- Điện áp ngược cho phép lớn nhất Ung,max.
1.2.8 GTO (GATE TURN-OFF Thyristor)
Thyristor thường được giới thiệu ở mục trên được sử dụng khá rộng rãi trong các mạch chính lưu cĩ điều khiển từ cơng suất vài W đến vài trăm MW. Tuy nhiên trong các mạch chỉnh lưu các thyritstor được khĩa lại một cách tự nhiên dưới tác dụng của điện áp lưới khi về khơng và chuyển sang giá trị âm. Bên cạnh đĩ các thyristor cũng được dùng khá phổ biến trong các mạch xung áp một chiều hay nghịch lưu với cơng suất lớn. Trong các bộ biến đổi này thì thyristor luơn làm việc với điện áp một chiều nên việc khĩa chúng lúc này khơng thể khĩa tự nhiên như trong các bộ chỉnh lưu mà địi hỏi cần phải cĩ các bộ chuyển mạch cưỡng bức khá phức tạp, kồng kềnh và tổn hao lớn làm giảm hiệu suất bộ biến đổi. Trước vấn đề như vậy thì cách đây khơng lâu vào những năm 80 của thế kỷ trước việc khĩa thyristor dùng các chuyển mạch được rất nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu đẻ khắc phục nhược điểm trên. Trên cơ sở đĩ GTO đã được ra đời, đây là loại van cơng suất đĩng cắt được bằng cực điều khiển nhưng cĩ khả năng chịu được dịng điện và điện áp cao. Để hiểu rõ hơn về GTO chúng ta nghiên cứu về cấu trúc và các phương pháp điều khiển ở phần sau:
a> Cấu trúc và ký hiệu:
n+ P+ n+ P+ P+ P+ n+ n+ n+ p n j1 j2 j3 Cùc ®iỊu khiĨn anot canot n+ Hình 1.36: Cấu trúc GTO G A G K An«t Cat«t phơ Cat«t Hình 1.37: Ký hiệu GTO
- Cấu trúc GTO phức tạp hơn so với các thyristor thường, và ký hiệu của GTO cũng thể hiện được tính chất điều khiển hồn tồn của nĩ. Đĩ là dịng điều khiển đi vào dùng để mở GTO, cịn dịng điều khiển đi ra dùng để khĩa GTO.
- Trong cấu trúc bán dẫn của GTO lớp P, anơt được bổ sung các lớp bán dẫn kiểu
n+. Dấu + bên cạnh ký hiệu kiểu dẫn điện p (lỗ), hoặc n (điện tử) được chỉ ra rằng mật độ các hạt mang điện tích được làm giàu thêm với mục đích làm giảm điện trở suất của vùng này khi dẫn. Cực điều khiển của GTO được nối vào lớp p thứ ba, nhưng được chia nhỏ và phân bố đều so với n+ của anot.
Nếu UAK > 0 khi chưa cĩ dịng điều khiển thì J1 và J3 được phân cực thuận, nên tồn bộ điện áp được đặt lên tiếp giáp J2 giống như cấu trúc SCR. Tuy nhiên với cấu trúc phức tạp như trên thì GTO cĩ nhược điểm là khả năng chịu điện áp ngược là rất thấp.
b> Phương pháp kích mở, khĩa và đặc điểm ứng dụng của GTO * Phương pháp mở GTO
Để mở một GTO thì việc thực hiện cũng giống như SCR thơng thường, tuy nhiên do cấu trúc bán dẫn khác nhau nên dịng duy trì của GTO cao hơ so với SCR. Do vậy biên độ dịng điều khiển địi hỏi phải cĩ giá trị cao hơn và thời gian duy trì xung điều khiển cũng địi hỏi phản lớn hơn. Khi GTO đã dẫn thì going SCR khơng cần duy trì xung điều khiển nếu vẫn đảm bảo được phân cực thuận (UAK>0). Như vậy GTO cũng được điều khiển bởi các xung cĩ thời gian ngắn nên cơng suất điều khiển khơng đáng kể.
Đối với GTO, việc kích mở cho dịng điện chảy qua nĩ và việc cắt dịng điện đều được thực hiện từ cực điều khiển G. Do đĩ, trong các thiết bị biến tần và các thiết bị băm điện áp cơng suất lớn, thay vì các thyritstor thơng thường, người ta thường dùng các GTO, vì nĩ cĩ thể loại bỏ được các phần tử chuyển mạch. GTO - trong thập kỷ 80, cĩ thể chịu được dịng điện 800A (trị hiệu dụng) và điện áp 4500V (trị cực đại).
* Phương pháp khố GTO:
Để khĩa GTO cần một xung dịng điện âm cĩ dạng như hình 1.20
Xung dịng điện này địi hỏi phải cĩ biên độ lớn khoảng 20 đến 25% biên độ của dịng điện iAK, một yêu cầu nữa là tín hiệu điều khiển địi hỏi tín hiệu điều khiển phải cĩ độ xườn dốc lớn khoảng 0,5 đến 1 s.
Để hiểu qúa trình khĩa của một GTO ta cĩ thể giải thích như sau: Khi GTO đang dẫn dịng thì phần l[ns các điện tích được tích tụ tại tiếp giáp J2 cho phép các điện
tích di chuyển từ anot đến cathot. Khi cĩ một xung điều khiển âm kích vào cực G với biên độ dịng lớn nĩ xẽ lấy đi một lượng các điện tích qua cực điều khiển, do vậy vùng dẫn điện bị thu hẹp lại về phía n+
. Kết quả là dịng điện iAK sẽ bị giảm dần về khơng, lúc này dịng điều khiển cần duy trì thêm một thời gian ngắn đề GTO khĩa hồn tồn. Để minh họa cho một mạch khĩa GTO đơn giản chúng ta phân tích một sơ đồ khĩa GTO sau:
EUc Uc 0 T 1 R 1 T 2 C 1 DZ1( 12 V) G C 2 A GTO K
a> Mạch điều khiển
iG
t
Xung điều khiển mở GTO
Xung điều khiển khĩa GTO
b> Dạng xung điều khiển
Hình 1.38: Mạch điều khiển và dạng xung dịng điện mở và khĩa GTO.
Khi Uc là một xung áp dương, tranzitor T1 mở, dịng điện từ nguồn E chảy vào cực G qua T1, R1, C1. GTO mở cho dịng chảy qua. Tụ điện C1 được nạp đến điện áp 12V.
Để khố GTO, người ta cho Uc là một xung áp âm, T1 bị khố, T2 mở, tụ điện C1 phĩng điện qua T2 - K - G - C1. GTO bị khố lại.
* Đặc điểm ứng dụng của GTO
* *Ưu điểm của GTO:
- Cấu hình mạch cơng suất đơn giản hơn. - Thể tích và trọng lượng nhỏ hơn.
- Khơng gây ra nhiễu điện và nhiễu âm.
- Khơng cĩ tổn thất chuyển mạch, và hiệu suất cao.
- So với tranzitor cơng suất thì GTO chịu được dịng và áp lớn hơn nhiều.
** Nhược điểm GTO
- Giá thánh cao
- Cần biên độ dịng điều khiển lơna và độ dốc cao - Tần số làm việc thấp
c> Các thơng số cơ bản của GTO
Về cơ bản các thơng số của Gto cũng giống như SCR, tuy nhiên để rõ hơn chúng ta xem bảng thơng số cảu một GTO sau :
1.2.9 Triac (Triode Alternative Current) P2 N1 P1 N2