門極可關(guān)斷晶閘管(GTO) 和可控硅 (SCR) 的區(qū)別淺析

可控硅（SCR）和門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）都是大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，廣泛應(yīng)用于電力控制和電力轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。

一、可控硅（SCR）

可控硅簡(jiǎn)稱SCR，是一種大功率電器元件，也稱晶閘管。它具有體積小、效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，可作為大功率驅(qū)動(dòng)器件，實(shí)現(xiàn)用小功率控件控制大功率設(shè)備。它在交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)及隨動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

SCR 的符號(hào)如下所示：

可控硅分單向可控硅和雙向可控硅兩種。雙向可控硅也叫三端雙向可控硅，簡(jiǎn)稱TRIAC。雙向可控硅在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于兩個(gè)單向可控硅反向連接，這種可控硅具有雙向?qū)üδ?。其通斷狀態(tài)由控制極G決定。在控制極G上加正脈沖(或負(fù)脈沖)可使其正向(或反向)導(dǎo)通。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是控制電路簡(jiǎn)單，沒(méi)有反向耐壓?jiǎn)栴}，因此特別適合做交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)使用。

單向可控硅

首先我們來(lái)看一下單向可控硅，可控硅在結(jié)構(gòu)上的組成就是我們熟悉的 PN 結(jié)，單向可控硅的電路符號(hào)有點(diǎn)像二極管，如下圖：

雙向可控硅

雙向可控硅，不再區(qū)分陽(yáng)極和陰極，因?yàn)樗梢噪p向?qū)?，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

雙向可控硅兩個(gè)方向都能導(dǎo)通。

可控硅的優(yōu)點(diǎn)包括高耐壓、高電流、高正向阻斷電壓、低導(dǎo)通壓降和低維持電流等，使得它在許多應(yīng)用中成為理想的開(kāi)關(guān)器件。然而，可控硅的控制特性使其在關(guān)斷時(shí)需要外部電路，并且其觸發(fā)電流較大，這些缺點(diǎn)限制了可控硅在一些場(chǎng)合的應(yīng)用。

可控硅（SCR）觸發(fā)方法總結(jié)

可控硅的觸發(fā)主要取決于溫度、供電電壓、柵極電流等不同的變量。當(dāng)向可控硅施加電壓時(shí)，如果陽(yáng)極端可以與陰極相關(guān)+ve，則可控硅變成轉(zhuǎn)發(fā)偏向。因此該晶閘管進(jìn)入正向阻斷狀態(tài)。

二、門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）

門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）是一種具有門極控制的可關(guān)斷晶閘管。它與普通晶閘管的不同之處在于其可以在門極的控制下實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)操作。

GTO的符號(hào)如下所示：

可關(guān)斷晶閘管(GTO)又稱門極可關(guān)斷晶閘管或門控晶閘管，是晶閘管的一種派生器件。它的主要特點(diǎn)是門極加正脈沖信號(hào)觸發(fā)管子導(dǎo)通，門極加負(fù)脈沖信號(hào)觸發(fā)管子關(guān)斷，因而屬于全控型器件。

可關(guān)斷晶閘管既保留了普通單向晶閘管耐壓高、電流大的特性，又具備了自關(guān)斷能力，且關(guān)斷時(shí)間短，不需要復(fù)雜的換向電路，工作頻率高，使用方便，但對(duì)關(guān)斷脈沖信號(hào)的脈沖功率和門極負(fù)向電流的上升率要求較高。

門極可關(guān)斷晶閘管的優(yōu)點(diǎn)在于其可關(guān)斷能力，即通過(guò)門極施加適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)，可以實(shí)現(xiàn)晶閘管的開(kāi)通和關(guān)斷操作。此外，門極可關(guān)斷晶閘管還具有較低的開(kāi)通和關(guān)斷損耗、較高的耐壓和電流容量等優(yōu)點(diǎn)。然而，門極可關(guān)斷晶閘管的制造工藝復(fù)雜，成本較高，并且其開(kāi)關(guān)速度較慢，因此在一些快速開(kāi)關(guān)的應(yīng)用中受到限制。

GTO的主要參數(shù)：

(1)最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流IATO

(2)電流關(guān)斷增益βOff=IATO/IGM

IGM是門極負(fù)脈沖電流最大值 βOff一般只有5左右這是GTO的主要缺點(diǎn)

(3)開(kāi)通時(shí)間Ton 開(kāi)通時(shí)間指延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和.GTO的延遲時(shí)間一般為1~2us,上升時(shí)間則隨同態(tài)陽(yáng)極電流值的增大而增大。

(4)關(guān)斷時(shí)間Toff 關(guān)斷時(shí)間指存儲(chǔ)時(shí)間與下降時(shí)間之和，而不包括尾部時(shí)間。GTO的存儲(chǔ)時(shí)間則隨陽(yáng)極電流值的增大而增大，下降時(shí)間一般小于2us。

三、門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）和可控硅（SCR）的區(qū)別

1.控制特性：如前所述，可控硅是不可控器件，需要外部電路實(shí)現(xiàn)關(guān)斷操作；而門極可關(guān)斷晶閘管可以通過(guò)門極施加適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)實(shí)現(xiàn)開(kāi)通和關(guān)斷操作。因此，在需要頻繁開(kāi)關(guān)的應(yīng)用中，門極可關(guān)斷晶閘管更具優(yōu)勢(shì)。

2.驅(qū)動(dòng)電流：可控硅的觸發(fā)電流較大，需要較大的驅(qū)動(dòng)功率；而門極可關(guān)斷晶閘管的觸發(fā)電流較小，驅(qū)動(dòng)功率較低。因此，在驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)上，門極可關(guān)斷晶閘管更為省電。

3.耐壓能力：門極可關(guān)斷晶閘管的耐壓能力較高，可以承受較高的電壓；而可控硅的耐壓能力相對(duì)較低。因此，在高壓應(yīng)用中，門極可關(guān)斷晶閘管更具優(yōu)勢(shì)。

4.開(kāi)關(guān)速度：可控硅的開(kāi)關(guān)速度較快，適用于高頻應(yīng)用；而門極可關(guān)斷晶閘管的開(kāi)關(guān)速度較慢，不適用于高頻開(kāi)關(guān)切換。