GTO串并联的特点与优势介绍

GTO串并联使用时，也必须解决器件之间的均压与均流问题。GTO断态不均压和通态不均流与普通晶闸管完全相似，只是开关过程中的不均压和不均流与普通晶闸管有所不同。

1.GTO的串联

由于GTO用门极信号来开通和关断，因此门极控制脉冲的差异会导致其开通时间与关断时间的差异，特别是开通瞬间电压的后沿和关断瞬间电压的前沿所产生的过电压，均会导致动态不均压。为了抑制GTO开关过程中的过电压，通常在电路中增加吸收电路。因此，吸收电路可兼作动态均压电路。图9-19a所示为GTO串联使用的均压电路^[8]，图中R₁₁～R₂₂为静态均压电阻；C₁～C₂为动态均压电容；L为动态均压电感。

图9-19 串联GTO均压措施

在开通过程中，如图9-19a所示，如果GTO₁先开通、GTO₂后开通，那么后开通的GTO₂要承受较高的失配电压。开通时的失配电压ΔU_on与两者延迟时间之差Δt_d的二次方成正比。在关断过程中，如图9-19b所示，如果GTO₁先关断、GTO₂后关断，那么先关断的GTO₁要承受较高的失配电压。关断时的失配电压ΔU_off与存储时间之差Δt_s成正比，与C₁成反比。在实际应用中，通过改变门极电路参数可间接地调整存储时间和反向恢复电荷，进而减小串联电路的失配电压。

2.GTO的并联

GTO自身是由若干小GTO单元并联的，由于原材料、制作工艺等因素导致各单元的开关时间等特性参数存在差异，会影响整个GTO的可关断电流。根据GTO自身的特点，在并联使用时，需要注意以下几个问题：一是GTO具有最大阳极可关断电流，并联支路的不平衡电流不能超过此值，否则有被损坏的危险；二是各单元的开关损耗分布不均衡会产生局部过热，造成GTO损坏；三是GTO的可关断阳极电流、开通延迟时间以及存储时间等参数与门极信号密切相关，因此门极电路的参数对GTO的并联使用有一定影响；四是电路结构、阴极引线电感及均流电抗器漏电感等参数对GTO的并联使用均有影响。

GTO常用的并联均流方法有强迫均流法和直接并联法两种。强迫均流法是采用串联均流电抗器进行均流；直接并联法通过在门极串联一定的阻抗进行均流。图9-20所示为GTO直接并联的两种基本电路^[8]。图9-20a所示为非门极直接耦合电路，是在每个GTO的门极串联一定阻抗后与门极信号电路相连接。图9-20b为门极直接耦合电路，是先将门极端连接在一起，然后再串联一阻抗。由于其中门极电流、电压的相互作用对并联GTO因延迟时间、存储时间的差异所造成的动态电流不均衡有自调节作用，所以这种门极直接耦合方式的均流效果要比非门极直接耦合的好得多。(www.xing528.com)

尽管连接两个GTO阴极端的导线较短，电感很小，但是由于开通时各GTO的di/dt差别较大，在阴极连线上感应的电压仍然相当可观。这种感应电压会干扰门极电流的正常运行，严重影响GTO的开通和关断过程。因此，GTO直接并联使用时，必须采用相同的阴极连线，并尽量缩短其长度。

图9-20 GTO直接并联的基本电路

3.ETO的串并联

ETO是通过在GTO发射极串联一个MOS管来实现单位关断增益和快速关断的。在单位增益关断下，存储时间就是用于移除p基区中少子的时间。由于阴极J₃截止，关断时要移除的p基区少子数目减少，同时移除p基区少子的门极电流等于阳极电流，所以移除p基区中少子的时间大大缩短，故ETO的存储时间很短。

（1）串联运行ETO 串联的关键问题是如何解决关断瞬态过程中的动态均压^[10]。由于ETO存储时间很短，且存储时间分散性远比GTO的好，同一批次ETO的存储时间差Δt_s可以控制在±10%之内，最大Δt_s在100ns以内。若两个Δts为100ns的ETO串联使用时，其动态均压电容可降低到0.5μF，此时关断过程中失配电压为0.2kV，小于额定电压的5%，开通延迟时间的差异Δt_d几乎为零。串联ETO的存储时间t_s可通过在其发射极VM的门极上串联一个电阻来调整。该门极电阻会延迟VM的关断过程，从而延迟了ETO的关断过程。如果存储时间匹配得很好，ETO甚至可在没有di/dt吸收电路的情况下串联，其均压性能仍然可满足要求。

（2）并联运行 由于ETO的通态压降具有正温度系数，与其发射极串联的MOS管也具有很高的正温度系数，所以ETO并联运行的静态均流效果更好。对于ETO的动态均流，当两个ETO并联运行时，在速度较快的ETO存储过程结束之后，电流将转入存储时间较长的器件使其电流增加，而阳极电流的增加会使少子移除速度加快，反过来会使该器件的存储时间缩短。可见，并联ETO之间会形成负反馈过程，能自动调节其存储时间的差异，并且存储时间差异越大，这种调节能力越强。所以，ETO并联之后也可实现无缓冲关断。