2.5  GTO晶闸管及GCT晶闸管

晶闸管是无法通过控制端子来使其关断的开关器件，所以使用起来不方便，但不久就克服了该缺点。通过研究上的不断积累，采用负门极电流而可能关断的晶闸管被逐步开发出来。现在，已经有了实用化的门极关断（Gate Turn-Off，GTO）晶闸管^[6]和门极换流（Gate Commutated Turn-off，GCT）晶闸管^[7]。

GTO在原理上与普通晶闸管相同，对处于导通状态的GTO施加强大的反向门极电流来抽取少数载流子，使得在门极周围形成耗尽层，同时不断地缩小门极的导通范围，直至使其关断。为了实现这个目的，GTO的结构与普通晶闸管的结构不同，不再采用大面积的器件，而是采用很多个精细结构的晶闸管并联。另外，在通过施加反向门极电流来缩小GTO导通范围的过程中，阳极电压会发生急速上升的瞬间，若没有任何处理措施，则很多情况下会导致GTO损坏，因此，为了抑制阳极电压的上升，需在GTO阳极和阴极两端连接专用的吸收电容，该吸收电容的容量需根据GTO额定容量而定。

由于GTO价格高且使用不便，所以一般只用在高压大电流的大容量装置中，其额定容量为几千伏几千安，关断增益（阳极电流与最小反向门极电流之比）在5左右，关断时间可达数十μs，门极驱动电路一般尺寸大，价格也高。

最近，新型门极换流（GCT）晶闸管被开发出来，该器件在关断时全部的阳极电流都从门极以反向电流形式流出，而不通过阴极流出，所以阴极电流变为零，而瞬间形成耗尽层，并清除累积的少数载流子。因此，GCT的关断增益为1，这是以牺牲关断增益来换取无需吸收电路的快速关断特性。

图2.15从概念上显示了GTO和GCT动作上的不同，图2.15b和c中，在阳极电极前面的p型半导体中插入n+半导体的结构称为阳极-发射极短路结构，这是改善GTO关断特性和耐压特性的必要技术。阳极的p型半导体只需要它注入空穴，并不需要全面覆盖。如果全面覆盖了阳极电极，则对少数载流子的清除等是不利的。(https://www.daowen.com)

图2.15 GTO的图形符号和关断过程中的电流流动（GTO在关断时从周边部分逐步缩小耗尽层）

对GCT来说，强大的反向门极电流高速流动是必需的，所以要尽量减少门极电路的等效电感，如图2.16所示，从一开始门极电路和器件本身就已经形成一体化结构。由于反向门极电流以非常高的di/dt进行流动，所以可以显著减少少数载流子的累积时间，标准的关断时间可以达到几_μs的水平。因此可以减小反向门极驱动电路功率，从而间接地促进门极驱动电路的小型化。另外，导通时也可以用强大的门极电流瞬间进行流动，从而改善阳极电流上升率的裕度，而且可以使得抑制阳极电流上升率（di/dt）的阳极电抗器（参考2.10.4节）变小。

图2.16 压接型门极可关断晶闸管结构比较图