GTO (GATE TURN OFF THYRISTOR )

Ccấu trúc tương tự mạch mô tả SCR nhưng có thêm cổng kích ngắt mắc song song cổng kích đóng. Ký hiệu linh kiện GTO vẽ trên hình H1.26c. Cấu trúc thực tế (loại GTO đối xứng) vẽ trên hình H1.26d. GTO được kích đóng bằng xung dòng điện tương tự như khi kích đóng thyristor thông thường. Dòng điện kích đóng được tăng đến giá trị IGM và sau đó giảm xuống đến giá trị IG . Điểm khác biệt so với yêu cầu xung kích đóng...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
GTO (GATE TURN OFF THYRISTOR )Ñieän töû coâng suaát 11.8 GTO (GATE TURN OFF THYRISTOR ) GTO coù caáu taïo goàm boán lôùp pnpn töông töï vôùi thyristor thoâng thöôøng (SCR)-hình H1.26a, vôùi caùc tính naêng töông töï cuûa thyristor vôùi ñieåm khaùc bieät laø coù theå ñieàukhieån ngaét doøng ñieän qua noù. Maïch töông ñöông GTO ñöôïc veõ treân hình H1.26b coù 1-24Ñieän töû coâng suaát 1caáu truùc töông töï maïch moâ taû SCR nhöng coù theâm coång kích ngaét maéc song songcoång kích ñoùng. Kyù hieäu linh kieän GTO veõ treân hình H1.26c. Caáu truùc thöïc teá (loaïiGTO ñoái xöùng) veõ treân hình H1.26d. GTO ñöôïc kích ñoùng baèng xung doøng ñieän töông töï nhö khi kích ñoùngthyristor thoâng thöôøng. Doøng ñieän kích ñoùng ñöôïc taêng ñeán giaù trò IGM vaø sau ñoù giaûmxuoáng ñeán giaù trò IG . Ñieåm khaùc bieät so vôùi yeâu caàu xung kích ñoùng SCR laø doøngkích iG phaûi tieáp tuïc duy trì trong suoát thôøi gian GTO daãn ñieän. Ñeå kích ngaét GTO, xung doøng ñieän aâm lôùn ñöôïc ñöa vaøo coång G – cathodevôùi ñoä doác (diGQ/dt) lôùn hôn giaù trò qui ñònh cuûa linh kieän, noù ñaåy caùc haït mang ñieänkhoûi cathode, töùc ra khoûi emitter cuûa transistor pnp vaø transistor npn seõ khoâng theåhoaït ñoäng ôû cheá ñoä taùi sinh. Sau khi transistor npn taét, transistor pnp coøn laïi seõ hoaïtñoäng vôùi coång kích ñoùng ôû traïng thaùi môû vaø linh kieän trôû veà traïng thaùi khoâng daãnñieän. Tuy nhieân, doøng ñieän yeâu caàu maïch coång G ñeå taét GTO coù giaù trò khaù lôùn. Trongkhi xung doøng ñieän caàn ñöa vaøo coång ñeå kích ñoùng GTO chæ caàn ñaït giaù trò khoaûng3-5%, töùc khoaûng 30A vôùi ñoä roäng xung 10 µ s ñoái vôùi loaïi linh kieän coù doøng ñònh möùc1000A thì xung doøng ñieän kích coång ñeå ngaét GTO caàn ñaït ñeán khoaûng 30-50%, töùckhoaûng 300A vôùi ñoä roäng xung khoaûng 20-50 µ s. Maïch coång phaûi thieát keá coù khaûnaêng taïo xung doøng kích toái thieåu ñaït caùc giaù trò yeâu caàu treân (IGQM). Ñieän aùp cungcaáp maïch coång ñeå taïo xung doøng lôùn vöøa neâu thöôøng coù giaù trò thaáp, khoaûng 10-20Vvôùi ñoä roäng xung khoaûng 20-50 µ s, naêng löôïng tieâu toán cho vieäc thöïc hieän kích ngaétGTO khoâng cao. Quùa trình ñieän aùp vaø doøng ñieän maïch anode vaø maïch coång khi kích 1-25Ñieän töû coâng suaát 1ñoùng GTO vaø kích ngaét noù ñöôïc moâ taû treân hình H1.27c,d. Naêng löôïng kích ngaétGTO nhieàu gaáp 10-20 laàn naêng löôïng caàn cho quùa trình kích ñoùng GTO. Ñieåm baátlôïi veà maïch kích ngaét laø moät nhöôïc ñieåm cuûa GTO khi so saùnh noù vôùi IGBT. Heä quaûlaø thôøi gian ngaét doøng ñieän keùo daøi, khaû naêng chòu di/dt, dv/dt keùm, maïch baûo veä khikích ñoùng vaø kích ngaét laøm taêng chi phí laép ñaët cuõng nhö laøm coâng suaát hoån hao taêngleân. Do khaû naêng kích ngaét chaäm neân GTO ñöôïc söû duïng trong caùc boä nghòch löuñieàu cheá ñoä roäng xung (PWM) vôùi taàn soá ñoùng ngaét thaáp. Tuy nhieân, ñieàu naøy chaápnhaän ñöôïc trong caùc öùng duïng coâng suaát lôùn. Maïch ñieàu khieån kích ngaét GTO coù giaùthaønh töông ñöông giaù thaønh linh kieän. Ñoä suït aùp cuûa GTO khi daãn ñieän cao hôn khoaûng 50% so vôùi thyristor nhöngthaáp hôn 50% so vôùi IGBT vôùi cuøng ñònh möùc. GTO coù khaû naêng chòu taûi coâng suaátlôùn hôn IGBT vaø ñöôïc öùng duïng trong caùc thieát bò ñieàu khieån heä thoáng löôùi ñieän(FACTS Controller) ñeán coâng suaát vaøi traêm MW. GTO ñöôïc chia laøm hai loaïi - loaïi cho pheùp chòu aùp ngöôïc (symmetrical), vaøloaïi “noái taét anode” (anode short GTO thyristor) chæ coù khaû naêng khoaù aùp thuaän trò soálôùn. Loaïi thöù nhaát coù caáu truùc gioáng nhö SCR, coù khaû naêng chòu ñöôïc aùp khoùa vaø aùpngöôïc vôùi giaù trò lôùn gaàn nhö nhau. Loïai thöù hai- GTO coù anode noái taét, coù moät phaànlôùp J1 bò noái taét nhôø lôùp n+ (H.26e). Do ñoù, khaû naêng khoùa aùp ngöôïc cuûa loïai GTOnaøy keùm, baèng khaû naêng chòu aùp ngöôïc cuûa lôùp J3 (khoaûng döôùi 15V). Tuy nhieân, buølaïi, caáu taïo cuûa noù cho pheùp ñaït ñöôïc khaû naêng chòu aùp khoùa vaø doøng ñieän lôùn cuõngnhö khaû naêng giaûm suït aùp khi daãn ñieän vaø noù thích hôïp cho caùc öùng duïng ñoøi hoûi taànsoá ñoùng ngaét lôùn nhöng khoâng caàn khaû naêng chòu aùp ngöôïc cao (chaúng haïn caùc boänghòch löu aùp). Ñeå taêng cöôøng hieäu quaû söû duïng, caùc GTO coøn ñöôïc cheá taïo vôùidiode ngöôïc tích hôïp trong linh kieän (reverse conducting GTO Thyristor hoaëcasymmetric GTO). Caáu taïo linh kieän goàm phaàn GTO coù anode ñoái xöùng vaø phaàn goïilaø diode phuïc hoài nhanh (fast recovery diode) - xem hình H1.26f, cho pheùp linh kieändaãn doøng ñieän ngöôïc maø khoâng caàn laép ñaët diode ngöôïc ôû ngoøai linh kieän, laøm giaûmkích thöôùc vaø khoái löôïng maïch ñieän sö ...