GTO驱动电路与吸收电路设计优化

由于GTO的结构及特性与普通晶闸管有区别，决定了对其驱动电路的更高要求。通常，门极的脉冲触发信号要考虑其4个特性，即脉冲前沿陡度、脉冲宽度、脉冲幅度和后沿陡度。

在开通阶段，由于GTO是由多个小的GTO单元组成，开通初期的扩展速度比普通晶闸管的要快，这就要求其在开通初期具有更快的电流上升率，提供比晶闸管高得多的强触发脉冲。通常，在大容量场合，di_G／dt要达到每微秒数十A／μs，而且门极电流在短期内上升到几十安。如果达不到要求，是不能够使所有的单元开通的。由于阴-门极的叉指化的程度很高，GTO的di／dt耐量就很大，一些GTO甚至可以达到每微秒千安的量级，这样为满足如此高的电流上升率，对门极驱动的要求就更加严格，门极电流通常要达100A，di_G／dt＞100A／μs。

而在通态期间，由于其处于临界饱和状态，α₁＋α₂在1.05附近，这样当通态电流减小时，可能会导致部分GTO单元关断，为了避免这些现象的发生，通常在开通以后会在门-阴极提供连续的后沿电流，以改善通态特性，这样也可以达到减小通态损耗的目的。

GTO关断电路是GTO驱动的核心问题。负向的门极脉冲必须达到足够大的陡度、幅度和宽度。其关断脉冲越陡、幅度越大，门极电流的变化率也就越大，就越有利于关断初期产生足够大的门极反向电流，以减小关断时间。当门极电流变化率较小时，关断时间变长，部分单元的不平衡性会变得明显，电流集中效应可能导致关断失败。

而实际上，对于GTO的开通和关断脉冲的要求都比较近似。开通是为了保证在器件中快速建立一个稳定的导通电流，各个单元的电流基本上保证同步，不产生局域化现象，而关断则是要将GTO中各个单元的导通电流快速阻断，而且也有各个单元同步化的要求，否则，将出现开通或者关断时间过长，引起电流在载流子寿命比较长的GTO单元中聚集，电流过大，将出现局部过热现象，严重时会使器件出现热击穿。对于开通或关断脉冲的宽度，一般要持续到完全开通或者关断以后。而脉冲的后沿陡度都需要比较平缓，否则，由于大的变化率会导致器件的开通或者关断失败。

对于处于阻断状态的GTO，为了防止其可能会因为一些意外的原因而开通，通常在其门极和阴极间加入一个反偏电压，保证J₃结处于反向状态，这样可以更好地维持GTO的关断状态。

GTO的门极驱动的设计要满足以上条件。通常，门极驱动按其与GTO的连接方式可以分为直接驱动和间接驱动方式两种。直接驱动方式是指驱动电路直接和门极-阴极相连，而间接驱动方式则一般通过脉冲变压器将驱动电路与GTO门极相连接。对于直接驱动电路，由于在驱动电路中引入了主回路的电压，这样就可能使驱动电路处于一个高的电位，通常对这种触发电路，一般采用光耦合器或其他隔离器件将控制信号传送给驱动电路的输入端，再由驱动电路给GTO以触发信号。而间接驱动电路避免了这个问题，通过脉冲变压器将主回路和驱动回路隔离了，但是这样的同时也会引入一些额外的电感，不利于高陡度信号的产生。

如图2-9所示，GTO在关断中，由于di／dt太大导致高的du／dt，高的du／dt会导致J₂结面附近出现较大的位移电流，该电流的效果和加的正向电流的效果相近，可能引起GTO的开通。为了保证GTO的可靠关断，必须将阳极电压的上升率限制在一个安全值以内，所以必须在电路中加入吸收电路以抑制电压的上升率。图2-10是比较典型的一个吸收电路。(www.xing528.com)

图2-9 GTO开关驱动电路

图2-10 GTO吸收电路

在开通过程中，吸收电容通过电阻R_S向GTO放电，这样有助于GTO上阳极电流的上升，当主回路的电感比较大时，其作用就更加明显了。

而在关断过程中，通态电流大，关断时电流的变化率大，导致GTO阳极电位上升迅速，这一高的电压上升率是需要限制的。加上吸收电路后，当GTO开始关断时，其上电压上升，开始向吸收电路电容进行充电。初期这一电流比较小，当GTO上电压达到一定值以后，吸收电路开始明显起作用，这样就会减缓其上的电压上升率，出现了一个尖峰电压。之后，电压上升率被吸收电路限制在一个比较小的范围内。