GTO، یک تریستور با قابلیت های زیاد

GTO

GTO یک نوع خاص از تریستور است. تريستور معمولي داراي دو پيوند P-N است كه می تواند ولتاژ زياد را در يك جهت يا جهت مقابل ، سد نمايد . اين نكته لازمه اساسي برای كاربرد در مدارهاي يكسو ساز است. عیب تریستورهای معمولی این است که نمی توان آنها را به سادگی روشن کردن، خاموش کرد و تنها می توان با قطع جریان آند-کاتد یا معکوس کردن ولتاژ آن، تریستور را قطع کرد. مهم ترین ویژگی GTO قابلیت آن در وصل کردن و قطع کردن تریستور تنها از طریق پایه گیت است.

به این صورت که اگر به پایه گیت آن یک جریان با پلاریته مثبت اعمال شود، در صورتی که ولتاژ دو سر دیود نیز مثبت باشد، همانند تریستور معمولی وصل می شود و اگر پلاریته جریان گیت منفی شود تریستور قطع می شود. نماد مداری تریستور خاموش شونده با گیت ، گسترشی از نماد تریستور معمولی است که نقش دو گانه پایه گیت در آن به نمایش در آمده است.

GTOها نیاز به مدار ارتباطی ندارند که باعث کوچک شدن حجم و وزن سیستم می شود. پس جریانی هم برای مدار ارتباطی استفاده نشده که باعث کم شدن نویز و امواج الکترومغناطیسی می شود. یکی دیگر از مزایای تریستور GTO نسبت به SCR این است که سرعت خاموش شدن آن ده برابر سریعتر از SCR است که از این قابلیت به خصوص در فرکانس های بالا استفاده می شود. البته یکی از معایب GTO این است که این نوع تریستور به اندازه SCR در زمان روشن بودن، قابل اطمینان نیست و باید و یک جریان کم مثبت حتی بعد از روشن بودن تریستور به گیت اعمال شود. در جدول زیر یک تریستور GTO با SCR مقایسه شده است.

GTO (1600 V, 350 A) SCR (1600 V, 350 A)

Vt ON 3.4 V 1.5 V

T ON 8 µs 2 µs

I Gate 2 A 200 mA

T OFF 150 µs 15 µs

انواع تریستورهایGTO

GOT ها دارای دو نوع هستند که هرکدام ویژگی و کاربرد خود را دارند.

الف) تریستور GTO با آند کوتاه شده: در این نوع GTO، در محل اتصال J1 آند تا حدی به خاطر لایه n+ کوتاه شده است. این امر باعث می شود ولتاژ معکوس GTO به اندازه J3 کوچک شود(در حدود 15 ولت). همچنین مازاد حامل ها در زمان خاموش بودن توسط گیت و لایه n+ جذب می شود که قابلیت قطع و وصل سریع را به این نوع GTO می دهد.

کاربرد این نوع GTO در جاهایی است که نیاز به قطع و وصل سریع است اما به ولتاژ معکوس بالا نیاز ندارد مانند اینورترهای منابع ولتاژ.

ب) تریستور GTO با هدایت معکوس: این نوع GTO شامل یک قسمت دیودی است که به یک GTO با آند کوتاه شده موازی شده است که باعث تحمل ولتاژهای معکوس بالا نیز هست.

مقادیر مهم GTOها

1)VDRM حداکثر ولتاژ تکراری در حالت قطع: مقدار ولتاژ GTO نباید از این مقدار تجاوز کند. این مقدار باید با توجه به حداکثر ولتاژی که ممکن است دو سر GTO قرار بگیرد تعیین شود.

2)VRRM حداکثر ولتاژ معکوس تکراری: این مقدار در GTO با آند کوتاه شده موجود می باشد زیرا دیود موازی با آن نیست. مقدار آن بین 17 تا 19 ولت است.

3)ITQRM جریان تکراری قابل کنترل در حالت روشن:GTO ها نمی توانند جریانی بیش از مقدار ITQRM را قطع کند. جریان بیشتر از این مقدار ممکن است به GTO آسیب بزند.

4)IT(AV)جریان مستقیم(میانگین) حالت روشن: این مقدار معمولا یک سوم جریان ITQRMاست. هنگام انتخاب GTO باید توجه داشت که جریان مدار توجه داشت که از این مقدار تجاوز نکند.

5)ITSM جریان سریع و غیر عادی: این جریان می تواند به تعداد محدود در زمان بروز حوادثی مانند اتصال کوتاه از GTO عبور کند. افزایش جریان از این مقدار بسیار خطرناک است و ممکن است باعث خرابی GTO و تکه تکه شدن آن شود.

کاربرد عملی GTO

GTO ها با توجه به ویژگی هایی که دارند برای استفاده در دستگاه های مانند درایوهای AC ، (VVVF INVERTORS) درایوهای DC (DC CHOPPERS) ، تثبیت کننده منابع ولتاژ AC (CVCF) و قطع کننده های مدارات DC کاربرد دارند.