门极可断晶闸管(gate turn-off thyristor，GTO)是一种具有自断材干的晶闸管。处于断态时，要是有阳极正向电压，在其门极加上正向触发脉冲电流后，GTO可由断态转入通态，已处于通态时，门极加上足够大的反向脉冲电流，GTO由通态转入断态。由于不需用外部电路免强阳极电流为0而使之关断，仅由门极加脉冲电流去关断它；是以在直流电源供电的DC—DC，DC—AC变换电路中愚弄时不消成立免强关断电路。这就简化了电力变换主电路，晋升了使命的可靠性，减少了关断损耗，与SCR比拟还不错晋升电力电子变换的最高使命频率。因此聚色网电影，GTO是一种比较理思的大功率开关器件。

一、结构与使命旨趣

1、 结构

GTO是一种PNPN4层结构的半导体器件，其结构、等效电路及图形记号示于图1中。图1中A、G和K诀别暗意GTO的阳极、门极和阴极。α1为P1N1P2晶体管的共基极电放逐大整个，α2为N2P2N1晶体管的共基极电放逐大整个，图1中的箭头暗意各自的多数载流子畅通标的。频繁α1比α2小，即P1N1P2晶体管不智谋，而N2P2N1晶体管智谋。GTO导通时器件总的放大整个α1+α2稍大于1，器件处于临界饱和景况，为用门极负信号去关断阳极电流提供了可能性。

　　每每晶闸管SCR亦然PNPN4层结构，外部引出阳极、门极和阴极，组成一个单位器件。GTO称为GTO元，它们的门极和阴极诀别并联在一谈。与SCR不同，GTO是一种多元的功率集成器件，这是为便于达成门极按捺关断所选拔的非常想象。

　　GTO的灵通和关断经过与每一个GTO元密切相干，但GTO元的特质又不等同于通盘GTO器件的特质，多元集成使GTO的开关经过产生了一系列新的问题。

2、 聚色网电影 灵通旨趣

　　由图1（b）所示的等效电路不错看出，当阳极加正向电压，门极同期加正触发信号时，GTO导通，其具体经过如图2所示。

　　彰着这是一个正反应经过。当流入的门极电流IG足以使晶体管N2P2N1的放射极电流加多，进而使晶体管P1N1P2的放射极电流也加多时，α1和α2加多。当α1+α2>1之后，两个晶体管均饱和导通，GTO则完成了导通经过。可见，GTO灵通的必要要求是

　　α1+α2>1，        （1）

　　此时注初学极的电流

　　IG=[1-（α1+α2）IA]/ α2           （2）

　　式中，IA——GTO的阳极电流；

　　      IG——GTO的门极电流。

　　由式（2）可知，当GTO门极注入正的电流IG但尚不餍足灵通要求时，虽有正反应作用，但器件仍不会饱和导通。这是因为门极电流不够大，不餍足α1+α2>1的要求，这时阳极电流只流过一个不大而况是细见识电流值。当门极电流IG罢休后，该阳极电流也就消散。与α1+α2=1景况所对应的阳极电流为临界导通电流，界说为GTO的擎住电流。当GTO在门极正触发信号的作用下灵通时，惟有阳极电流大于擎住电流后，GTO材干看守大面积导通。{{分页}}

　　由此可见，只须能引起α1和α2变化，并使之餍足α1+α2>1要求的任何身分，都不错导致PNPN4层器件的导通。是以，除了注初学极电流使GTO导通外，在一定要求下过高的阳极电压和阳极电压飞腾率du/dt，过高的结温及火花发光映照等均可能使GTO触发导通。扫数这些非门极触发都是不但愿的非正常触发，应选拔符合要领加以属目。

　　本体上，因为GTO是多元集成结构，数百个以上的GTO元制作在团结硅片上，而GTO元的特质总会存在互异，使得GTO元的电流散布不均，通态压降不一，以致会在灵通经过中形成个别GTO元的损坏，以致引起通盘GTO的损坏。为此，要求在制造时尽可能使硅片微不雅结构均匀，严格按捺工艺装备和工艺经过，以求最大限定地达到扫数GTO元的特质的一致性。另外，要晋升正向门极触发电流脉冲飞腾沿陡度，以求达到裁减GTO元阳极电流滞后时分，加快GTO元阴极导电面积的推广，裁减GTO灵通时分的意象打算。

3、  关断旨趣

　　GTO灵通明可在符合外部要求下关断，其关断电路旨趣与关断时的阳极和门极电流如图3所示。关断GTO时，将开关S闭合，门极就施以负偏置电压UG。晶体管P1N1P2的集电极电流IC1被抽出形成门极负电流-IG，此时晶体管N2P2N1的基极电流减小，进而引起IC1的进一步着落，如斯轮回不已，最终导致GTO的阳极电流消散而关断。

　　GTO的关断经过分为三个阶段：存储时分（t s）阶段聚色网电影，着落时分(t f)阶段，尾部时分(t t )阶段。关断经过中相应的阳极电流iA、门极电流iG、管压降uAK和功耗Poff随时分的变化波形如图3(b)所示。

　　（1）  t s阶段。GTO导电时，扫数GTO元中两个等效晶体管均饱和，要用门极按捺GTO关断，最初必须使饱和的等效晶体管退出饱和，收复基区按捺材干。为此应摒除P2基区中的存储电荷，t s阶段便是依靠门极负脉冲电压抽出这部分存储电荷。在t s阶段扫数等效晶体管均未退出饱和，3个PN结都如故正向偏置；是以在门极抽出存储电荷的同期，GTO阳极电流iA仍保握原先矫健导电时的数值IA，管压降u AK也保握通态压降。

　　（2）  t f阶段。经过t s阶段后，P1N1P2等效晶体管退出饱和，N2P2N1晶体管也收复了按捺材干，当iG变化到其最大值-IGM时，阳极电流运行着落，于是α1和α2也约束减小，当α1+α2≤1时，干器件里面正反应作用罢手，称此点为临界关断点。GTO的关断要求为

　　α1+α2<1，   （3）

　　关断时需要抽出的最大门极负电流-IGM为

　　|-IGM|>[（α1+α）-1]IATO/α2，      （4）

　　式中，IATO——被关断的最大阳极电流；

 　　IGM——抽出的最大门极电流。

　　由式（4）得出的两个电流的比暗意GTO的关断材干，称为电流关断增益，用βoff暗意如下：βoff=IATO/|-IGM|。      （5）

　　βoff是一个热切的特征参数，其值一般为3~8。

　　在tf阶段，GTO元中两个等效晶体管从饱和退出到放大区；是以跟着阳极电流的着落，阳极电压徐徐飞腾，因而关断时功耗较大。在电感负载要求下，阳极电流与阳极电压有可能同期出现最大值，此时的瞬时关断损耗尤为超过。{{分页}}

　　（3）  t t阶段。从GTO阳极电流着落到矫健导通电流值的10%至阳极电流衰减到断态走电流值时所需的时分界说为尾部时分t t。

　　在t t阶段中，要是UAK飞腾du/dt较大时，可能有位移电流畅过P2N1结注入P2基区，引起两个等效晶体管的正反应经过，轻则出现IA的增大经过，重则形成GTO再次导通。跟着du/dt飞腾降速，阳极电流IA渐渐衰减。

　　要是能使门极驱动负脉冲电压幅值从容衰减，在t t阶段，门极依旧保握符合负电压，则t t时分不错裁减。

二、特质与参数

1、  静态特质

（1）阳极伏安特质

　　GTO的阳极伏安特质如图4所示。当外加电压进步正向转动电压UDRM时，GTO即正向灵通，这种风物称作念电压触发。此时不一定袭击器件的性能；可是若外加电压进步反向击穿电压U<， /SPAN>RRM之后，则发生雪崩击穿风物，极易损坏器件。

　　用90%UDRM值界说为正向额定电压，用90%URRM值界说为反向额定电压。

　　GTO的阳极耐压与结和缓门极景况有着密切关系，跟着结温升高，GTO的耐压贬低，如图5所示。当GTO结温高于125℃时，由于α1和α2大大加多，自动餍足了α1+α2>1的要求；是以不加触发信号GTO即可自行灵通。为了减小温度对阻断电压的影响，可在其门极与阴极之间并联一个电阻，即额外于增设了一短路放射极。

　　GTO的阳极耐压还与门极景况预计，门极电路中的任何毛刺电流都会使阳极耐压贬低，灵通明又会使GTO擎住电流和管压降增大。图（6）暗意门极景况对GTO阳极耐压的影响，图(6)中iG1和 iG2额外于毛刺电流，iG0<iG1<iG2。彰着，当门极出现iG1或iG2时，GTO正向转动电压大大贬低，因而器件的正向额定电压相应贬低。

（2） 通态压降特质

　　GTO的通态压降特质如图（7）所示。结温不同，GTO的通态压降UA跟着阳极通态电流IA的加多而加多，仅仅趋势不尽换取。图（7）中所示弧线为GFF200E型GTO的通态压降特质。一般但愿通态压降越小越好；管压降小，GTO的通态损耗小。{{分页}}

2、  动态特质

　　GTO的动态特质是指GTO从断态到通态、从通态到断态的变化经过中，电压、电流以及功率损耗随时分变化的规则。

（1） GTO的灵通特质

GTO的灵通特质如图(8)所示。当阳极施以正电压，门极注入一定电流时，阳极电流大于擎住电流之后，GTO皆备导通。灵通时分ton由蔓延时分表td和飞腾时分tr组成。ton的大小取决于元件特质、门极电流飞腾率diG/dt以及门极脉冲幅值的大小。

　　由图可知，在蔓延时天职功率损耗比较小，大部分的灵通损耗出咫尺飞腾时天职。当阳极电压一定时，每个脉冲GTO灵通损耗将跟着峰值阳极电流IA的加多而加多。

（2） GTO的关断特质

　　GTO的门极、阴极加符合负脉冲时，可关断导通着的GTO阳极电流。关断经过中阳极电流、电压及关断功率损耗随时分变化的弧线，以及关断经过中门极电流、电压及阳极电流、电压随时分变化的弧线如图(9)所示。

　　由图（9）不错看出，通盘关断经过可由3个不同的时分停止来暗意，即存储时分t s、着落时分t f和尾部时分t t。存储时分t s对应着从关断经过运行，到出现α1+α2=1景况为止的一段时分停止，在这段时天职从门极抽出大量富余载流子，GTO的导通区约束被压缩，但总的电流确凿不变。着落时分t f对应着阳极电流连忙着落，门极电流约束飞腾和门极反电压运行成立的经过，在这段时分里，GTO中心结运行退出饱和，不竭从门极抽出载流子。尾部时分t t则是指从阳极电流降到极小值运行，直到最终达到看守电流为止的电流时分。在这段时天职仍有残存的载流子被抽出，可是阳极电压已成立；因此很容易由于过高的重加du/dt，使GTO关断失效，这少量必须充分爱重。

GTO的关断损耗不才降时分t f阶段内额外聚积，其瞬时功耗与尖峰电压UP预计。过大的瞬时功耗会出现近似晶体管二次击穿的风物，形成GTO损坏。在本体愚弄中应尽量减小缓冲电路的杂散电感，取舍电感小的二极管及电容等元件，以便减小尖峰电压UP。

　　阳极电流急剧减小以后，呈现出一个从容衰减的尾部电流。由于此时阳极电压也曾升高，因此GTO关断时的大部分功率损耗出咫尺尾部时分。在换取的关断要求下，GTO型号不同，相应的尾部电流肇始值IT1和尾部电流的握续时分均不同。在存储时天职过大的门极反向电流飞腾率diRG/dt会使尾部时分加长。此外，过高的重加du/dt会使GTO因瞬时功耗过大而在尾部时天职损坏器件。因此必须很好地按捺重加du/dt，想象符合的缓冲电路。一般来说，GTO关断时总的功率损耗随阳极电流的增大而增大，随缓冲电容的加多而减小。

　　门极负电流、负电压波形是GTO私有的门极动态特质，如图(9)所示。门极负电流的最大值随阳极可关断电流的增大而增大。门极负电流增长的速率与门极所加负电压参数预计。要是在门极电路中有较大的电感，会使门极-阴极结干与雪崩景况。在雪崩时期，阴极产生反向电流。与阴极反向电流对应的时分为雪崩时分tBR，在这段时天职，阳极仍有尾部电流，门极不竭从阳极抽出电流。门极负电流中既有从阳极抽出的电流又有阴极反向电流。要是门极本体承受的反向电流不进步门极雪崩电压UGR，则不会出现阴极反向电流。本体愚弄中，多数情况下不使门极-阴极结产生雪崩风物，以属目因雪崩电流过大而损坏门极-阴极结。

　　除了以上尽头建议扣问的几个使命特质外，GTO的其他使命特质及参数都与每每晶闸管莫得些许隔离，这里不再赘述。