GTO

实现门极可关断（GTO）晶闸管模型

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Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Power Electronics

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说明

门极可关断（GTO）晶闸管是一种可以通过门极信号导通和关断的半导体器件。与传统晶闸管类似，GTO 晶闸管可以通过正门极信号（g > 0）导通。然而，与只能在电流过零时关断的晶闸管不同，GTO 可以在任意时刻通过施加等于 0 的门极信号来关断。

GTO 晶闸管被模拟为一个电阻 Ron、一个电感 Lon 和一个直流电压源 Vf 与一个开关串联。该开关由一个取决于电压 Vak、电流 Iak 和门极信号 g 的逻辑信号控制。

Vf、Ron 和 Lon 参数分别是导通时的正向压降、正向导通电阻和器件电感。GTO 模块还包含一个串联的 Rs-Cs 缓冲电路，可以并联在 GTO 器件两端（端子端口 A 和 K 之间）。

当阳极-阴极电压大于 Vf 且门极输入存在正脉冲信号（g > 0）时，GTO 晶闸管导通。当门极信号设置为 0 时，GTO 晶闸管开始阻断，但其电流不会立即停止。

由于 GTO 晶闸管的电流熄灭过程对关断损耗有显著影响，因此模型中内置了关断特性。电流下降近似分为两段。当门极信号变为 0 时，电流 Iak 首先在下降时间（Tf）内从最大值 Imax（GTO 晶闸管开始关断时的 Iak 值）下降到 Imax/10，然后在拖尾时间（Tt）内从 Imax/10 下降到 0。当电流 Iak 变为 0 时，GTO 晶闸管关断。不考虑擎住电流和维持电流。

参数

电阻 Ron
内部电阻 Ron，单位为欧姆（Ω）。默认值为 0.001。当电感 Lon 参数设置为 0 时，电阻 Ron 参数不能设置为 0。

电感 Lon
内部电感 Lon，单位为亨利（H）。默认值为 0。除了电阻 Ron 参数设置为 0 的情况外，电感 Lon 参数通常设置为 0。

正向电压 Vf
GTO 晶闸管器件的正向电压，单位为伏特（V）。默认值为 1。

初始电流 Ic
可以指定流过 GTO 晶闸管的初始电流。通常设置为 0，以便在器件阻断状态下开始仿真。默认值为 0。

如果初始电流 IC 参数设置为大于 0 的值，稳态计算会将 GTO 的初始状态视为闭合。初始化电力电子变换器的所有状态是一项复杂的任务。因此，此选项仅对简单电路有用。

缓冲电阻 Rs
缓冲电阻，单位为欧姆（Ω）。默认值为 1e5。将缓冲电阻 Rs 参数设置为 inf 可从模型中移除缓冲电路。

缓冲电容 Cs
缓冲电容，单位为法拉（F）。默认值为 inf。将缓冲电容 Cs 参数设置为 0 可移除缓冲电路，或设置为 inf 可获得电阻性缓冲。

显示测量端口
如果选中，则为模块添加一个 Simulink 输出，返回 GTO 电流和电压。默认已选中。

输入和输出

g
用于控制 GTO 门极的 Simulink 信号。

m
模块的 Simulink 输出是一个包含两个信号的向量。可以使用 Simulink 库中提供的 Bus Selector 模块对这些信号进行解复用。

信号	定义	单位
1	GTO 电流	A
2	GTO 电压	V

假设和限制

GTO 模块实现了真实 GTO 晶闸管的宏模型。它没有考虑器件的几何结构或底层物理过程 [1]。

GTO 模块需要持续施加门极信号（g > 0）才能保持在导通状态（Iak > 0）。不考虑擎住电流和维持电流。也不考虑重加阳极-阴极电压的临界变化率。

根据电感 Lon 的值，GTO 被建模为电流源（Lon > 0）或可变拓扑电路（Lon = 0）。除非使用其缓冲电路，否则 GTO 模块不能与电感器、电流源或开路串联连接。

如果选择对电路进行离散化，则电感 Lon 会被强制设置为 0。

参考文献

[1] Mohan, N., T.M. Undeland, and W.P. Robbins, Power Electronics: Converters, Applications, and Design, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1995.

另请参阅

IGBT, Mosfet, Three-Level Bridge, Thyristor, Universal Bridge

版本历史记录

在 R2006a 之前推出

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