GTO (Gate Turned-off Thyristor)
Razvojem tehnologije izrade tiristora došlo se do značajnih poboljšanja njegovih karakteristika. Kao rezultat napretka u izradi, došlo je do stvaranja tiristora kojim se može na izvestan način upravljati preko gejta.
Osnovne karakteristike
Struktura GTO tiristora je ista kao i kod standardnog tiristora i predstavlja četvoroslojnu strukturu. . Ima relativno mali pad napona u uključenom stanju koji iznosi oko 3V. Na slici 1. prikazana je njegova unutrašnja struktura i električna šema.
Simbol GTO tiristora
Unutrašnja struktura sa raspodelom glavih struja
Bitno je znati da je n- oblast jako dopirana iz razloga da strujno pojačanje ne bude preveliko kako bi se GTO mogao lakše isključiti.
Princip rada
Uključivanje GTO komponente vrši se malim pozitivnim strujnim impulsom a isključuje velikim negativnim strujnim impulsom na gejtu. Intenzitet negativnog impulsa treba da dostiže između 25-30% nominalne struje. Svaki GTO treba da ima naponski snaber jer postoji velika mogućnost od naponskog udara jer je porast napona veoma velik du/dt. Izlazna karakteristika data je na slici 2. gde se vidi da je u odnosu na tiristor inverzni blokirajući napon manji. Ukoliko imamo GTO sa simetričnom karakteristikom tada su mu komutacione osobine slabije. Takvi tiristrori su PN-PN-PN strukture.
Izlazna karakteristika
Primena
GTO tiristor se najčešće koristi kao i IGBT, za upravljanje induktivnih opterećenja. Predstavlja relativno brzu komponentu te može da radi i sa frekvencijom prekidanja do 80 kHz kod novijih GTO komponenti. Praksa da brzina prekidanja kod komercijalno dostupnih GTO komponenti iznosi do 10 kHz.
Na slici 4 prikazano je jednostavno kolo sa naponskim (RCD) snaberom koje je neophodno kada se koristi GTO kao prekidač usled veoma brzog rasta napona na krajevima GTO koji može da spali komponentu.
Novije GTO komponente mogu da blokiraju veoma visok napon, između 4 kV i 6kV. Podnose i struje od preko 2000A. Vrlo brzo se usavršavaju tako da su danas dostupne i komponente kao ETO (Emitter Turn-Off ) tiristor koji je mnogo brzi od starijih GTO komponenti i izdrzava snage na svojim krajevima od nekoliko MW.
Posebno je zanimljiva modifikovana varijanta GTO tiristora koja nosi skraćenicu RGCT (Resonant Gate Commuted Thyristor) za koji nije potrebno snaber kolo pri isključivanju. Primena GTO komponenti ograničena je zbog potrebe za kvalitetnim snaberima mada je često potrebno koristiti veoma složene drajvere koji su prilično skupi
Dinamički odziv
Ovde se nećemo zamarati neobičnom vremenskom karakteristikom uključenja i isključenja GTO tiristora već ćemo dati njihov izgled i neke konkretne vrednosti. Na slici 5a prikazan je vremenski dijagram uključenja GTO tiristora a na slici 5b dijagram isključenja.Strujni rep, posebno pri isključivanju. Na oba dijagrama posmatra se pad napona na GTO između anode i katode označen sa uT. Struja kroz GTO označava se sa iT.
Vremenski dijagram uključenja GTO
Vreme označeno sa tgd označava vreme kašnjenja dok je tr vreme porasta struje GTO. Ukupno vreme uključivanja zavisi od tipa GTO komponente ali za komercijalno dostupne iznosi 1μs-3μs.
Vremenski dijagram isključenja GTO tiristora
Mala vrednost pojačanja isključenja uzrokuje da negativni strujni impuls koji bi isključio GTO treba da iznosi između 20% i 30% anodne struje. Vreme koje potrebno da bi se nagomilani nosioci pokrenuli označeno je sa tdq . Potom sledi brzi pad struje tranzistora za vreme koje je označeno sa tfq. Strujni rep, karakterističan za tiristor javlja se i traje određeno vreme sa oznakom ttq.
Drajveri za GTO
Pošto je pojačanje pri isključivanju GTO veoma malo ( oko 2-3) negativni strujni impuls je reda nekoliko desetina a kod jačih i nekoliko stotina ampera. Stoga su neophodna vrlo složena drajverska kola čije šeme su prilično komplikovane. Na slici 6. prikazano je idejno rešenje za drajver gejta GTO tiristora. Naravno, RCD snaber je uvek neophodan.
Gejt drajver za GTO
Vremenski dijagram signala na gejtu
Leave your response!
You must be logged in to post a comment.