门关断可控硅元件

在本教程中,我们将学习一种特殊类型的晶闸管门关断可控硅元件。我们将学习它的建设、电路符号、vi特点,工作原理和一些常见的应用门关断可控硅元件。

介绍

虽然晶闸管广泛应用于高功率应用,它总是从一种半控制状态的设备之中。即使它可以通过应用门开启的信号,它必须被打断当前主要使用整流电路。

直流直流和直流到交流的转换电路,这成为一个严重的缺陷与晶闸管由于缺乏自然电流零(如在交流电路的情况下)。因此,门关闭晶闸管(GTO)的发展解决了晶闸管的主要问题确保关闭机制通过门码头。

矩形脉冲断开

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关断晶闸管门的基础

门关断可控硅元件或GTO三个终端,双相(当前控制的少数载流子)半导体开关装置。与传统的晶闸管,终端是阳极,阴极和门如下图所示。顾名思义,它门关闭功能。

这些不仅能够打开主流栅极驱动电路,还关机。一个小积极当前触发GTO门传导模式,门也被一个负脉冲,它能够被关闭。在下面图观察,门口有双箭头从正常区分GTO晶闸管。这表明双向电流穿过门码头。

矩形脉冲断开符号

门当前需要关掉GTO相对较高。例如,GTO额定4000 v和3000年可能需要-750门电流开关。所以GTO的典型关掉增益低,4到5的范围。由于这个大负电流,之所以在低功率应用中使用。

另一方面,在导电状态GTO的行为就像一个晶闸管与一个小国家的电压降。之所以比可控硅开关速度快,具有较高的比功率晶体管电压和电流评级。

几个品种的矩形脉冲断开可用在今天的市场不对称和对称电压的能力。矩形脉冲断开与相同的正向和反向阻断能力称为对称矩形脉冲断开(S-GTOs)。这些都是用于电流源逆变器,但这些都是有点慢。大多不对称矩形脉冲断开(A-GTOs)使用由于其低电压降和稳定的温度特性。

这些不对称的矩形脉冲断开有明显的反向电压能力(通常20到25 V)。这些使用反向电压时,它永远不会发生或反向进行二极管在电路连接。本文描述了只有不对称的矩形脉冲断开。

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建设

考虑以下结构的矩形脉冲断开,这几乎是类似于可控硅。这也是一个四层,三结pnpn型设备标准的晶闸管。在这方面,n +层阴极一端是高度掺杂获得发射器效率高。这个结果:结J3的击穿电压较低,通常在20到40伏。

p型掺杂水平门高度分段,因为掺杂水平应该保持高排放效率低,而有一个好的关闭特性,掺杂的这个区域应该很高。此外,门和阴极应高度interdigited各种几何形式优化当前关闭功能。

矩形脉冲断开建设

P +阳极之间的连接和N基础称为阳极连接。重掺杂P +阳极区域需要获得更高的效率阳极结这一个好打开属性。然而,这样的矩形脉冲断开的关闭功能的影响。

这个问题可以解决通过引入重掺杂在P + N +定期层阳极层如图。所以这个N +层直接接触N层结j - 1。这使电子从基地N地区直接阳极金属接触不会造成孔注射P +阳极。这叫做阳极短路GTO结构。

由于这些阳极短裤,GTO的反向阻断能力:结j3的反向击穿电压降低,从而加速关闭机制。

然而,随着大量的阳极短裤,阳极连接的效率降低,因此,打开的GTO降解性能。因此,仔细考虑要采取这些阳极的密度短裤打开或关闭性能好。

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操作原理

GTO的打开操作类似于一个传统的晶闸管。当阳极终端积极对阴极电流通过应用积极的门,从门孔电流注入正向偏压阴极p-base结。

这导致的发射电子从阴极向阳极终端。这导致从正极端子孔注入到基地区域。空穴和电子的注入持续直到GTO进入导电状态。

在晶闸管的情况下,打开区域传导开始最初的阴极附近门码头。因此,通过等离子体扩散其余地区进入传导。

与晶闸管,GTO由严重的狭窄的阴极元素与门终端互相交叉,从而初步开启面积很大,等离子体扩散很小。因此,GTO很快进入导电状态。

矩形脉冲断开开关

关闭进行GTO,应用反向偏压门口的门-对阴极。孔的一部分从提取P基础层的门压制阴极电子的注入。

为了应对这一情况,提取更多的空穴电流通过门结果更抑制电子从阴极。最终,p基结引起的电压降来反向偏压阴极连接,因此GTO门关闭。

在洞里提取过程中,p-base地区逐渐枯竭,这样传导区域挤压。这个过程持续,阳极电流流经偏远地区形成高电流密度细丝。这将导致地方热点会损坏设备,除非这些细丝迅速熄灭。

通过非门高电压的应用这些细丝正在迅速消失。由于N基地区域存储电荷,阳极栅电流继续即使阴极电流停止流动。这被称为尾电流衰减指数减少多余的电荷载体的重组过程。一旦尾电流降低泄漏电流水平,设备保持正向阻断特性。

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vi特点

在打开,类似GTO晶闸管在其运作。所以第一象限特征类似于可控硅。积极对阴极阳极时,该设备在阻塞模式。由应用程序的积极信号触发GTO门进入导电状态。

向前闩锁电流和泄漏电流是相当高的GTO晶闸管相比,如图。门驱动可以删除如果阳极电流高于保持电流水平。

但是建议不要删除积极的门开在传导和持有价值超过最大临界门电流。这是因为阴极被细分成小的手指上面讨论元素协助关闭过程。

这将导致阳极电流跌破保持电流水平瞬变,这迫使高速度高的阳极电流回矩形脉冲断开。这可能是潜在的破坏性。因此,一些制造商建议期间连续门信号传导状态。

矩形脉冲断开特点

之所以可以被反向门当前的应用程序可以一步或坡道驾驶。之所以可以关闭没有扭转阳极电压。图中的虚线显示了一个感应电流-电压轨迹在关闭负载。应该注意的是,在关闭期间,之所以可以阻止一个额定正向电压。

为了避免dv / dt触发和保护设备关闭期间,一个推荐值之间的电阻必须连接门和阴极或小的反向偏置电压(通常2 v)必须保持门码头。这可以防止门阴极连接成为正向偏压和因此GTO维持在关闭状态。

在反向偏置条件GTO,阻断能力取决于类型的矩形脉冲断开。对称GTO高反向阻断能力而非对称矩形脉冲断开一个小反向阻断功能如图。

可以看出,在反向偏置条件下,后一个小反向电压(20到30 V) GTO开始进行相反方向由于阳极结构。这种模式的操作不破坏设备提供门负偏压和这个操作的时候应该小。

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门关断晶闸管应用

由于优点像优秀的开关特性,不需要变换电路,不需维护的操作等使GTO主要在晶闸管在许多应用程序中使用。它主要被用作控制装置在直升机和逆变器。其中的一些应用程序

  • 交流驱动器
  • 直流驱动器或直流直升机
  • AC稳定电力供应
  • 直流断路器
  • 感应加热
  • 和其他低功耗应用程序

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2反应

  1. 嗨。我设计一个加热器自动控制(打开或关闭)用GTO和arduino。所以我怎么能关闭加热器提供220 v和30 ?或者你可以建议一个更好的开关呢?

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