GTO、IGBT等電力電子元件關(guān)斷的時(shí)候是不是都要負(fù)電壓的？

GTO和IGBT是兩種常見的電力電子元件，它們?cè)陉P(guān)斷過程中確實(shí)需要負(fù)電壓。

首先，讓我們了解一下GTO和IGBT的工作原理。

GTO是一種四層PNPN結(jié)構(gòu)的功率晶體管，由一個(gè)P型注入器和一個(gè)底部的N型基極、一個(gè)中間的P型區(qū)域以及頂部的N型柵極組成。在正向偏置的情況下，當(dāng)柵極電壓高于一定閾值時(shí)，GTO處于開啟狀態(tài)，電流可以通過它流動(dòng)。當(dāng)我們需要關(guān)閉GTO時(shí)，我們需要對(duì)其施加負(fù)的柵極電壓。在這種情況下，柵極區(qū)域的電荷被擴(kuò)散到基極和底部，從而將PNPN結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的電流流過其中的絕緣層而抑制。

而IGBT是一種三層結(jié)構(gòu)的功率晶體管，由一個(gè)N型注入器和底部的P型區(qū)域以及一個(gè)頂部的N型柵極組成。在正向偏置的情況下，當(dāng)柵極電壓高于一定閾值時(shí)，電流可以通過IGBT流動(dòng)。與GTO一樣，當(dāng)我們需要關(guān)閉IGBT時(shí)，我們也需要對(duì)其施加負(fù)的柵極電壓。在這種情況下，負(fù)柵極電壓會(huì)將柵極區(qū)域的電荷擴(kuò)散到基極和底部，從而抑制導(dǎo)致電流流動(dòng)的NPN結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在讓我們深入研究為什么GTO和IGBT在關(guān)斷時(shí)需要負(fù)電壓。

當(dāng)GTO或IGBT處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，其分別形成了PNPN和NPN的結(jié)構(gòu)。為了將其關(guān)閉，我們需要抑制這些結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的電流。由于這些結(jié)構(gòu)的原因，僅僅通過將柵極電壓降至0V是不夠的，這可能只會(huì)導(dǎo)致元件處于邊沿導(dǎo)通狀態(tài)，電流仍然繼續(xù)流動(dòng)。因此，我們需要施加負(fù)的柵極電壓，以充分?jǐn)U散柵極區(qū)域的電荷，阻止從電源到負(fù)載的電流流動(dòng)。

負(fù)電壓的施加可以通過引入關(guān)斷電路或使用負(fù)電源來實(shí)現(xiàn)。關(guān)斷電路通常由電容和電感組成，通過控制其放電過程來產(chǎn)生負(fù)電壓。當(dāng)控制信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，關(guān)斷電路將產(chǎn)生負(fù)電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)GTO或IGBT的關(guān)斷。

此外，在電力電子應(yīng)用中的某些情況下，如直流電源或直流電機(jī)的反饋能量的方向發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生負(fù)電壓。這樣的情況下，負(fù)電壓將自動(dòng)形成，以達(dá)到關(guān)斷GTO或IGBT的目的。

總結(jié)起來，GTO和IGBT在關(guān)斷時(shí)確實(shí)需要負(fù)電壓。由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，僅僅降低柵極電壓至0V是不夠的，因此需要施加負(fù)的電壓來充分?jǐn)U散柵極區(qū)域的電荷，以阻止電流流動(dòng)。負(fù)電壓可以通過關(guān)斷電路或電源極性的改變來產(chǎn)生。