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全控型器件（自关断器件）通过控制信号既可以控制器件的开通，又可以控制器件关断的电力电子器件。门极可关断晶闸管（GTO）电力晶体管（GTR）电力场效应晶体管（MOSFET）绝缘栅双极晶体管（IGBT）

?晶闸管的一种派生器件–可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断–GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用

a)各单元的阴极、门极间隔排列的图形b)并联单元结构断面示意图c)电气图形符号

?和普通晶闸管的不同：GTO是一种多元的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起

?与普通晶闸管一样，可以用图1-7所示的双晶体管模型来分析

GTO的关断原理：给门极加负脉冲，从门极抽出电流，晶体管V2的基极电流减小，使IK和IC2减小，IC2减小又使IA和IC1减小，进一步减小V2的基极电流，如此形成强烈的正反馈，最后使V1和V2退出饱和而关断。

（1）设计?2较大，使晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断（2）导通时?1+?2更接近1（?1.05，普通晶闸管?1+?2?1.15）导通时饱和不深，接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大（3）多元集成结构使GTO元阴极面积很小，门、阴极间距大为缩短，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流

GTO的开通和关断过程电流波形

（1）最大可关断阳极电流IATOGTO额定电流（2）电流关断增益?off最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益?off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A（3）开通时间ton延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般约1-2?s，上升时间则随通态阳极电流值的增大而增大（4）关断时间toff一般指储存时间和下降时间之和，不包括尾部时间。GTO的储存时间随阳极电流的增大而增大，下降时间一般小于2?s

GTR的结构、电气图形符号和内部载流子的流动

GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多

BUcboBUcexBUcesBUcerBUceo2)集电极最大允许电流IcM通常规定为hFE下降到规定值的1/2~1/3时所对应的Ic，实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一点3)集电极最大耗散功率PcM最高工作温度下允许的耗散功率，产品说明书中给PcM时同时给出壳温TC，间接表示了最高工作温度

2.5GTR的二次击穿与安全工作区–集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大，出现雪崩击穿–只要Ic不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变–一次击穿发生时Ic增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降–常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变

安全工作区（SafeOperatingArea——SOA）

电力场效应晶体管通常主要指绝缘栅型中的MOS型（MetalOxideSemiconductorFET）特点——用栅极电压来控制漏极电流?驱动电路简单，需要的驱动功率小?开关速度快，工作频率高

在电力MOSFET中，主要是N沟道增强型。

?电力MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET（VerticalMOSFET），大大提高了MOSFE器件的耐压和耐电流能力?按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（VerticalDouble-diffusedMOSFET）?这里主要以VDMOS器件为例进行讨论

导电：在栅源极间加正电压UGS栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少子——电子吸引到栅极下面的P区表面当UGS大于UT（开启电压或阈值电压）时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电

a)转移特性b)输出特性

?漏极电流I和栅源间电压UGS的关系称MOSFET的D转移特性DD?I较大时，I与UGS的关系近似线性，曲线的斜率定义为跨导Gfs?MOSFET的漏极伏安特性即输出特性

（2）动态特性

?i稳态值由漏极电源电压UE?U的大小和i的稳态值有GSPD?U达到U后，在u作用GS下继续升高直至达到稳态，GSPpD?开通时间t——开通延迟时间

下降到零起，Cin通过R放电，uGS按指数曲线f——uGS从UGSPT?关断时间toff——关断延迟时间和下降时间之和

–MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系–使用者无法降低Cin，但可