可關(guān)斷晶閘管(GTO-門控晶閘管)

可關(guān)斷晶閘管(GTO-門控晶閘管)

可關(guān)斷晶閘管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦稱門控晶閘管。其主要特點(diǎn)為，當(dāng)門極加負(fù)向觸發(fā)信號(hào)時(shí)晶閘管能自行關(guān)斷。

前已述及，普通晶閘管（SCR）靠門極正信號(hào)觸發(fā)之后，撤掉信號(hào)亦能維持通態(tài)。欲使之關(guān)斷，必須切斷電源，使正向電流低于維持電流IH，或施以反向電壓強(qiáng)近關(guān)斷。這就需要增加換向電路，不僅使設(shè)備的體積重量增大，而且會(huì)降低效率，產(chǎn)生波形失真和噪聲?？申P(guān)斷晶閘管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶閘管耐壓高、電流大等優(yōu)點(diǎn)，以具有自關(guān)斷能力，使用方便，是理想的高壓、大電流開(kāi)關(guān)器件。GTO的容量及使用壽命均超過(guò)巨型晶體管（GTR），只是工作頻紡比GTR低。目前，GTO已達(dá)到3000A、4500V的容量。大功率可關(guān)斷晶閘管已廣泛用于斬波調(diào)速、變頻調(diào)速、逆變電源等領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力。

可關(guān)斷晶閘管也屬于PNPN四層三端器件，其結(jié)構(gòu)及等效電路和普通晶閘管相同，因此圖1僅繪出GTO典型產(chǎn)品的外形及符號(hào)。大功率GTO大都制成模塊形式。

盡管GTO與SCR的觸發(fā)導(dǎo)通原理相同，但二者的關(guān)斷原理及關(guān)斷方式截然不同。這是由于普通晶閘管在導(dǎo)通之后即外于深度飽和狀態(tài)，而GTO在導(dǎo)通后只能達(dá)到臨界飽和，所以GTO門極上加負(fù)向觸發(fā)信號(hào)即可關(guān)斷。GTO的一個(gè)重要參數(shù)就是關(guān)斷增益，βoff，它等于陽(yáng)極最大可關(guān)斷電流IATM與門極最大負(fù)向電流IGM之比，有公式

βoff =IATM/IGM

βoff一般為幾倍至幾十倍。βoff值愈大，說(shuō)明門極電流對(duì)陽(yáng)極電流的控制能力愈強(qiáng)。很顯然，βoff與昌盛 的hFE參數(shù)頗有相似之處。

下面分別介紹利用萬(wàn)用表判定GTO電極、檢查GTO的觸發(fā)能力和關(guān)斷能力、估測(cè)關(guān)斷增益βoff的方法。

1．判定GTO的電極

將萬(wàn)用表?yè)苤罵×1檔，測(cè)量任意兩腳間的電阻，僅當(dāng)黑表筆接G極，紅表筆接K極時(shí)，電阻呈低阻值，對(duì)其它情況電阻值均為無(wú)窮大。由此可迅速判定G、K極，剩下的就是A極。

2．檢查觸發(fā)能力

如圖2(a)所示，首先將表Ⅰ的黑表筆接A極，紅表筆接K極，電阻為無(wú)窮大；然后用黑表筆尖也同時(shí)接觸G極，加上正向觸發(fā)信號(hào)，表針向右偏轉(zhuǎn)到低阻值即表明GTO已經(jīng)導(dǎo)通；最后脫開(kāi)G極，只要GTO維持通態(tài)，就說(shuō)明被測(cè)管具有觸發(fā)能力。

3．檢查關(guān)斷能力

現(xiàn)采用雙表法檢查GTO的關(guān)斷能力，如圖2(b)所示，表Ⅰ的檔位及接法保持不變。將表Ⅱ撥于R×10檔，紅表筆接G極，黑表筆接K極，施以負(fù)向觸發(fā)信號(hào)，如果表Ⅰ的指針向左擺到無(wú)窮大位置，證明GTO具有關(guān)斷能力。

4．估測(cè)關(guān)斷增益βoff

進(jìn)行到第3步時(shí)，先不接入表Ⅱ，記下在GTO導(dǎo)通時(shí)表Ⅰ的正向偏轉(zhuǎn)格數(shù)n1；再接上表Ⅱ強(qiáng)迫GTO關(guān)斷，記下表Ⅱ的正向偏轉(zhuǎn)格數(shù)n2。最后根據(jù)讀取電流法按下式估算關(guān)斷增益：

βoff=IATM/IGM≈IAT/IG＝K1n1/ K2n2

式中K1—表Ⅰ在R×1檔的電流比例系數(shù)；

K2—表Ⅱ在R×10檔的電流比例系數(shù)。

βoff≈10×n1/ n2

此式的優(yōu)點(diǎn)是，不需要具體計(jì)算IAT、IG之值，只要讀出二者所對(duì)應(yīng)的表針正向偏轉(zhuǎn)格數(shù)，即可迅速估測(cè)關(guān)斷增益值。

注意事項(xiàng)：

（1）在檢查大功率GTO器件時(shí)，建議在R×1檔外邊串聯(lián)一節(jié)1.5V電池E′，以提高測(cè)試電壓和測(cè)試電流，使GTO可靠地導(dǎo)通。

（2）要準(zhǔn)確測(cè)量GTO的關(guān)斷增益βoff，必須有專用測(cè)試設(shè)備。但在業(yè)余條件下可用上述方法進(jìn)行估測(cè)。由于測(cè)試條件不同，測(cè)量結(jié)果僅供參考，或作為相對(duì)比較的依據(jù)。