可关断晶闸管(GTO)

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可关断晶闸管(GTO)

可关断晶闸管GTO(Gate Turn-Off Thyristor)亦称门控晶闸管。其主要特点为,当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。

前已述及,普通晶闸管(SCR)靠门极正信号触发之后,撤掉信号亦能维持通态。欲使之关断,必须切断电源,使正向电流低于维持电流IH,或施以反向电压强近关断。这就需要增加换向电路,不仅使设备的体积重量增大,而且会降低效率,产生波形失真和噪声。可关断晶闸管克服了上述缺陷,它既保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点,以具有自关断能力,使用方便,是理想的高压、大电流开关器件。GTO的容量及使用寿命均超过巨型晶体管(GTR),只是工作频纺比GTR低。目前,GTO已达到3000A、4500V的容量。大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域,显示出强大的生命力。

可关断晶闸管也属于PNPN四层三端器件,其结构及等效电路和普通晶闸管相同,因此图1仅绘出GTO典型产品的外形及符号。大功率GTO大都制成模块形式。

尽管GTO与SCR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。这是由于普通晶闸管在导通之后即外于深度饱和状态,而GTO在导通后只能达到临界饱和,所以GTO门极上加负向触发信号即可关断。GTO的一个重要参数就是关断增益,βoff,它等于阳极最大可关断电流IATM与门极最大负向电流IGM之比,有公式

βoff =IATM/IGM

βoff一般为几倍至几十倍。βoff值愈大,说明门极电流对阳极电流的控制能力愈强。很显然,βoff与昌盛 的hFE参数颇有相似之处。

下面分别介绍利用万用表判定GTO电极、检查GTO的触发能力和关断能力、估测关断增益βoff的方法。

1.判定GTO的电极

将万用表拨至R×1档,测量任意两脚间的电阻,仅当黑表笔接G极,红表笔接K极时,电阻呈低阻值,对其它情况电阻值均为无穷大。由此可迅速判定G、K极,剩下的就是A极。

2.检查触发能力

如图2(a)所示,首先将表Ⅰ的黑表笔接A极,红表笔接K极,电阻为无穷大;然后用黑表笔尖也同时接触G极,加上正向触发信号,表针向右偏转到低阻值即表明GTO已经导通;最后脱开G极,只要GTO维持通态,就说明被测管具有触发能力。

3.检查关断能力

现采用双表法检查GTO的关断能力,如图2(b)所示,表Ⅰ的档位及接法保持不变。将表Ⅱ拨于R×10档,红表笔接G极,黑表笔接K极,施以负向触发信号,如果表Ⅰ的指针向左摆到无穷大位置,证明GTO具有关断能力。

4.估测关断增益βoff

进行到第3步时,先不接入表Ⅱ,记下在GTO导通时表Ⅰ的正向偏转格数n1;再接上表Ⅱ强迫GTO关断,记下表Ⅱ的正向偏转格数n2。最后根据读取电流法按下式估算关断增益:

βoff=IATM/IGM≈IAT/IG=K1n1/ K2n2

式中K1—表Ⅰ在R×1档的电流比例系数;

K2—表Ⅱ在R×10档的电流比例系数。

βoff≈10×n1/ n2

此式的优点是,不需要具体计算IAT、IG之值,只要读出二者所对应的表针正向偏转格数,即可迅速估测关断增益值。

注意事项:

(1)在检查大功率GTO器件时,建议在R×1档外边串联一节1.5V电池E′,以提高测试电压和测试电流,使GTO可靠地导通。

(2)要准确测量GTO的关断增益βoff,必须有专用测试设备。但在业余条件下可用上述方法进行估测。由于测试条件不同,测量结果仅供参考,或作为相对比较的依据。




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