閘極截止閘流體
半導體裝置 来自维基百科，自由的百科全书
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閘極截止閘流體（英文：Gate Turn-Off thyristor，縮寫：GTO）是一種派生自普通單向閘流體的大功率全控型半導體裝置，它既保留了普通單向閘流體耐壓高、電流大的特性，又具備了自關斷能力。
閘極截止閘流體的結構和普通單向閘流體一樣，由PNPN四層半導體構成，外部有三個電極，即閘極G、陽極A和陰極K。
普通單向閘流體只構成一個單元裝置，而閘極截止閘流體則是一種多元的功率集成裝置，它的內部由數十個甚至數百個共陽極的小型GTO單元並聯在一起。[1]
普通單向閘流體在閘極信號觸發之後，撤去信號也能維持導通，欲使其關斷，必須切斷電源或施以反向電壓強行關斷，這就需要增加換向電路，不僅使控制電路的體積、質量增加，而且會降低效率，產生波形失真和噪聲；而閘極截止閘流體克服了這些缺陷，既可通過閘極信號導通，又可通過閘極信號關斷，其藉助外部的緩衝電路來導通和關斷電流。[1]
導通由閘極和陰極端子之間的「正電流」脈衝完成，由於閘極-陰極的組合結構類似於PN結，因此兩極之間存在相對較小的電壓。導通期間的GTO具有限制電流上升的最大dI/dt額定值，保證其在達到全電流之前達到開啟狀態，如果超過該額定值，距離柵極觸點最近的GTO區域將過熱，並因過電流而熔化。dI/dt的速率通常通過飽和電抗器（導通緩衝器）控制。
GTO的導通dI/dt比普通閘流體的約束要小，然而GTO中的導通現象不可靠，即使導通後也必須保持較小的閘極正電流以提高導通的可靠性。[2]
關斷由閘極和陰極端子之間的「負電壓」脈衝完成，一些正向電流（占比約1/3至1/5）用於感應出陰極-閘極電壓，這反過來會使正向電流下降，引致GTO關斷。關斷期間必須限制GTO的正向電壓（通常約為正向阻斷電壓額定值的20%）直到電流消失，如果關斷時電壓上升過快，高電壓和大電流將集中在GTO的一小部分上，導致其炸裂，因此需要在其周圍增加大量緩衝電路進行限制。[2]
GTO的關斷時間較長，在正向電流下降後，存在一個長尾時間，期間剩餘電流繼續流動，直到管內所有的剩餘電荷均被導出為止；但即便如此，GTO的關斷速度仍可比普通閘流體快約十倍。[3]
閘極截止閘流體具有工作頻率高（1 kHz 左右）、使用方便的優點，廣泛應用於逆變器、電網動態無功補償和大功率直流斬波調速等領域；其曾作為斬波器和VVVF牽引逆變器中的主要開關元件，用於控制供鐵路和地鐵列車使用的牽引電動機（該應用目前正逐漸被絕緣閘雙極電晶體取代）。[4]
