什么是门极关断(GTO)晶闸管
什么是门极关断(GTO)晶闸管
可关断晶闸管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦称栅控晶闸管。其主要特点为，当栅极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。普通晶闸管（SCR）靠栅极正信号触发之后，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），只是工作频率比GTR低。目前，GTO已达到4500A、6000V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处于深度饱和状态，而GTO在导通后只能达到临界饱和，所以GTO栅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与栅极最大负向电流IGM之比，有公式
βoff =IATM/IGM
βoff一般为几倍至几十倍。βoff值愈大，说明栅极电流对阳极电流的控制能力愈强。很显然，βoff与晶体管的hFE参数颇有相似之处。
下图为GTO产品外形图。
大功率晶闸管（SCR）在过去相当一段时间内，几乎是能够承受高电压和大电流的唯一半导体器件。因此，针对SCR的缺点，人们很自然地把努力方向引向了如何使晶闸管具有关断能力这一点上，并因此而开发出了栅极可关断晶闸管GTO。
用GTO晶闸管作为逆变器件取得了较为满意的结果，但其关断控制较易失败，仍较复杂，工作频率也不够高。而几乎是与此同时，电力晶体管（GTR）迅速发展起来，使GTO晶闸管相形见绰。因此，在大量的中小容量变频器中，GTO晶闸管已基本不用。但因其工作电流大，故在大容量变频器中仍居主要地位。
根据电力电子器件的发展现状及趋势，预计在今后几年，电力电子器件将在以下方面取得进展：
1.已进入实用化的全控型器件将在功率等级、易于驱动和更高工作频率这三个方面继续改善和提高。
2.由于MCT、IGBT、IGCT等器件的大容量化及实用化，在更多的领域，IGBT和IGCT将取代GTO。
3.IGCT等新型混合器件将逐步得以推广应用。
4.功率集成电路将会有更进一步的发展。这将预示着电力电子技术将跃入一个新的时代。
5.新型半导体材料SiC的问世，将预示着在不远的将来会诞生一种集高耐压、大电流、高开关速度、无吸收电路、简单的栅极驱动、低损耗等所有优点于一身的新型SiC电力器件。
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