1.4 门极可关断晶闸管（GTO）

门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyrislor，GTO）是在普通晶闸管的基础上发展起来的全控开关器件，它的基本特性与晶闸管类似，但当在门极加上负向信号时，它可将处于导通状态的器件关断。GTO 的这种特性使得它在某些场合，如采用直流电源供电的变流电路，逐步取代晶闸管，成为大、中容量 10kHz 开关频率以下变流电路的主要开关器件。

GTO 是全控开关器件中电压、电流容量最大的一种。它的导通电阻小，但开关频率较低，一般为几百到几千赫兹。此外，GTO需要较大的驱动电流，它的门极电路较复杂，需要较大的驱动功率。

1.4.1 结构与工作原理

GTO是复合器件，其内部由多个小GTO并联构成，小GTO的结构同晶闸管一样。采用并联结构增大了器件的容量，加快了开关速度，但对各个小GTO的一致性要求较高。GTO的电路符号、内部结构及等效电路如图1.12所示。

图1.12 GTO的电路符号、内部结构及等效电路

GTO 的开通原理与普通晶闸管类似，当阳极施加正向电压，门极施加足够的驱动电流，GTO很快饱和导通。普通晶闸管不能由门极关断，GTO可以由门极关断。GTO门极施加反向电压时，晶体管V1的集电极电流Ic1被抽出一部分形成IG，这样，晶体管V2的基极电流将减小，使得集电极电流Ic2减小，从而使得Ic1进一步减小，当门极电流足够大，将晶体管V2的基极电流IG全部抽走，GTO将关断。

1.4.2 伏安特性

GTO的静态伏安特性如图1.13所示，在门极电流IG=0的情况下，GTO承受的正向阳极电压不能超过转折电压UBF，否则GTO将正向击穿，但这并不一定导致GTO的损坏；在GTO承受正向阳极电压时，若IG大于一定值，GTO则进入正向导通状态。GTO承受的反向电压不能超过反向转折电压UBR，否则GTO将反向击穿，并极易导致GTO的永久性损坏。

图1.13 GTO的静态伏安特性

GTO 正向导通后，其通态压降随电流的增加而上升，上升趋势比普通晶闸管明显，故在相同的工作条件下，GTO的导通功耗大于普通晶闸管。GTO的正向耐压能力与结温和门极状态有关。结温越高，耐压值越低。实验证明，当GTO的门极施加-5V电压时，器件正向耐压值最高。

1.4.3 基本参数

GTO 的许多参数与普通晶闸管类似，如正、反向阻断电压，浪涌电流，门极驱动电压，电流等。这里主要介绍GTO特有的参数。

1.最大阳极可关断电流IATO

IATO通常作为 GTO 的额定电流。它除受结温限制外，还与门极关断能力有关。若阳极电流过大，器件饱和程度较深，将对门极关断带来困难。在实际应用中，门极电路及电路运行状态对这一参数会有影响。

2.关断增益βoff

βoff定义为最大阳极可关断电流与门极最大负电流之比。GTO关断增益较低，一般为5左右，这使得驱动电路的功耗较大。

1.4.4 GTO的驱动

GTO的驱动电路是应用GTO的重要环节，它直接影响GTO的性能以及GTO的安全运行。GTO 开通时要求门极正向触发电流必须足够大，电流脉冲前沿尽可能陡，电流脉冲有足够的宽度，以提高GTO的开通速度，降低开通损耗，保证器件可靠导通。GTO关断时门极驱动电路需要提供反向电流。较大的反向电流脉冲上升率会减少GTO的关断时间，降低关断功耗，但同时也会降低关断增益。门极关断电压的持续时间应大于电压GTO的关断时间，以保证GTO可靠关断。在器件正向阻断期间，门极电路应提供负向偏压以提高器件反向耐压能力。

GTO 的驱动电路结构比普通晶闸管驱动电路要复杂得多，它有开通、关断和断态偏置三个信号，信号经隔离部分实现控制部分和主电路隔离后，经驱动放大加至GTO的门极。隔离部分可以采取光电隔离和脉冲变压器隔离两种方法。