全控型电力电子器件GTO.ppt

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全控型电力电子器件GTO

电子技术论坛 电力电子技术 第一章 电力电子器件 复习: 电力晶体管GTR的结构与工作原理 GTR的特性与主要参数 GTR的击穿与安全工作区 第五节 其他新型电力电子器件 ———全控型器件 1.5.1 电力晶体管(GTR) 1.5.2 可关断晶闸管(GTO) 1.5.3 功率场效应晶体管MOSFET 1.5.4 IGBT 1.5.5 功率集成电路及其他 二. 门极可关断晶闸管GTO 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。GTO容量较大,目前,许多生产商可提供额定开关 ( 6kV/ 6kA )用的高压大电流GTO,频率为1kHZ。目前,GTO的功率36MVA最高研究水平为9kV/10kA 。 使用寿命超过电力晶体管GTR,只是工作频率比GTR低。 门极可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor —GTO) 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。 GTO的内部结构和电气图形符号 1. GTO的结构 与普通晶闸管一样,可以用下图所示的双晶体管模型来分析。 ?1+?2=1是器件临界导通的条件。 由P1N1P2和N1P2N2构成的两个晶体管V1、V2分别具有共基极电流增益?1和?2 。 2. GTO的工作原理 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: 设计?2较大,使晶体管V2控 制灵敏,易于关断。 导通时?1+?2更接近1,导通时接近临界饱和,有利门极控制关断,但导通时管压降增大。 多元集成结构,每个元阴极和门极距离很短,使得P2基区横向电阻很小,能从门极抽出较大电流。 晶闸管的工作原理 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 。 结论: 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。 O t 0 t i G i A I A 90% I A 10% I A t t t f t s t d t r t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 GTO的开通和关断过程电流波形 3. GTO的动态特性 —— 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。 —— 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。 (2) 关断时间toff (1)开通时间ton GTO的开关时间比普通晶闸管短但比GTR长,因此工 作频率介于两者之间。 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 。 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。 4. GTO的主要参数 (3)最大可关断阳极电流IATO (4) 电流关断增益?off ?off越大说明门极电流对阳极电流控制能力越强。?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额定电流。 ——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。 (5) 维持电流和擎住电流 小结: 可关断晶闸管GTO的结构与工作原理 GTO的特性与主要参数

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