PRINCIPII ELEMENTARE DE FUNCTIONARE ALE TIRISTOARLOR GTO

PRINCIPII ELEMENTARE DE FUNCTIONARE ALE TIRISTOARLOR GTO

Tiristorul cu blocare pe poarta ( GTO = Gate Turn - Off Thyristor ) este un dispozitiv cu structura pnpn, care poate fi amorsat si blocat cu semnale pozitive, respectiv negative, aplicate pe terminalul de comanda (poarta), fara inversarea polaritatii tensiunii externe, aplicate intre anod si catod. Dispozitivul GTO imbina proprietatile de baza ale unui tiristor conventional (sensibilitate inalta la semnale de amorsare aplicate pe poarta, capabilitate ridicata de blocare a tensiunii in direct/invers) cu cele ale unui tranzistor bipolar (in primul rand, faptul ca poate fi stins prin aplicarea semnalelor negative pe terminalul de comanda).

Posibilitatea stingerii pe poarta a dispozitivelor GTO confera un grad superior de flexibilitate in implementarea unor aplicatii de forta (invertoare, contactoare statice, choppere, generatoare de imulsuri, etc.) si determina simplificarea atat a sistemelor de comanda, cat si a circuitelor de putere care utilizeaza aceste tiristoare. Avantajul utilizarii dispozitivelor GTO in locul tiristoarelor conventionale este evidentiat in figura 16. In aceasta schema "clasica", tiristorul principal T_P este utilizat in calitate de comutator electronic, care controleaza curentul (nivelul de putere) in sarcina R_L. Tiristorul auxiliar T_A     si capacitorul C sunt utilizate pentru stingerea tiristorului principal T_P. Rezistorul R₁ este folosit pentru limitarea valorii curentului anodic al tiristorului T_A. Fiecare dintre tiristoarele conventionale (T_A si T_P) este amorsat de propriul sau circuit electronic de comanda. Utilizarea unui singur tiristor GTO in scopul controlului nivelului de putere in sarcina R_L permite :

a) diminuarea substantiala a numarului de componente electronice necesare in aplicatia mentionata, prin utilizarea unui singur dispozitiv semiconductor activ, simultan cu eliminarea capacitorului C si a rezistorului R₁;

b) micsorarea gabaritului, in special datorita eliminarii unui tiristor si capacitor C, a carui valoare (volum) este direct proportionala cu nivelul de putere comutat;

c) simplificarea circuitelor electronice de comanda pe poarta;

d) cresterea fiabilitatii in functionare;

e) diminuarea costurilor, ca urmare a avantajelor enumerate la a) - d);

Unul dintre avantajele principale ale tiristorului GTO - in comparatie cu tranzistoarele bipolare de putere - consta in puterea relativa redusa consumata de poarta in timpul functionarii dispozitivului in calitate de comutator. Astfel, spre deosebire de tranzistorul bipolar, tiristorul GTO necesita semnale corespunzatoare pe poarta numai pe durata proceselor tranzistorii de amorsare, respectiv de stingere, nu si in starea de conductie directa. Orice tiristor conventional poate fi blocat prin extragerea unui curent pe poarta. De regula, stingerea pe poarta a unui tiristor conventional de curent anodic redus (pana la 1 - 2 A) nu comporta probleme deosebite. Stingerea eficienta si fiabila pe poarta, intr-un timp relativ redus, a unui tiristor conventional de putere, operat la curenti anodici de ordinul zecilor si sutelor de amperi, nu este insa posibila. Pentru extragerea pe poarta a unui curent de valoare mare (zeci de amperi) in vederea intreruperii curentului anodic al dispozitivului, geometria (configuratia) interna poarta - catod a tiristorului trebuie sa indeplineasca anumite cerinte stricte. Tiristorul GTO este un comutator electronic specializat, avand o structura interna realizata cu scopul principal de a facilita stingerea rapida si fiabila pe poarta a dispozitivului. Aceasta structura este optimizata in vederea mentinerii parametrilor electrici principali ai dispozitivului GTO la valori tipice pentru tiristoarele conventionale din aceeasi clasa (arie si capsula identice).

Utilizarea metodelor de blocare, tipice pentru tiristoarele conventionale, in vederea stingerii unui comutator GTO, subutileaza posibilatile acestui dispozitiv, conferite de facilitate controlului pe poarta.

In afara de trasaturile distinctive ale configuratiei poarta - catod, care permit extragerea eficienta pe poarta a unei fractiuni importante a curentului anodic in timpul procesului de stingere, comportamentul unui dispozitiv GTO este similar cu cel al unui tiristor conventional.

De remarcat faptul ca aplicarea unui impuls negativ pe poarta unui tiristor conventional in cursul procesului sau de stingere are ca efect micsorarea timpului de blocare t_q. Tiristoarele conventionale specializate, in care semnalul negativ aplicat pe poarta "asista" procesul de stingere, micsorand timpul de blocare t_q, poarta denumirea de "tiristoare de blocare asistata de poarta".