GTO-þýristor er öflugur rofi sem hægt er að kveikja og slökkva á með hliðinu sínu. Þegar hún er í gangi rennur straumur frá anóðunni til katóðunnar. Ólíkt SCR er hægt að slökkva á GTO með neikvæðum hliðarstraumi, sem minnkar þörfina fyrir auka skiptihluti. Þessi grein veitir upplýsingar um grunnatriði, gerðir, hliðadrif, rofa og vernd.
Grunnatriði GTO-þýristorsins
Hvað er GTO-thyristor?
Hlið-slökkva þýristor (GTO) er þýrisor-gerð rofi sem hægt er að kveikja og slökkva á í gegnum hliðartengið. Þegar hún er kveikt, leiðir hún straum í eina átt frá anóðunni (A) til katóðunnar (K). Ólíkt hefðbundnum þýristorum er hægt að slökkva á GTO með hliðarmerki, sem minnkar þörfina fyrir ytri skiptihringrásir. Það er notað í forritum sem krefjast mikils straums og spennumeðhöndlunar.
GTO vs SCR í rásastýringu
Samanburðartafla eiginleika
| Eiginleiki | SCR (Hefðbundinn Thyristor) | GTO Thyristor |
|---|---|---|
| Kveiktu á | Hliðarpúls | Hliðarpúls |
| Slökktu á | Þarf umbreytingu eða straumur þrýst undir að halda straumi | Neikvæður hliðarstraumur slekkur á honum |
| Stjórnunarstig | Hálfstýrt | Fullkomlega stjórnað (hliðstýringar Á og AV) |
| Áhrif á rás | Aukahlutir eru oft nauðsynlegir | Minni háð umbreytingu, en sterkur hliðardrif er nauðsynlegur |
Áhrif á umbreytingu í raunverulegum breytum
SCR heldur áfram að leiða eftir að það er kveikt á því þar til rásin þrýstir straumnum niður fyrir viðhaldsstigið. Vegna þessa þurfa margar SCR rásir viðbótar skiptihluta eða sérstaka rásartímasetningu til að slökkva á tækinu. Þetta getur gert breytinn stærri og flóknari.
GTO getur verið skipað að slökkva á í gegnum hliðið, svo rásin þarf ekki alltaf sömu skiptanet. Að slökkva á GTO er ekki ókeypis. Hliðardrifarinn þarf að skila háhámarkshliðarstraumi til að slökkva á og tímasetningin þarf að vera vandlega stjórnað til að forðast álag á tækið.
Innri smíði GTO
Uppbygging PNPN og hegðun tengipunkta
Inni er GTO byggt sem fjögurra laga PNPN tæki með þremur tengjum (J1, J2 og J3), svipað og SCR. Þegar kveikjuljós er sett á hliðið byrjar tækið að leiða og læsist svo Á, sem þýðir að það getur haldist KVEIKT jafnvel eftir að hliðarmerkið hefur verið fjarlægt, svo lengi sem straumurinn heldur áfram að renna fram á við.
Munurinn er sá að GTO er gert svo hliðið getur líka hjálpað til við að slökkva á því. Við slökkvun er hliðið knúið til að fjarlægja hleðslubera úr tækinu. Með færri hleðsluberum í boði veikist innri kerfið sem heldur GTO læstu og leiðni getur stöðvast.
Hönnun frumna og samnýting straums
Flestir GTO eru ekki gerðir sem eitt stórt rofasvæði. Í staðinn nota þær frumubyggingu, sem þýðir að flagan er skipt í margar litlar þyristorfrumur sem eru tengdar samhliða. Þessi uppsetning hjálpar til við að dreifa straumnum jafnar yfir tækið, frekar en að safnast saman á einum stað.
Þegar straumurinn er jafnari er rofinn stöðugri og tækið er ólíklegra til að hafa lítil svæði sem hitna mun meira en önnur. Þetta styður mýkri kveikju og slökkva þegar farið er með mikla strauma.
GTO rekstrarstöður í breytum
Framherjablokkunarástand
Í framvirkum hindrunarástandi er GTO SLÖKKT, en framspenna er lögð yfir það. Tækið heldur aftur af þeirri spennu, svo aðalstraumurinn rennur ekki. Aðeins örlítil lekastraumur getur farið í gegnum tækið þegar það er að stífla, sem er eðlilegt. Helstu atriðin: Hindrar framspennu þegar hún er slökkt, og aðeins lekastraumur rennur.
Framleiðniástand
Í framleiðnistöðu er GTO Á og flytur aðalstrauminn frá anóðu til katóðu. Spennan yfir tækinu verður mun lægri en í lokunarástandinu, en hún fellur ekki niður í núll. Þessi eftirliggjandi spenna er innstreymisfall og veldur leiðnitapi á meðan GTO ber straum.
Öfug hegðun
Öfug hegðun fer eftir tegund tækisins. Samhverfur GTO getur lokað spennu í báðar áttir, svo hann getur séð um öfuga hindrun án þess að bæta við leið. Ósamhverfur GTO er ætlaður til að hindra framspennu, þannig að afturstreymi er meðhöndlaður með andstæðri samhliða díóðu sem er tengd yfir tækið.
Hliðstýring og rofhegðun í GTO
Grunnatriði hliðastýringar: +Ig fyrir ON, −Ig fyrir OFF
GTO-hlið er straumstýrt, ekki spennudrifið. Til að kveikja á tækinu er jákvæður hliðarstraumur lagður frá hliðinu (G) til katóðunnar (K). Þetta byrjar leiðni innan PNPN byggingarinnar og tækið getur fest sig í ON ástandið.
Til að slökkva á tækinu er neikvæður hliðarstraumur beittur. Þessi neikvæði straumur hjálpar til við að draga hleðslubera út úr tækinu og stöðvar þannig leiðni. Að slökkva á er ekki gert með litlu ljósi. Það þarf mikinn hámarks neikvæðan hliðarstraum í stuttan tíma til að neyða tækið úr leiðni.
Kveikingarferli: Straumútbreiðsla og di/dt stýring
Þegar GTO byrjar að kveikja á sér byrjar leiðni nálægt hliðarsvæðinu og dreifist svo yfir restina af tækinu. Ef straumurinn hækkar of hratt geta fyrstu leiðandi svæðin borið of mikinn straum áður en restin af flísinni fer alveg í gang. Þetta getur valdið ójafnri upphitun og streitu, svo hraði straumsins (di/dt) er oft stjórnaður.
Raðinduktans eða mettunarkljúfur getur verið notaður til að hægja á straumaukningu. Hliðarstraumurinn getur einnig verið mótaður þannig að kveikjan dreifist jafnar yfir tækið. Lág spóluaflleið hjálpar til við að draga úr óæskilegum toppum og styður jafnara straumflæði á meðan á skiptingu stendur.
Slökkvunarferli: Flutningsflutningur og stélstraumur
Að slökkva á GTO notar neikvæðan hliðarstraum til að fjarlægja hleðslubera sem geymdir eru inni í tækinu. Jafnvel eftir að slökkviskipunin er sett á, getur straumurinn ekki fallið strax niður í núll. Margir GTO hafa halastraum, þar sem minni straumur helst í stuttan tíma á meðan eftirliggjandi hleðsla hverfur. Þessi stélstraumur eykur rofatap og hefur áhrif á spennustýringu sem þarf við slökkvi.
Slökkvunartap eykst vegna þess að straumur getur enn verið til staðar á meðan spenna tækisins hækkar. DV/DT streita getur einnig verið meiri á þessu tímabili. Þar sem halstraumurinn tekur tíma að hverfa, takmarkar það hversu hratt tækið getur skipt aftur og aftur.
Tíðnitakmörk á rofi
GTO eru takmörkuð við lága kHz skiptingu, eftir einkunnum tækisins og rásarskilyrðum. Hleðslugeymsla og stélstraumur auka rofatap, svo tíðnin er oft ákveðin af hita- og tapmörkum frekar en eingöngu af stjórnunarhraða.
Rafmagnshegðun GTO
V–I ferill: Læsingar- og lokunarsvæði
GTO hagar sér svipað og venjulegur þýristor þegar litið er á spennu–straum (V–I) ferilinn. Í slökktu ástandi getur það hindrað framspennu og aðeins lítill leki streymir. Þegar hún er kveikt á ON, fer hún í leiðni og straumurinn eykst á meðan spennan yfir tækinu lækkar í mun lægra stig.
Eftir að hann festist Á, heldur GTO áfram að leiða svo lengi sem aðalstraumurinn helst yfir haldmarki sínu. Ólíkt SCR er hægt að ýta GTO aftur í lokunarástandið með því að beita neikvæðum hliðarstraumi. Þessi slökkviaðgerð hefur takmörk, þar sem tækið þarf nægan neikvæðan hliðarstraum og réttar aðstæður til að stöðva leiðni á öruggan hátt.
Grunnatriði leiðnitaps
| Breytur | Hvað segir það þér? | Af hverju skiptir það máli? |
|---|---|---|
| Spennufall í ástandi (V_ON) | Spenna yfir tækið á meðan á er kveikt | Hærri V_ON þýðir meiri hiti |
| Álagsstraumur (I) | Straumur í gegnum tækið | Því hærra sem I er, því meiri dreifing |
| Leiðnitap | Um það bil V_ON × | Hefur áhrif á þörf fyrir hitafjarlægingu |
Algengar GTO-gerðir og áhrif rása
GTO gerðir
| Tegund | Öfug lokun | Dæmigerð notkun |
|---|---|---|
| Samhverft (S-GTO) | Há öfug blokkun | Nútímalegar stílhönnun |
| Ósamhverf (A-GTO) | Lág öfug blokkun | Spennugjafainverterar (með díóðu) |
| Afturvirk leiðsla (RC-GTO) | Samþætt díóða | Þéttir inverter-einingar |
Valathugasemdir
• Ef öfug straumleið er til staðar, settu inn díóðulausn, annaðhvort ytri eða samþætta
• Passa öfuga hindrunargetu við topólógíu breytisins og vænta spennustefnu breytisins
• Íhugaðu hvort nauðsynlegur tækjategund sé fáanleg í viðeigandi pakka eða einingu fyrir nauðsynlegt aflstig
Þörf á hliðarbílstjóra fyrir GTO
Kröfur um háhámarkshliðarstraum
GTO-hliðastjóri þarf að veita straum í báðar áttir því hliðstýringarnar kveikja og slökkva. Við kveikju skilar hún sterkum jákvæðum hliðarstraumi til að hefja leiðni hratt og hjálpa tækinu að kveikja jafnt. Við slökkvun skilar það sterkum neikvæðum hliðarstraumi sem dregur hleðslubera út úr tækinu og stöðvar strauminn.
Púlstími og púlslengd skipta máli vegna þess að tækið þarf nægan hliðarstraum nógu lengi til að ljúka rofanum. Ef slökkpúlsinn er of veikur eða of stuttur, gæti tækið ekki slökkt alveg á sér, sem skilur það eftir í álagi og óstöðugu ástandi.
Lág-segul uppsetning og púlsmótun
Lág segulspóla í hliðarleiðinni er grundvallaratriði vegna þess að spólan vinnur gegn hraðum straumbreytingum. Ef lykkjuinduktansið er hátt verða hliðstraumsbreytingar hægari, sem leiðir til óæskilegra spennutoppa. Þetta getur leitt til ójafns rofs og staðbundinnar hitunar við kveikju eða slökkvi. Þétt, lág segul uppsetning hjálpar hliðarpúlsum að ná hreint til tækisins, og púlsmótun getur jafnað straumhækkun og -lækkun enn frekar.
Vernd og örugg skipting fyrir GTO
| Áhætta | Hvað gerist | Lausn |
|---|---|---|
| Hátt di/dt við kveikju | Straumur getur þröngvað sér inn á litla svæði og valdið ofhitnun | Raðinductans, hliðarmótun |
| Hátt dv/dt við slökkt á | Spennutoppar geta komið fram á meðan halastraumurinn er enn í gangi | RC snubber, klemmunet |
| SOA brot | Sameinaður straumur, spenna og tímaálag fer yfir takmörk tækja | Samræmd hliðastýring og vernd |
Leiðarvísir um notkun GTOs
Kostir og gallar GTO
| Kostir | Ókostir |
|---|---|
| Hliðstýrð afslökkun dregur úr háð umskiptum | Stór hliðarstraumur er nauðsynlegur, sérstaklega fyrir slökkvun |
| Ræður við mjög háa spennu og straum | Stélstraumur eykur tap og takmarkar tíðni rofa |
| Staðfest frammistaða í háaflsbreytingu | Verndarnet auka flækjustig rása |
Notkunarsvið þar sem GTO passar
• Drif- og járnbrautadrif
• Þungar iðnaðarmótoradrif
• Háafls inverterar og chopperar
Nútíma valkostir
| Tæki | Af hverju er það notað? | Kostur á móti GTO |
|---|---|---|
| IGCT | Háaflrofi í thyristorfjölskyldunni | Hraðari og skilvirkari slökkvun |
| IGBT | Algengt val fyrir margar inverterhönnun | Spennudrifin hlið og hærri rofatíðni |
Niðurstaða
GTO tæki ráða við mjög háa spennu og straum, en takmörk þeirra móta hönnun breytisins. Kveikjan þarf að stjórna di/dt svo straumurinn dreifist jafnt. Slökkvun þarf mikinn neikvæðan hliðarpúls, og halstraumur eykur tap og dv/dt álag, sem heldur áfram að skipta á lágu kHz sviði. Öfug hegðun fer eftir tegund: samhverfar blokkir í báðar áttir, ósamhverf krefst andstæðrar samhliða díóðu, og RC-GTO inniheldur díóðu fyrir öfugan straum.
Algengar spurningar [Algengar spurningar]
Hvaða hliðarspenna knýr GTO?
Næg spenna til að knýja fram nauðsynlegan hliðarstraum (+Ig og −Ig).
Hvernig staðfestir maður að GTO sé KVEIKT?
Anode–katóðuspenna er lág á meðan aðalstraumurinn rennur.
Hvernig staðfestir maður að GTO sé ÓVIRKT?
Aðalstraumurinn er nær núlli á meðan tækið heldur blokkspennunni.
Af hverju að halda hliðarleiðinni stuttri?
Til að draga úr segul og hringingu skaltu halda hliðarpúlsinum hreinum.
Hvað er endurvirkjun slökkvunar?
GTO kveikir aftur á sér eftir slökkviskipun vegna mikils dv/dt eða hliðarhljóðs.
Hvað setur raunhæft tíðnimörk fyrir rof?
Varmatakmörkun vegna leiðni og slökktunar, stélstraumstap.
