可关断晶闸管（GTO）的应用

电路

   GTO（可关断晶闸管）具有高电压、大电流、自关断及快速性等特点，它主要用于高电压大功率的斩波器、逆变器及其他电路中。
   一、斩波电路
   直流斩波器是一种直流变换电路。它广泛应用在恒定直流电源中需要调节电压的设备上。其输入为直流电压，输出仍为直流电压，而且输出电压平均值可以高于输入电压，也可低于输入电压。
   GTO斩波器有如下优点：电路简单，工作频率高，输出功率较大等。
   图1为GTO直流降压斩波电路。其中Ed为直流电源，RL和LL为负载，GTO为斩波器的主开关。控制GTO的通断时间，负载即可得到可调节的直流电压。D3为续流二极管，当GTO关断时，通过D3释放负载电感LL中的储能，以减小GTO的再加电压。而C、R1、D1和L、R2、D2组成GTO的缓冲电路。

图1、GTO降压斩波器

图2、GTO升压斩波器

   图2为GTO直流升压斩波电路。其中GTO为主开关，L1为储能电感，D3认为隔离二极管，CL为滤波电容。当GTO导通时，L1中建立电流，因而储存一定的能量。当GTO关断后，由于L1中的电流不能突变，D3处于导通状态。于是储存在L1中的部分能量便传送到CL和负载上，旦输出电压Eo高于电源电压Ed。若滤波电容CL足够大，输出电压可视为恒定。C、R1、D1和L、R2、D2组成GTO的缓冲电路。
   二、逆变电路
   逆变器就是将直流电变换为交流电的装置。由于逆变器输出频率、输出电压及输出功率的范围很宽，并且容易调整，因此其应用非常广泛。如中频加热、交流调速、不停电电源以及直流-交流变换系统等。

图3、GTO单相逆变器

图3为GTO并联单相逆变器电路。其中ED为直流电源，电感L限制GTO导通时的di/dt，C1、R1、D3和C2、R2、D4分别组成极性缓冲器，限制GTO的dv/dt，并降低GTO的关断损耗。D1、D2为续流二极管，分别在GTO1或GTO2关断时，为变压器反电势提供续流通路。稳压二极管用于避免GTO两端电压过高，因有极性缓冲器，该元件也可省去。利用控制线路使GTO1、GTO2交替导通和关断，负载上便可得到交变电流。

图4、GTO三相逆变器

(a)主电路；(b)控制符号；(c)相电压；(d)线电压；(e)线电流

   图4为三相交流调速系统的脉宽调制（PWM）方式逆变器。图4（a）为逆变器主电路，由整流和逆变两部分组成。逆变部分用六只GTO组成三相桥式逆变器，负载为三相交流电动机。电机的调速可用调压和调频两种方法进行。图（b）为控制信号，采用三角形法。图（c）为逆变器输出的相电压。图（d）和（e）为交流电机的线电压和线电流波形。由图可以看出，线电流的基波基本上复现了控制信号中调制波的波形，非常接近正弦波。
   三、开关电路
   由于GTO具有导通和关断两种稳定工作状态，因此可用作信号和功率系统的静态开关。所谓静态开关是与，触头的电器开关相对比而言的。与普通晶闸管和功率晶体管相比，GTO有许多优点。GTO比普通晶闸管工作频率高，快速性能好，门极控制功率较小，驱动电路较简单。GTO比功率晶体管有较大的过载能力和较宽的安全工作范围。GTO特别适用于电压较高、电流较大的开关电路。静态开关可分直流开关和交流开关两类，广泛用于电机控制、电加热、电镀、电焊、照明、逆变等各个领域。

图5、直流双位功率开关

图5是由GTO构成的直流双位功率开关，它可完成从一个负载到另一个负载的直油:静态转换。假定GTO0导通，GTO2关断。则电源E通过负载RL1和R2对电容C2充电，电压极性如图所示。当按下AT2时，C2对GTO2的门极放电，GTO2导通。同时C2的放电电流反向通过GTO1的门极，使GTO1关断。此C1充电，电压极性如图。当AT1闭合时，C1对GTO1的门极故电，于是GTO1导通，GTO2关断。

图6、GTO交流断路器

图6为GTO交流断路器。GTO1和GTO2反向并联组成主开关，控制交流电源通断。电流检测元件CT用于检测负载电流。当负载电流达到IATO时，检测元件使门极控制电路产生关断信号，从而关断GTO1和GTO2，使断路器开路。来自海洋兴业仪器hyxyyq.com