什么是栅极关断晶闸管及其工作原理
像晶闸管这样的固态半导体器件并不是一个完全受控的开关。可以这样操作，可以通过栅极端子接通，但不能使用栅极端子断开。什么时候
像晶闸管这样的固态半导体器件并不是一个完全受控的开关。可以这样操作，可以通过栅极端子接通，但不能使用栅极端子断开。当晶闸管开关打开时，即使我们分离栅极脉冲，它也不会关闭。因此，无法控制去激活晶闸管开关。一旦主电流中断，开关将关闭。因此，在主电源不应中断的情况下，很难在应用中使用。就像DC-AC和DC-DC电路的转换一样。必须使用昂贵的通信电路以及庞大的通信电路来停用晶闸管。为了克服这个问题，使用了GTO（栅极关断晶闸管）装置。它是一种类似于普通晶闸管的电流控制装置。本文讨论了栅极关断晶闸管.
什么是栅极关断晶闸管？
术语GTO代表“栅极关断晶闸管”。它是一种双极型半导体开关器件，包括三个端子，即阳极、阴极和栅极，就像传统的晶闸管一样。它具有栅极关断的能力。该器件用于通过栅极驱动电路接通和断开主电流源。栅极关断晶闸管的基本原理如下所述。
这个栅极关断晶闸管符号如下所示。为了将GTO激活到导通模式，需要小的正栅极电流以及通过栅极端子上的负脉冲；并且它可以关闭。在下图中，它上有两个箭头，将晶闸管与普通晶闸管区分开来。这些箭头主要指定电流在整个栅极端子中的双向流动。
为了停用GTO，它使用高栅极电流。或者，在导通状态下，因此晶闸管像正常晶闸管一样工作，包括小的导通条件电压降。与普通晶闸管相比，这种栅极关断晶闸管的开关速度更快，而且与功率晶体管相比，它具有高的电流和电压额定值。
目前，市场上可以买到不同类型的GTO，包括对称和非对称电压的能力。对称GTO只不过是一种GTO，它具有相同的正向和反向阻塞能力，适用于电流源逆变器，然而，这些速度相当慢。不对称GTO（A-GTO）由于其较低的导通状态电压降以及恒定的温度特性而最适用。
施工闸门关断晶闸管
栅极关断晶闸管的结构类似于普通晶闸管，因为它包括3个结和4-PNPN层。GTO是一种三端PNPN器件，如阳极、阴极和栅极。在这种晶闸管中，阳极端子由p+层组成，p+层通过n+型指状物扩散在其中。
该晶闸管的N+层被高度掺杂以获得高发射极效率，并且它提供了阴极端子。因此，类似结的J3击穿电压较低，并且典型的击穿电压值在20到40V的范围内。P层掺杂水平必须较低，以保持优异的发射极效率。类似地，为了具有良好的开关关断特性，区域掺杂必须高。
阳极结可以定义为P+阳极和N基极之间的结，称为阳极结。高效阳极结可以通过重掺杂的P+阳极区域获得，从而可以实现良好的开关导通特性。但是，关断能力会受到这种GTO的影响。
因此，这个问题可以通过在P+阳极层内启动以正常间隔重掺杂的N+层来解决。因此，在结J1处，该N+层将通过N层进行直接接触。因此，电子可以从基极区域从P+阳极移动到阳极金属接触，而不会引起空穴注入，因此这被称为阳极短路的GTO结构。
由于这些阳极短路，GTO的反向阻断能力可以朝着J3结的反向击穿电压降低，因此可以增加关断器件。但是，使用几个阳极短路，阳极结的效率可能会降低，因此GTO的导通性能可能会降低。因此，为了获得良好的开关ON/OFF性能，必须仔细考虑阳极短路密度。
操作原理
GTO的工作原理与传统型晶闸管相同。一旦施加正栅极电流以使阳极端子对阴极端子为正，则可以产生从阴极端子到阳极的电子。因此，这在基极区域中的阳极端子的帮助下诱导空穴注入。这些电子和空穴连续注入，直到栅极关断晶闸管进入导通区域。
在晶闸管中，首先，导通通过接通与栅极端子相邻的阴极区域开始。因此，剩余区域通过等离子体扩散进入传导。
与晶闸管不同，栅极截止晶闸管包括狭窄的阴极元件，这些元件通过栅极端子大量交叉，因此早期导通区域非常大，等离子体扩散很小。因此，栅极关断晶闸管很快进入导通区域。
在栅极端子处，通过使栅极端子与阴极相比为负，可以施加反向偏置以关断导通晶闸管。在P层中，可以使用栅极端子提取一部分空穴，以阻挡从阴极端子注入的电子。
作为对此的回应，可以通过栅极端子去除额外的空穴电流，这导致对来自阴极端子的电子的更多控制。最后，在p基极结两端，电压降可能会在栅极的阴极结中引起反向偏置，因此晶闸管将被停用。
在空穴提取的整个过程中，p基极的面积缓慢耗尽，从而可以挤压导电区域。随着这一过程的继续，阳极电流通过形成具有高电流密度的细丝在偏远地区提供。因此，这可能会导致有限的热点，如果这些灯丝没有迅速熄灭，可能会损坏设备。
在施加高负栅极电压期间，这些灯丝会迅速熄灭。由于N基极区域中存储的电荷，尽管阴极电流停止，但阳极端子到栅极的电流持续流动。因此，这被称为尾电流，当剩余电荷载流子通过复合过程减少时，尾电流呈指数级分解。当尾电流水平降低到泄漏电流水平时，设备保持转发阻塞的特性。
V-I特性
栅极关断晶闸管V-I特性与CT或传统晶闸管有关。GTO的锁存电流大于CT。对于GTO，锁存电流为2A，而对于CT，其范围为100 mA–200 mA。GTO的V-I特性如下所示。
上述特性主要包括正向阻断、正向传导、反向阻断和反向传导四种区域或模式。
在第一种模式中，如正向阻断，电压施加在晶闸管两端，而不施加+ve栅极信号。因此，它不会在这种模式下进行。但是，有一点漏电流，与晶闸管的漏电流相比要高得多。实际上，在这种模式下，栅极关断晶闸管的工作方式就像一个高电压低增益的晶体管，这意味着阳极电流很低。在这种模式下，当栅极端子被负偏压到阴极时，GTO简单地阻断额定正向电压。
当正栅极信号以适当的幅度提供给GTO时，它进入正向导通模式。类似地，每当反向电压作用于该晶闸管时，它就会将反向电压阻断到一个极限，但一旦反向电压达到一个临界值，即所谓的反向断路过电压，GTO就会开始反向导通。
如果栅极被负偏置并且该操作的时间很小，则该操作模式不会破坏器件。在反向偏置条件下，阻塞容量主要取决于GTO类型。对称型包括高反向阻断能力，而非对称型包括范围为20-30V的小反向阻断能力。
优势
这个栅极关断晶闸管的优点包括以下内容。
- GTO具有出色的开关特性
- GTO电路的配置比晶闸管电路单元具有更小的重量和尺寸。
- 不需要换向电路，因此可以降低成本、重量和尺寸。
- 与SCR相比，GTO的切换速度较高。
- 更少的维护
- 电流浪涌容量类似于SCR。
- GTO的阻塞电压容量高
- di/dt额定值在开启时更高
- 效率很高
缺点
这个栅极关断晶闸管的缺点包括以下内容。
- 相关的损耗以及导通状态电压降更大
- GTO的结构是多层的，因此与传统晶闸管相比，栅极触发电流值较高。
- 栅极驱动电路的高损耗
- 栅极关断晶闸管两端的导通状态的电压降更大。
- 与SCR相比，闭锁和保持电流的大小较高
- 锁存电流值为2A，而对于SCR，其范围为100mA至500mA。
- 与SCR相比，GTO的触发电流较高
应用
GTO被用于许多应用，因为与另一种晶闸管相比有许多优点，如出色的开关特性、较少的维护和不需要整流电路等。栅极关断晶闸管的应用包括以下方面。
- 在斩波器和逆变器中，它被用作主要的控制设备。
- 交流驱动器
- 直流驱动器
- 直流断路器
- 直流斩波器，否则为直流驱动器
- 感应加热
- 因重量轻而用于牵引应用
- 低功耗应用
- 交流稳定电源
- 它用于逆变器、SVC（静态无功补偿器）
- 用于轧机、机床和机器人等驱动系统。
因此，这一切都是关于栅极关断晶闸管（GTO）的结构、工作、优点、缺点及其应用的概述。该器件来自晶闸管家族，属于功率半导体器件组。该设备可以在栅极或控制端子的帮助下通过打开/关闭状态进行控制。这里有一个问题要问你，市场上有哪些不同类型的晶闸管？