管的应用领域

门极可关断晶闸管广泛应用于电力机车的逆变器、电网动态无功补偿、大功率直流斩波调速等领域。在这些应用中，GTO通过其独特的自关断能力和优异的电气性能，为电路的稳定运行提供了有力保障。

八、总结

门极可关断晶闸管作为一种特殊的电力半导体器件，在电力电子领域具有广泛的应用前景。其独特的自关断能力和优异的电气性能使得GTO在高压、大容量场合中表现出色。通过深入了解GTO的定义、结构、工作原理、特性以及应用领域等方面的知识，可以更好地理解和应用这一重要的电力半导体器件。