什么是門極關斷(GTO)晶閘管

可關斷晶閘管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦稱柵控晶閘管。其主要特點為，當柵極加負向觸發信號時晶閘管能自行關斷。普通晶閘管（SCR）靠柵極正信號觸發之后，撤掉信號亦能維持通態。欲使之關斷，必須切斷電源，使正向電流低于維持電流IH，或施以反向電壓強近關斷。這就需要增加換向電路，不僅使設備的體積重量增大，而且會降低效率，產生波形失真和噪聲。可關斷晶閘管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶閘管耐壓高、電流大等優點，以具有自關斷能力，使用方便，是理想的高壓、大電流開關器件。GTO的容量及使用壽命均超過巨型晶體管（GTR），只是工作頻率比GTR低。目前，GTO已達到4500A、6000V的容量。大功率可關斷晶閘管已廣泛用于斬波調速、變頻調速、逆變電源等領域，顯示出強大的生命力。

可關斷晶閘管也屬于PNPN四層三端器件，其結構及等效電路和普通晶閘管相同，因此圖1僅繪出GTO典型產品的外形及符號。大功率GTO大都制成模塊形式。

盡管GTO與SCR的觸發導通原理相同，但二者的關斷原理及關斷方式截然不同。這是由于普通晶閘管在導通之后即處于深度飽和狀態，而GTO在導通后只能達到臨界飽和，所以GTO柵極上加負向觸發信號即可關斷。GTO的一個重要參數就是關斷增益，βoff，它等于陽極最大可關斷電流IATM與柵極最大負向電流IGM之比，有公式

βoff =IATM/IGM

βoff一般為幾倍至幾十倍。βoff值愈大，說明柵極電流對陽極電流的控制能力愈強。很顯然，βoff與晶體管的hFE參數頗有相似之處。

下圖為GTO產品外形圖。

?

大功率晶閘管（SCR）在過去相當一段時間內，幾乎是能夠承受高電壓和大電流的唯一半導體器件。因此，針對SCR的缺點，人們很自然地把努力方向引向了如何使晶閘管具有關斷能力這一點上，并因此而開發出了柵極可關斷晶閘管GTO。

用GTO晶閘管作為逆變器件取得了較為滿意的結果，但其關斷控制較易失敗，仍較復雜，工作頻率也不夠高。而幾乎是與此同時，電力晶體管（GTR）迅速發展起來，使GTO晶閘管相形見綽。因此，在大量的中小容量變頻器中，GTO晶閘管已基本不用。但因其工作電流大，故在大容量變頻器中仍居主要地位。

根據電力電子器件的發展現狀及趨勢，預計在今后幾年，電力電子器件將在以下方面取得進展：

1.已進入實用化的全控型器件將在功率等級、易于驅動和更高工作頻率這三個方面繼續改善和提高。

2.由于MCT、IGBT、IGCT等器件的大容量化及實用化，在更多的領域，IGBT和IGCT將取代GTO。

3.IGCT等新型混合器件將逐步得以推廣應用。

4.功率集成電路將會有更進一步的發展。這將預示著電力電子技術將躍入一個新的時代。

5.新型半導體材料SiC的問世，將預示著在不遠的將來會誕生一種集高耐壓、大電流、高開關速度、無吸收電路、簡單的柵極驅動、低損耗等所有優點于一身的新型SiC電力器件。