可關斷晶閘管

可關斷晶閘管(GTO)又稱門極可關斷晶閘管或門控晶閘管，是晶閘管的一種派生器件。它的主要特點是門極加正脈衝信號觸發管子導通，門極加負脈衝信號觸發管子關斷，因而屬於全控型器件。

可關斷晶閘管既保留了普通單向晶閘管耐壓高、電流大的特性，又具備了自關斷能力，且關斷時間短，不需要複雜的換向電路，工作頻率高，使用方便，但對關斷脈衝信號的脈衝功率和門極負向電流的上升率要求較高。可關斷晶閘管是理想的高壓、大電流開關器件，廣泛用於斬波調速、變頻調速、逆變電源等領域。 ^[2] 

可關斷晶閘管的結構和普通單向晶閘管一樣，也是由PNPN四層半導體構成，外部也有三個電極，即門極G、陽極A和陰極K。普通單向晶閘管只構成一個單元器件，而可關斷晶閘管則構成一種多元的功率集成器件，它的內部包含數十個甚至數百個共陽極的小GTO單元。為了實現門極控制關斷，而將這些小GTO單元的陰極和門極特別設計成在器件內部並聯。

可關斷晶閘管在電路中常用字母GTO表示，小功率可關斷晶閘管的外形及電路符號見圖1，大功率可關斷晶閘管多采用圓盤狀或模塊型式。國產可關斷晶閘管常用型號有先鋒( XUNFO)、光寶( LITEON)、柳晶(LIUJING) GT050A～1000A等系列。進口可關斷晶閘管常用型號有日本富士通公司(FUJITSU)EF3003AM系列，日本東芝公司(TOSHIBA) SG600EX、SG800EX、SG1000EX系列，瑞士阿西布朗勃法瑞公司(ABB)SSGA、5SGF、5SGR系列，日本三菱公司(MITSUBISHI)FG1000BV、FG3000DV、FG2000FX、FG3000GX系列，日本日立公司(HIT) GFP2000G40、GFP4000G40系列等。 ^[2] 

普通單向晶閘管靠控制極信號觸發之後，撤掉信號也能維持導通。欲使其關斷，必須切斷電源或施以反向電壓強行關斷。這就需要增加換向電路，不僅使設備的體積、質量增大，而且會降低效率，產生波形失真和噪聲，可關斷晶閘管克服了上述缺陷。

當可關斷晶閘管陽極和陰極間加正向電壓且低於正向轉折電壓時，若門極無正向電壓，則管子不會導通；若門極加正向電壓，則管子被觸發導通，導通後的管壓降比較大，一般為2～3V。

由於可關斷晶閘管關斷時，可在陽極電流下降的同時升高施加的電壓（不像普通單向晶閘管關斷時在陽極電流等於零後才能施加電壓），因此，可關斷晶閘管關斷期間功耗較大。另外，因為可關斷晶閘管導通壓降較大(2～3V)，門極觸發電流較大（20mA左右），所以可關斷晶閘管的導通功耗與門極功耗均較普通單向晶閘管大。 ^[2] 

GTO的基本參數與普通晶閘管大多相同，不同的主要參數敍述如下。

(1)最大可關斷陽極電流I_ATO。GTO的陽極電流允許值受兩方面因素的限制：一是額定工作結温，其決定了GTO的平均電流額定值；二是關斷失敗。所以GTO必須規定一個最大可關斷陽極電流I_ATO作為其容量，I_ATO即管子的銘牌電流。

在實際應用中，可關斷陽極電流I_ATO受以下因素的影響：門極關斷負電流波形、陽極電壓上升率、工作頻率及電路參數的變化等，在應用中應予特別注意。

(2)關斷增益β_off。關斷增益β_off為最大可關斷電流I_ATO與門極負電流最大值I_GM之比，即

β_off表示GTO的關斷能力。當門極負電流上升率一定時，β_off隨可關斷陽極電流的增加而增加；當可關斷陽極電流一定時，β_off隨門極負電流上升率的增加而減小。

採用適當的門極電路，很容易獲得上升率較快、幅值足夠的門極負電流。因此，在實際應用中不必追求過高的關斷增益。

(3)陽極尖峯電壓U_P。陽極尖峯電壓U_P是在GTO關斷過程中的下降時間t_f尾部出現的極值電壓。U_P的大小是GTO緩衝電路中的雜散電感與陽極電流在t_f內變化率的乘積。因此，當GTO的陽極電流增加時，尖峯電壓幾乎線性增加，當U_P增加到一定值時，GTO因P_off過大而損壞。由於U_P限制可關斷峯值電流的增加，故GTO的生產廠’家一般把U_P值作為參數提供給用户。

為減小U_P，必須儘量縮短緩衝電路的引線，減小雜散電感，並採用快恢復二極管及無感電容。 ^[1] 

1．可關斷晶閘管電極判別

判別電極時，將萬用表置R×1Ω擋，檢測任意兩腳間電阻值。黑表筆接G極、紅表筆接K極時為低電阻值，其他情況下電阻值均為無窮大，由此可判定G極、K極，餘下為A極。

2．可關斷晶閘管觸發導通能力判別

(1)觸發導通能力的檢測方法。判斷可關斷晶閘管觸發導通能力時，將萬用表置R×1Ω擋，黑表筆接A極，紅表筆接K極，測得電阻值為無窮大。同時用黑表筆接觸G極（加上正向觸發信號），錶針向右偏轉到低電阻值，説明晶閘管已導通。黑表筆筆尖離開G極，晶閘管仍維持導通，説明被測管具有觸發導通能力。

(2)檢測注意事項。檢測大功率可關斷晶閘管時，可在R×1Ω擋外面串聯一節1.5V電池（與表內電池極性順向串聯），以提高測試電壓，使可關斷晶閘管觸發導通。

3．可關斷晶閘管關斷能力判別

儘管可關斷晶閘管與普通單向晶閘管的觸發導通原理相同，但二者的關斷原理及關斷方式截然不同。這是由於普通單向晶閘管在導通之後即處於深度飽和狀態，而可關斷晶閘管在導通後只能達到臨界飽和狀態。所以，在可關斷晶閘管的門極上加負向觸發信號後，通態電流開始下降，使管子不能維持內部電流的正反饋。此過程經過一定時間後，可關斷晶閘管即可關斷。

將萬用表1置R×1Ω擋，紅表筆接K極，黑表筆接A極。使晶閘管導通並維持，此時表1指針向右偏轉為低電阻值。然後將萬用表2置R×10Ω擋，黑表筆接K極，紅表筆接G極（加負向觸發信號），若此時表1指針向左擺到無窮大，説明管子具有關斷能力。 ^[2]