一、引言

在電力電子領(lǐng)域，晶閘管作為重要的半導(dǎo)體器件，被廣泛用于各種電路控制中。其中，門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-Off Thyristor，簡(jiǎn)稱GTO）和普通晶閘管是兩種常見的類型。雖然它們都屬于晶閘管家族，但在結(jié)構(gòu)、工作原理、性能特點(diǎn)以及應(yīng)用方面存在顯著的差異。本文將對(duì)這兩種晶閘管進(jìn)行詳細(xì)比較，以便讀者更好地理解它們之間的區(qū)別。

二、定義與結(jié)構(gòu)

門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）

門極可關(guān)斷晶閘管是一種特殊的電力半導(dǎo)體器件，屬于晶閘管的一種派生器件。它的主要特點(diǎn)是門極加正脈沖信號(hào)觸發(fā)管子導(dǎo)通，門極加負(fù)脈沖信號(hào)觸發(fā)管子關(guān)斷，因此屬于全控型器件。GTO的結(jié)構(gòu)與普通晶閘管相似，也是由PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)成，外部引出陽極A、陰極K和門極G三個(gè)電極。但GTO是一種多元的功率集成器件，其內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽極的小GTO單元。這些小GTO單元的陰極和門極在器件內(nèi)部并聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)門極控制關(guān)斷的功能。

普通晶閘管

普通晶閘管是一種半可控大功率半導(dǎo)體器件，出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代。它同樣具有PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部也有三個(gè)電極：陽極A、陰極K和門極G。普通晶閘管在工作過程中，陽極A和陰極K與電源和負(fù)載連接，組成主電路；門極G和陰極K與控制裝置連接，組成控制電路。

三、工作原理

門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）

GTO的工作原理基于其特殊的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。當(dāng)陽極加正向電壓且門極加正向觸發(fā)電流時(shí)，GTO導(dǎo)通。此時(shí)，如果門極加上足夠大的反向觸發(fā)脈沖電流，GTO則由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為阻斷。這種通過門極控制器件導(dǎo)通和關(guān)斷的能力使得GTO在電力電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

普通晶閘管

普通晶閘管的工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單。當(dāng)陽極承受正向電壓且門極承受正向電壓時(shí)，晶閘管導(dǎo)通。一旦晶閘管導(dǎo)通，即使撤去門極電壓，晶閘管仍會(huì)保持導(dǎo)通狀態(tài)。這是因?yàn)榫чl管在導(dǎo)通后會(huì)進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，此時(shí)門極失去對(duì)晶閘管的控制作用。要使普通晶閘管關(guān)斷，需要切斷電源或使正向電流低于維持電流IH，或施加反向電壓強(qiáng)制關(guān)斷。

四、性能特點(diǎn)

開關(guān)特性

GTO：具有門極導(dǎo)通和門極關(guān)斷的能力，可以實(shí)現(xiàn)正向和反向的電壓控制。這使得GTO在高功率電子裝置中的應(yīng)用得到廣泛推廣。

普通晶閘管：只能由正向的電壓來觸發(fā)導(dǎo)通，不能實(shí)現(xiàn)反向的關(guān)斷。需要外部電路輔助實(shí)現(xiàn)關(guān)斷功能。

電導(dǎo)丟失

GTO：電導(dǎo)丟失可以被完全消除，降低了系統(tǒng)的能耗。

普通晶閘管：在封鎖狀態(tài)下仍會(huì)有少量的電流流過（電導(dǎo)丟失），這會(huì)增加系統(tǒng)的能耗。

自關(guān)斷能力

GTO：具備自關(guān)斷能力，不需要復(fù)雜的換向電路即可實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷。

普通晶閘管：不具備自關(guān)斷能力，需要外部電路輔助實(shí)現(xiàn)關(guān)斷功能。

工作頻率

GTO：工作頻率較高，適用于需要快速切換的場(chǎng)合。

普通晶閘管：工作頻率相對(duì)較低。

五、應(yīng)用領(lǐng)域

GTO：廣泛應(yīng)用于電力機(jī)車的逆變器、電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償、大功率直流斬波調(diào)速等領(lǐng)域。

普通晶閘管：在高壓、大電流條件下工作，如電力傳輸、電機(jī)控制等領(lǐng)域。

六、總結(jié)

門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）和普通晶閘管在定義、結(jié)構(gòu)、工作原理、性能特點(diǎn)以及應(yīng)用領(lǐng)域等方面存在顯著的差異。GTO作為一種特殊的晶閘管器件，具有自關(guān)斷能力、高工作頻率和低電導(dǎo)丟失等優(yōu)點(diǎn)，在高壓、大容量場(chǎng)合中表現(xiàn)出色。而普通晶閘管雖然不具備自關(guān)斷能力且工作頻率相對(duì)較低，但在某些特定場(chǎng)合下仍具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。因此，在選擇晶閘管時(shí)需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和條件進(jìn)行綜合考慮。