什么是门关晶闸管及其工作原理

一种固态半导体器件就像晶闸管不是一个完全受控的开关。这个操作可以这样做,它可以通过栅极终端开关ON,但是不能使用栅极终端开关OFF。当晶闸管开关打开时,即使我们分离栅极脉冲,它也不会关闭。所以没有控制去关闭晶闸管开关。一旦主电流中断,开关就会断开。因此,在主电源不应中断的应用中很难使用它。如DC-AC和DC-DC的转换电路。为了使晶闸管失效,必须使用昂贵且体积庞大的通信电路。188金宝搏登录网址为了解决这一问题,采用了GTO(门关断晶闸管)器件。它是一种类似于普通可控硅的电流控制装置。本文讨论了一个概述门关晶闸管

什么是门控关闭可控硅?

GTO这个术语代表“门关晶闸管”。它是一种双极半导体开关器件,像传统的晶闸管一样,包括阳极、阴极和门三端。具有闸管关闭的能力。这个装置是用来打开和关闭主电流供应通过一个门驱动电路。下面讨论门关断晶闸管的基本原理。


门关可控硅
门关可控硅

门关断可控硅符号如下所示。为了激活GTO进入导通模式,需要一个小的正栅极电流以及通过栅极终端上的一个负脉冲;它可以被关闭。在下面的图中,它包括双箭头,它区分了晶闸管与普通晶闸管。这些箭头主要表示通过栅极终端的双向电流的流动。

矩形脉冲断开符号
矩形脉冲断开符号

为了使GTO失效,它使用高栅极电流。另外,在导通状态下,因此晶闸管的工作方式就像一个普通的晶闸管,包括一个小的ON状态电压降。该闸极关断晶闸管的开关速度比普通晶闸管快,而且具有较高的额定电流和电压功率晶体管

目前市场上有不同类型的gto,包括对称和非对称电压的能力。对称GTO是一种具有相同正向阻塞和反向阻塞能力的GTO,适用于电流源逆变器,然而,这些是相当缓慢的。非对称GTOs (A-GTOs)由于其较低的通态电压降和恒温特性而广泛适用。

施工门关闭可控硅

闸极关断晶闸管的结构与普通晶闸管相似,因为它包括3个结和4- PNPN层。GTO是一种类似阳极、阴极和栅极的三端PNPN器件。在这种晶闸管中,阳极端由p+层通过n+型指扩散组成。


该晶闸管的N+层被高度掺杂以获得高发射效率,并提供了一个阴极端。因此,J3等结的击穿电压较低,典型的击穿电压值为20 ~ 40V。p层的掺杂水平必须很低才能保持良好的发射效率。同样,要有良好的开关OFF性能,掺杂区域必须是高的。

门关晶闸管结构
门关晶闸管结构

阳极结可以定义为P+阳极和N基之间的结称为阳极结。通过重掺杂的P+阳极区可以获得高效的阳极结,从而获得良好的ON开关特性。但是,关闭功能会受到这种gto的影响。

因此,这个问题可以通过在P+阳极层内以正常间隔重掺杂N+层来解决。所以在接点J1,这个N+层将通过N层直接接触。因此,电子可以从基极区域移动到从P+阳极接触的阳极金属,而不会引起空穴注入,所以这被称为阳极短路的GTO结构。

由于这些阳极短路,GTO的反向阻塞容量可以减小到J3结的反向击穿电压,因此可以增加关断装置。但是,使用多个阳极短路会降低阳极结的效率,从而降低GTO的开关ON性能。因此,必须仔细考虑阳极短路密度,以获得良好的开关ON/OFF性能。

操作原理

GTO的工作原理与传统的晶闸管相同。一旦施加正栅极电流使阳极端对阴极端为正,那么电子就可以从阴极端生成到阳极。因此,这就在基极区域的阳极末端的帮助下诱导空穴注入。这些电子以及空穴不断注入,直到闸极关断晶闸管进入导通区。

在晶闸管中,首先,通过开关ON与栅极端相连的阴极区域开始导电。因此,剩下的区域通过等离子体扩散进入传导。
与晶闸管不同的是,门关晶闸管包括窄阴极元件,它们通过栅极末端大量交错,因此早期开启的ON区域非常大,等离子体扩散很小。因此,闸极关断晶闸管很快进入导通区。

在栅极端,反向偏压可以通过使栅极端为负而不是阴极来关闭导通晶闸管。在p层中,可以使用栅极端子提取部分空穴,以抑制从阴极端子注入的电子。

为了解决这个问题,额外的空穴电流可以被栅极端移除,这将导致阴极端对电子的更多控制。最后通过p基结,电压降会导致栅极阴极结的反向偏置,因此晶闸管将失效。

在整个空穴提取过程中,p-base区域被缓慢耗尽,从而使导通区域被压缩。随着这一程序继续,然后阳极电流供应在偏远地区形成高电流密度的细丝。因此,如果这些灯丝没有迅速熄灭,就会造成有限的热点,从而损坏设备。

在高负栅电压应用期间,这些灯丝被迅速熄灭。由于在N基区储存电荷,尽管阴极电流停止,阳极终端到栅极电流仍持续流动。这就是所谓的尾电流当剩余载流子通过重组过程减少时它会以指数形式分解。当尾电流电平降低到泄漏电流电平时,器件保持转发阻塞特性。

vi特点

闸极关断晶闸管V-I特性与CT或常规晶闸管有关。GTO的闭锁电流不仅仅是电流互感器。对于GTO,闭锁电流为2A,而对于CT,闭锁电流范围为100 mA - 200 mA。GTO的V-I特性如下所示。

上述特性主要包括正向阻断、正向传导、反向阻断和反向传导四种区域或模式。

身上的GTO
身上的GTO

在类似转发阻塞的第一模式中,电压应用于晶闸管,而不应用+ve门信号。因此,它不以这种模式传导。但是,有一点泄漏电流,这是非常高的相对于晶闸管的泄漏电流。实际上,在这种模式下,闸极关闭晶闸管就像晶体管高电压低增益意味着阳极电流低。在这种模式下,当栅极端偏向负极时,GTO简单地阻塞额定正向电压。

当具有适当幅度的正栅极信号与GTO具有适当的幅度时,然后移动到转发传导的模式中。类似地,每当反向电压到该晶闸管时,它会阻挡直到极限的反向电压,但一旦逆电压达到临界值,称为反向断开过电压,则GTO开始沿反向导通。

如果栅极是负偏置的,这种操作方式不会破坏器件,而且这种操作的时间很小。在反向偏置条件下,阻塞容量主要取决于GTO类型。对称型包括高反向阻塞能力,而非对称型包括20- 30v范围内的小反向阻塞能力。

优势

闸极关断型可控硅的优点包括以下。

  • GTO具有出色的开关特性
  • GTO电路的结构比晶闸管电路单元的重量和尺寸小。
  • 不需要换相电路,因此可以降低成本、重量和体积。
  • 与可控硅相比,GTO的开关速度较高。
  • 更少的维护
  • 当前浪涌容量类似于可控硅。
  • GTO的阻塞电压容量高
  • di/dt评级更处于开启状态
  • 效率是高的

缺点

闸极关断可控硅的缺点包括以下。

  • 相关的损耗,以及通态电压降更大
  • 由于GTO的结构是多层的,因此与传统的晶闸管相比,闸极触发电流值较高。
  • 门驱动电路损耗大
  • 闸极关断晶闸管的ON态电压降较大。
  • 与可控硅相比,锁存和保持电流的幅度较高
  • 锁存电流值为2A,而对于可控硅,它的范围从100 mA到500 mA。
  • 与可控硅相比,GTO的触发电流高

应用程序

与另一种晶闸管相比,GTO有许多优点,如卓越的开关特性、较少的维护和不需要换流电路等。闸极关断晶闸管的应用有以下几个方面。

  • 无论是在斩波器还是逆变器中,它都是主要的控制装置。
  • 交流驱动器
  • 直流驱动器
  • 直流断路器
  • 直流直升机否则直流驱动器
  • 感应加热
  • 用于牵引应用,因为重量轻
  • 低功率应用程序
  • AC稳定电力供应
  • 它用于逆变器,SVCs(静态无功补偿器)
  • 用于轧机、机床和机器人等驱动系统。

因此,这就是一切门控关断可控硅概述(GTO)喜欢建设,工作,优点,缺点,及其应用。该器件属于晶闸管家族,也属于功率半导体器件组。该装置可以通过门或控制终端来控制开关状态。这里有个问题,市场上有哪些不同类型的晶闸管?

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