gto关断时间为什么短

① GTO晶闸管的开通和关断原理

开通原理

由图1（b）所示的等效电路可以看出，当阳极加正向电压，门极同时加正触发信号时，GTO导通，其具体过程如图2所示。

显然这是一个正反馈过程。当流入的门极电流IG足以使晶体管N2P2N1的发射极电流增加，进而使晶体管P1N1P2的发射极电流也增加时，α1和α2增加。当α1+α2>1之后，两个晶体管均饱和导通，GTO则完成了导通过程。可见，GTO开通的必要条件是

α1+α2>1， （1）

此时注入门极的电流

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但尚不满足开通条件时，虽有正反馈作用，但器件仍不会饱和导通。这是因为门极电流不够大，不满足α1+α2>1的条件，这时阳极电流只流过一个不大而且是确定的电流值。当门极电流IG撤销后，该阳极电流也就消失。与α1+α2=1状态所对应的阳极电流为临界导通电流，定义为GTO的擎住电流。当GTO在门极正触发信号的作用下开通时，只有阳极电流大于擎住电流后，GTO才能维持大面积导通。{{分页}}

由此可见，只要能引起α1和α2变化，并使之满足α1+α2>1条件的任何因素，都可以导致PNPN4层器件的导通。所以，除了注入门极电流使GTO导通外，在一定条件下过高的阳极电压和阳极电压上升率/dt，过高的结温及火花发光照射等均可能使GTO触发导通。所有这些非门极触发都是不希望的非正常触发，应采取适当措施加以防止。

实际上，因为GTO是多元集成结构，数百个以上的GTO元制作在同一硅片上，而GTO元的特性总会存在差异，使得GTO元的电流分布不均，通态压降不一，甚至会在开通过程中造成个别GTO元的损坏，以致引起整个GTO的损坏。为此，要求在制造时尽可能使硅片微观结构均匀，严格控制工艺装备和工艺过程，以求最大限度地达到所有GTO元的特性的一致性。另外，要提高正向门极触发电流脉冲上升沿陡度，以求达到缩短GTO元阳极电流滞后时间，加速GTO元阴极导电面积的扩展，缩短GTO开通时间的目的。

3、 关断原理

GTO开通后可在适当外部条件下关断，其关断电路原理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的进一步下降，如此循环不已，最终导致GTO的阳极电流消失而关断。

GTO的关断过程分为三个阶段：存储时间（t s）阶段，下降时间(t f)阶段，尾部时间(t t )阶段。关断过程中相应的阳极电流iA、门极电流iG、管压降uAK和功耗Poff随时间的变化波形如图3(b)所示。

（1） t s阶段。GTO导电时，所有GTO元中两个等效晶体管均饱和，要用门极控制GTO关断，首先必须使饱和的等效晶体管退出饱和，恢复基区控制能力。为此应排除P2基区中的存储电荷，t s阶段即是依靠门极负脉冲电压抽出这部分存储电荷。在t s阶段所有等效晶体管均未退出饱和，3个PN结都还是正向偏置；所以在门极抽出存储电荷的同时，GTO阳极电流iA仍保持原先稳定导电时的数值IA，管压降u AK也保持通态压降。

（2） t f阶段。经过t s阶段后，P1N1P2等效晶体管退出饱和，N2P2N1晶体管也恢复了控制能力，当iG变化到其最大值-IGM时，阳极电流开始下降，于是α1和α2也不断减小，当α1+α2≤1时，器件内部正反馈作用停止，称此点为临界关断点。GTO的关断条件为

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表示GTO的关断能力，称为电流关断增益，用βoff表示如下：βoff=IATO/|-IGM|。 （5）

βoff是一个重要的特征参数，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；所以随着阳极电流的下降，阳极电压逐步上升，因而关断时功耗较大。在电感负载条件下，阳极电流与阳极电压有可能同时出现最大值，此时的瞬时关断损耗尤为突出。{{分页}}

（3） t t阶段。从GTO阳极电流下降到稳定导通电流值的10%至阳极电流衰减到断态漏电流值时所需的时间定义为尾部时间t t。

在t t阶段中，如果UAK上升/dt较大时，可能有位移电流通过P2N1结注入P2基区，引起两个等效晶体管的正反馈过程，轻则出现IA的增大过程，重则造成GTO再次导通。随着/dt上升减慢，阳极电流IA逐渐衰减。

如果能使门极驱动负脉冲电压幅值缓慢衰减，在t t阶段，门极依旧保持适当负电压，则t t时间可以缩短。

② GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么GTO能够自关断，而普通晶闸管不能

GTO能够自关断，而普通晶闸管不能的原因：

尽管GTO与普通单向晶闸管的触发导通原理相同，但二者的关断原理及关断方式截然不同。

这是由于普通单向晶闸管在导通之后即处于深度饱和状态，而GTO在导通后只能达到临界饱和状态。所以，在可关断晶闸管的门极上加负向触发信号后，通态电流开始下降，使管子不能维持内部电流的正反馈。此过程经过一定时间后，GTO即可关断。

(2)gto关断时间为什么短扩展阅读

1、GTO，门极关断晶闸管：是一种通过门极来控制器件导通和关断的电力半导体器件，既保留了普通单向晶闸管耐压高、电流大的特性，又具备了自关断能力，且关断时间短，不需要复杂的换向电路，工作频率高，使用方便，但对关断脉冲信号的脉冲功率和门极负向电流的上升率要求较高。

2、SCR，普通晶闸管：它有三个极：阳极，阴极和门极;晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，普通晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，普通晶闸管关断。

参考资料：普通晶闸管---网络GTO（可关断晶闸管）---网络

③ 什么是GTO晶闸管的关断损耗

GTO的门极、阴极加适当负脉冲时，可关断导通着的GTO阳极电流。

可关断晶闸管是一种通过门极来控制器件导通和关断的电力半导体器件。GTO既具有普通晶闸管的优点（耐压高、电流大、耐浪涌能力强、价格便宜），同时又具有GTR的优点（自关断能力、无须辅助关断电路、使用方便），是应用于高压、大容量场合中的一种大功率开关器件。广泛应用于电力机车的逆变器、电网动态无功补偿和大功率直流斩波调速等领域。

可关断晶闸管(GTO)又称门极可关断晶闸管或门控晶闸管，是晶闸管的一种派生器件。它的主要特点是门极加正脉冲信号触发管子导通，门极加负脉冲信号触发管子关断，因而属于全控型器件。

可关断晶闸管既保留了普通单向晶闸管耐压高、电流大的特性，又具备了自关断能力，且关断时间短，不需要复杂的换向电路，工作频率高，使用方便，但对关断脉冲信号的脉冲功率和门极负向电流的上升率要求较高。可关断晶闸管是理想的高压、大电流开关器件，广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域。