ゲートターンオフサイリスタとその動作とは

「サイリスタ」は、電源回路のスイッチとして広く使用されている半導体デバイスです。 P型とN型の材料を交互に重ねたサイリスタは、XNUMX層構造に設計されています。 XNUMXリードとXNUMXリードの両方の設計で利用できます。 サイリスタのXNUMXリード設計は、アノード、カソード、およびゲートリードで構成されています。 サイリスタは通常、ゲートリードが電流でトリガーされると導通を開始し、一度オンになると、デバイスの電圧が反転または除去されるまで連続的に導通します。 長い間、これがサイリスタをオフにする唯一の方法であり、直流アプリケーションへの適用を困難にしました。 その後、サイリスタをオンおよびオフにする簡単な方法を実装することにより、サイリスタのこの欠点を取り除く新しい設計が導入されました。 この新しい設計は「ゲートターンオフサイリスタ」と名付けられました。ゲートターンオフサイリスタとは何ですか？ゲートターンオフサイリスタは一般に「GTO」とも呼ばれます。 これは、サイリスタのXNUMXリード設計のXNUMXつです。 名前が示すように、GTOは、ゲート回路に電流トリガーを適用することでオンとオフの両方が可能なサイリスタの改良された設計です。 ゲートターンオフサイリスタのこの機能により、DCが使用されるデバイスのアプリケーションが可能になります。これは、以前のサイリスタには当てはまりませんでした。 ゲートターンオフサイリスタの基本ゲートターンオフサイリスタの基本の一部を以下に示します：ゲートターンオフサイリスタは高出力半導体サイリスタですこれらは完全に制御可能なスイッチであり、ターンオンとターンオフの両方の機能を実行できます。動作中のデバイスの破壊を防ぐため、GTOには、ターンオンおよびターンオフ電流を制御するための追加の外部回路が必要です。このデバイスは「GeneralElectric」で発明されました。GTOはアクティブ半導体デバイスです。GTOSymbolGTOはXNUMXリードサイリスタであるため、アノードリード、カソードが含まれています。 -リード、およびゲートリード。 ゲートターンオフサイリスタの記号は、ゲート端子を除いてSCRサイリスタと非常によく似ています。 ゲートターンオフサイリスタは、デバイスのオンとオフの両方が可能です。 この機能はゲート端子で発揮されるため、ゲート端子はサイリスタのこの特徴を象徴する双方向矢印接続で表されます。 下の図は、ゲートターンオフサイリスタの記号を示しています。ゲートターンオフサイリスタのシンボルゲートターンオフサイリスタの構造ゲートターンオフサイリスタは、XNUMX層のPNP-P構造を持っています。 領域は、P +、N-、P、N +として表されます。 デバイスのアノードは、高濃度にドープされたP +層に接続されています。 デバイスのカソードは、高濃度にドープされたN +層に接続されています。 ゲートは、別の高濃度にドープされたP +領域にも接続されています。 GTOの構造を以下に示します。ゲートターンオフサイリスタの構造動作ゲートターンオフサイリスタの動作を理解するには、そのターンオンとターンオフの両方のメカニズムを確認する必要があります。ターンオンメカニズムSCRと同様に、GTOは、カソードに対して正のパルスを印加することでオンにできます。そのゲート端子に。 しかし、このGTOのターンオンプロセスは、SCRのプロセスほど信頼性がありません。 ターンオフメカニズムゲートターンオフサイリスタをオフにするには、カソードに対して負のゲートパルスがゲート端子に印加されます。 負のパルスを適用すると、電荷キャリアがアノード領域とゲート領域から排出されます。通常、GTOには逆電圧をブロックする能力があります。 ただし、ブロッキング容量は低くなります。 そのため、GTOは並列に接続され、ターンオフ抵抗が増加します。 逆電圧をブロックできるGTOは、対称GTOサイリスタS-GTOとして知られています。 逆電圧をブロックできないGTOは、非対称GTOサイリスタ、A-GTOとして知られています。 S-GTOは電流源インバーターとして使用されます。 A-GTOは、電圧源インバーター、DCトラクションチョッパーとして使用されます。VI特性GTOのVI特性には、次のものがあります。逆バイアス特性逆バイアス状態では、カソードはアノードに対して正です。 この時点で、N +層、P層接合、およびN-層、P +層接合は逆バイアスされます。 したがって、これらの1つの逆バイアスされた接合部は、カソードからアノードへの電流の流れを許可しません。 その結果、逆バイアス状態の場合、デバイスにはごくわずかな電流が流れます。 この領域でブレークダウンが発生すると、より大きな電流が流れます。順方向バイアス特性順方向バイアス状態では、アノードはカソードに対して正です。 これで、N +、P接合、およびN-、P +接合の両方が順方向にバイアスされた状態になります。 ここで、中央の接合部P、-Nは逆バイアスされます。 このため、接合が破壊される前に流れる電流はごくわずかです。 この時点で、正のパルスが印加されると、ブレークダウンが発生し、デバイスの電源がオンになります。 故障後、回路には大量の電流が流れます。 デバイスの電源がオンになったら、負のゲートパルスを適用してGTOをオフにする必要があります。 ここで、適用される負のゲートパルスは、アノード電圧の3分のXNUMXからXNUMX分のXNUMX、つまりXNUMX/XNUMX *アノード電圧である必要があります。 このゲート定格は、デバイスを購入するときにも遵守する必要があります。GTO特性VI定格が1600vのGateTurnoffサイリスタの場合、350Aのターンオン電圧は3.4ボルトです。 GTOのターンオン時間は2マイクロ秒で、オンになるのに8マイクロ秒かかるSCRよりもはるかに高速です。 GTOはSCRより15倍高速です。 GTOのターンオフ時間は1マイクロ秒です。 GTOは2kHzまでの周波数で動作できます。 GTOをオンにするために適用されるゲート電流は200アンペアであり、オフにするために必要なゲート電圧はXNUMXアンペアであり、これは高すぎます。 このため、GTOのゲート端子には複雑な回路設計が必要です。 集積ゲート転流サイリスタ（IGCT）と呼ばれる新しいバージョンのGTOが市場に導入されており、ゲート端子にアンプが組み込まれているため、デバイスはより低いターンオフ電流で動作できます。アプリケーションGTOのアプリケーションには次のものがあります。 .GTOは、ACドライバー、DCチョッパー、DC回路ブレーカー、および誘導加熱システムで使用されます。 これらは、高出力インバーターや可変速モータードライブにも適用されます。 現在、ゲートターンオフサイリスタは集積ゲート転流サイリスタに置き換えられています。ターンオフプロセスを支援するために、ゲートターンオフサイリスタは多数のサイリスタを並列に接続することによって構築されています。 デバイスの電源を入れた後でも、信頼性を高めるには、少なくとも少量のゲート電流を保持する必要があります。 ゲートターンオフサイリスタには、ターンオンプロセス中の過熱や損傷からデバイスを保護するためのスナバ回路も備わっています。 ゲートターンオフサイリスタをオフにするには、どの電流を流しますか？

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