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第7章全控型电力电子器件
80年代以来，随着电力电子技术的发展，产生了一代高频化、全控型、采用集成电路制造工艺的电力电子器件，从而将电力电子技术又带入了一个崭新时代。门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管就是全控型电力电子器件的典型代表。
§7.1门极可关断晶闸管
门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristor——GTO）是也晶闸管的一种派生器件，但可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断，因而属于全控型器件。GTO的关断机理：
在SCR的双晶体管等效模型中，利用门极负电流分流IC1，并快速抽取V2管发射结两侧存储的大量载流子，以实现快速关断。
在工艺结构上比SCR有两点改进：
等效晶体管的电流放大倍数减小，经正反馈导通后接近临界饱和状态，有利于减小关断时间和提高开关频率。
采用多GTO单元并联集成结构，门极和阴极间隔排列，使P2基区载流子均匀快速地从门极抽出，也不易造成局部过热，di/dt耐量增大。GTO的动态特性
开通过程:需要经过延迟时间td和上升时间tr。开通时iG为正脉冲，触发导通后门极电流可以撤除。
关断过程:从iG的负脉冲开始分为三段，需要经历抽取饱和导通时储存的大量载流子的时间——储存时间ts，从而使等效晶体管退出饱和状态；然后则是等效晶体管从饱和区退至放大区，阳极电流逐渐减小时间——下降时间tf；最后还有残存载流子复合所需时间——尾部时间tt。
通常tf比ts小得多，而tt比ts要长，即tf<ts<tt。门极负脉冲电流幅值越大，前沿越陡，抽走储存载流子的速度越快，ts就越短。使门极负脉冲的后沿缓慢衰减，在tt阶段仍能保持适当的负电压，则可以缩短尾部时间。GTO的主要参数
最大可关断阳极电流IATO即额定电流。而普通晶闸管用通态平均电流来标称其额定电流。
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，即off=IATO/IGM。off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。比如，一个1000A的GTO，关断时门极负脉冲电流的峰值要200A，这是一个相当大的数值。
开通时间ton一般较短，约数s
关断时间toff关断时间一般比开通时间ton长许多。
GTO的主要优缺点：
优点：电压电流容量大（比SCR略小）；开关速度比SCR高得多。
缺点：关断电流增益小，门极负脉冲电流大，驱动较困难；通态压降较大。
不少GTO都制造成逆导型，无反向阻断能力。当需要承受反向电压时，应和电力二极管串联使用。
GTO的许多性能虽然与绝缘栅双极型晶体管、电力场效应晶体管相比要差，但其电压、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。

§7.2电力晶体管（GiantTransistor—GTR）
GTR是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor——BJT）。电流驱动型全控器件。
GTR的结构：GTR通常采用多单元并联集成工艺的达林顿（Darlington）复合结构，电流放大系数值较高。单管GTR的值较小，通常为10左右，采用达林顿复合接法可以有效地增大电流增益。比如两级复合的达林顿管，=1·2。
达林顿复合使饱和导通压降增加。二重复合GTR的导通压降为：
单管临界饱和压降约为0.7~1V，则二重复合GTR的UCES大致为1.4~2V。三重复合时可达2~3V。导通压降的升高会使GTR的通态损耗大为增加。GTR模块：为了改善GTR的性能，方便使用和提高可靠性，将多级复合达林顿GTR与必要的外围电阻和二极管集成在一起，构成电力晶体管模块（GTRModule），集成管芯与管壳散热板之间充满导热硅胶，但与外壳绝缘。R2为泄漏电阻，为V2管的集电极与发射极之间的漏电流ICEO2提供分流通路，使得在IB2=0、V2截止时，V1对ICEO2的放大作用减弱，从而使ICEO1及整体复合管的ICEO明显减小，提高其温度稳定性。
在晶体管处于关断过程和断态时，R1、R2分别为两个发射结提供低阻回路，保证GTR的可靠阻断和提高工作稳定性，减小外部干扰影响。
VD2在GTR关断过程中为V1管的基区载流子的抽取提供通路，提高其关断速度，因为在关断GTR时需要驱动电路为两管提供负偏压作用于两个发射结，形成负向基流，以便快速抽出发射结两侧的存储电荷。
VD1是GTR的逆导二极管，逆导开关在电力变换电路中很常用。
VD1、VD2均应为快恢复开关二极管，实际工艺中与R1、R2及V1、V2制作在同一硅片上。GTR的基本特性及控制方式
静态输出特性与普通三极管一样分为三个区。
在导通期间基极电流保持正脉冲Ib1直至关断，
开关速度比GTO快，但电压电流容量比GTO小。
主要参数
最高工作电压