GTO的门极控制电路

接线图 2023年07月21日 22:53 242 admin

GTO的关断过程

GTO的门控电路由开通电路、关断电路和偏置电路三者组成，由于GTO与SCR的相似性，除导通时因饱和不深需要正偏置外，GTO与SCR的触发电路没有原则区别。GTO门控电路的特点与难点在于关断电路，为此必须说明GTO的关断原理及其相关波形，从而提出设计关断电路的技术要求。

对大功率电力电子器件正向特性的要求是通态电流大、通态电压低，因此在通态下就必须使元件具有足够多的载流子存储量，这就给元件的关断带来了特殊困难。因此对GTO门控电路的基本要求就是要有足够大的关断电流，以便从门极排出足够大的门极关断电荷，同时其关断功率又不能超过门极的允许值。

图1是GTO导通与关断过程波形，图中i_A和v_A为GTO的阳极电流和电压；i_G为正向门极触发电流；i_CQ为反向门极关断电流；v_CQ为门极关断电压。关断过程从t_off的起点开始。

GTO的门极控制电路第1张

图1

由于较大的可关断峰值电流需要有较大的门控电流，所以只要门极功耗允许，较大的门极关断电流有利于缩小t_off，这样既可减少关断时的管耗，又可提高GTO的开关频率。

关断GTO不仅要从门极抽出足够大的关断电荷，而且要有足够的关断电流上升率，以加快关断过程，减少元件损耗。

用SCR关断GTO的门控电路

GTO的门控电路种类很多，有几种不同的分类方法，例如用门控电路电源的数量及形式来区分，也可以用门控电路输入或输出信号的耦合方式来区分等。按门控电路最后一个环节――输出级所采用的功率元件的性质来区分，这样更能反映门控电路的结构特点。

图2是用SCR关断GTO的一种门控电路原理图。输入信号为正脉冲（on）时，光电管T₁导通，T₂截止，T₃和T₄导通，从E₁电源经R₇、T₄及C₃使GTO触发。C₁～C₃为加速电容。当GTO的关断信号为零脉冲（off）时，T₃、T₄截止，而关断电路中的T₅导通、T₆截止，因此SCR经R₁₃和R₁₄获得触发信号并导通，关断电路的电源E₂经SCR、R₇、R₈、R₁₅形成门极负电流，使GTO关断。

GTO的门极控制电路第2张

图2

利用SCR关断GTO，可以取得较大的负电流，有利于大功率GTO的关断，但频率受限制，电路也较复杂，目前已为功率MOSFET及IGBT所取代。

用MOSFET关断GTO的门控电路

图3是用功率MOSFET关断GTO的一种门控电路的原理图，此门控电路的功率小、工作频率高、电路结构也简单。触发环节由电容C₁、功率MOSFET管T₁、复合管T₃等构成。20kHz的脉冲电源经过整流后，使触发电容C₁储能。在触发信号on加到T₁基极上时，T₁导通，GTO被触发导通。同时已充电的C₂经R₃、T₁为GTO提供稳定导通的正偏置。门极关断电路由功率MOSFET管T₂及C₃、R₅等构成。当T₂基极有关断信号off正脉冲信号时，T₂导通，C₃为GTO提供负的脉冲电流，使GTO关断。C₃的充电电压为15V，C₃的电容量较大，有2000uF，可以关断300A/1200V的GTO。此外GTO已有模块化的模块电路产品，应用方便可靠，但价格较高。