Ein Halbleiterbauelement wie ein Thyristor ist kein vollst√§ndig gesteuerter Schalter. Die Funktionsweise ist wie folgt: Er kann √ľber einen Gate-Anschluss eingeschaltet werden, kann aber nicht √ľber einen Gate-Anschluss ausgeschaltet werden. Wenn der Thyristorschalter eingeschaltet ist, kann er nicht ausgeschaltet werden, selbst wenn wir die Gate-Impulse abschalten. Es gibt also keine Kontrolle, um den Thyristorschalter zu deaktivieren. Sobald der Hauptstrom unterbrochen wird, schaltet sich der Schalter aus.

Daher ist es schwierig, ihn in Anwendungen zu verwenden, bei denen die Hauptstromversorgung nicht unterbrochen werden darf. Wie bei der Umwandlung von DC-AC- und DC-DC-Schaltungen. Zur Deaktivierung des Thyristors muss eine teure und sperrige Kommunikationsschaltung verwendet werden.

Um dieses Problem zu √ľberwinden, wird der GTO-Baustein Was ist ein Gate Turn Off Thyristor & seine Funktionsweise Turn-Off Thyristor) verwendet. Dabei handelt es sich um ein stromgesteuertes Ger√§t, das einem normalen Thyristor √§hnelt.

In diesem Artikel wird ein √úberblick √ľber einen Gate Turn Off Thyristor gegeben. Was ist ein Gate-Turn-Off-Thyristor? Der Begriff GTO steht f√ľr Gate Turn off Thyristor. Es handelt sich um ein bipolares Halbleiter-Schaltger√§t, das wie ein herk√∂mmlicher Thyristor drei Anschl√ľsse hat, n√§mlich Anode, Kathode und Gate.

Er hat die Fähigkeit, das Gate abzuschalten. Dieses Bauelement wird zum Ein- und Ausschalten der Hauptstromversorgung durch eine Gate-Treiberschaltung verwendet. Die Grundlagen des Gate-Turn-Off-Thyristors werden im Folgenden erläutert. Gate Turn-Off Thyristor Das Symbol des Gate Turn-Off Thyristor ist unten dargestellt.

Um den GTO in den leitenden Zustand zu versetzen, ist ein kleiner positiver Gatestrom erforderlich sowie ein negativer Impuls an der Gateklemme; außerdem kann er abgeschaltet werden.

In der folgenden Abbildung sind Doppelpfeile zu sehen, die den Thyristor von einem gewöhnlichen Thyristor unterscheiden. Diese Pfeile geben vor allem den bidirektionalen Stromfluss durch den Gate-Anschluss an. GTO-Symbol Um den GTO zu deaktivieren, wird ein hoher Gatestrom verwendet.

Im leitenden Zustand arbeitet der Thyristor wie ein normaler Thyristor mit einem geringen Spannungsabfall im eingeschalteten Zustand. Die Schaltgeschwindigkeit dieses Gate-Turn-Off-Thyristors ist im Vergleich zu normalen Thyristoren schneller und er hat im Vergleich zu Leistungstransistoren auch hohe Strom- und Spannungswerte. Gegenwärtig sind verschiedene Arten von GTOs auf dem Markt erhältlich, darunter auch solche mit symmetrischer und asymmetrischer Spannung.

Bei den symmetrischen GTOs handelt es sich um GTOs, die sowohl in Vorw√§rts- als auch in R√ľckw√§rtsrichtung sperren k√∂nnen und in Stromquellenwechselrichtern eingesetzt werden, allerdings sind sie recht langsam. Asymmetrische GTOs (A-GTOs) sind vor allem wegen ihres geringeren Spannungsabfalls im EIN-Zustand und ihrer konstanten Temperatureigenschaften geeignet.

Aufbau des Gate-Turn-Off-Thyristors Der Aufbau des Gate-Turn-Off-Thyristors √§hnelt dem eines normalen Thyristors, da er 3 Anschl√ľsse und 4 PNPN-Schichten umfasst.

Ein GTO ist ein PNPN-Bauelement mit drei Anschl√ľssen wie Anode, Kathode und Gate. Bei dieser Art von Thyristor besteht der Anodenanschluss aus einer p+-Schicht mit darin verteilten n+-Fingern. Die N+-Schicht dieses Thyristors ist hoch dotiert, um einen hohen Emitter-Wirkungsgrad zu erzielen, und sie bildet den Kathodenanschluss.

Daher ist die Durchbruchsspannung Was ist ein Gate Turn Off Thyristor & seine Funktionsweise √úbergangs wie J3 niedrig, und der typische Wert der Durchbruchsspannung liegt zwischen 20 und 40 V. Der Dotierungsgrad der P-Schicht muss niedrig sein, um einen hervorragenden Emitter-Wirkungsgrad zu erzielen.

Ebenso muss die Dotierung des Bereichs hoch sein, um gute Ausschalteigenschaften zu erzielen. Aufbau eines Gate-Turn-Off-Thyristors Der Anoden√ľbergang kann definiert werden als der √úbergang zwischen der P+-Anode und der N-Basis.

Der hocheffiziente Anoden√ľbergang kann durch einen P+-Anodenbereich erreicht werden, der stark dotiert ist, so dass die Eigenschaften eines guten Einschaltens erreicht werden k√∂nnen. Allerdings werden die Ausschaltf√§higkeiten durch solche GTOs beeinflusst. Dieses Problem kann also durch die Einf√ľhrung von N+-Schichten gel√∂st werden, die in normalen Abst√§nden innerhalb der P+-Anodenschicht stark dotiert sind. An der Verbindungsstelle J1 wird diese N+-Schicht durch die N-Schicht in direkten Kontakt gebracht.

Auf diese Weise k√∂nnen die Elektronen vom Basisbereich zum Anodenmetallkontakt der P+-Anode bewegt werden, ohne dass es zu einer L√∂cherinjektion kommt, so dass dies als GTO-Struktur mit kurzgeschlossener Anode bezeichnet wird. Aufgrund dieser Anodenkurzschl√ľsse kann die Sperrkapazit√§t des GTO in Richtung der Durchbruchspannung des J3-√úbergangs reduziert und somit die Ausschaltfunktion erh√∂ht werden.

Durch mehrere Anodenkurzschl√ľsse kann jedoch der Wirkungsgrad des Anoden√ľbergangs verringert werden, wodurch sich die Einschaltleistung des GTO verschlechtern kann.

Daher muss die Dichte der Anodenkurzschl√ľsse f√ľr ein gutes Ein- und Ausschaltverhalten sorgf√§ltig ber√ľcksichtigt werden. Funktionsprinzip Das Funktionsprinzip des GTO ist das gleiche wie bei einem herk√∂mmlichen Thyristor. Sobald der positive Gatestrom angelegt wird, um den Anodenanschluss positiv gegen√ľber dem Kathodenanschluss zu machen, k√∂nnen die Elektronen vom Kathodenanschluss zur Anode erzeugt werden.

Dadurch wird die Injektion von Löchern mit Hilfe eines Anodenanschlusses im Basisbereich induziert. Diese Elektronen und Löcher werden so lange injiziert, bis der abgeschaltete Thyristor in den Leitungsbereich eintritt. Beim Thyristor beginnt die Leitung zunächst durch Einschalten des an den Gate-Anschluss angrenzenden Kathodenbereichs. Der verbleibende Bereich wird durch die Ausbreitung des Plasmas leitend.

Im Gegensatz zu einem Thyristor enth√§lt der Abschaltthyristor schmale Kathodenelemente, die durch den Gate-Anschluss stark miteinander verbunden sind, so dass der fr√ľhe Einschaltbereich extrem gro√ü ist und die Plasmaausbreitung gering ist. Daher kommt der Gate-Turn-Off-Thyristor sehr schnell in den Leitungsbereich. Am Gate-Anschluss kann eine Sperrvorspannung angelegt werden, um einen leitenden Thyristor auszuschalten, indem der Gate-Anschluss im Vergleich zur Kathode negativ gemacht wird.

In der P-Schicht kann ein Teil der L√∂cher √ľber den Gate-Anschluss extrahiert werden, um die vom Kathodenanschluss injizierten Elektronen zur√ľckzuhalten.

Als Antwort darauf kann ein zus√§tzlicher Lochstrom durch den Gate-Anschluss entfernt werden, was zu einer st√§rkeren Kontrolle der Elektronen vom Kathodenanschluss f√ľhrt. Schlie√ülich kann der Spannungsabfall am p-Basis-√úbergang eine Sperrspannung im Kathoden-√úbergang des Gates verursachen, wodurch der Thyristor deaktiviert wird. W√§hrend des gesamten Prozesses der L√∂cherextraktion wird die Fl√§che der p-Basis langsam ersch√∂pft, so dass der Leitungsbereich zusammengedr√ľckt werden kann.

Wenn sich dieser Vorgang fortsetzt, flie√üt der Anodenstrom in abgelegenen Bereichen, indem sich F√§den mit hoher Stromdichte bilden. Dies kann zu begrenzten Hot Spots f√ľhren, die das Bauelement besch√§digen k√∂nnen, wenn diese Gl√ľhf√§den nicht schnell gel√∂scht werden. Beim Anlegen einer hohen negativen Gate-Spannung werden diese Gl√ľhf√§den schnell gel√∂scht.

Aufgrund der gespeicherten Ladung im N-Basisbereich flie√üt der Strom von der Anodenklemme zum Gate kontinuierlich, obwohl der Kathodenstrom angehalten wird. Dies wird als Schwanzstrom bezeichnet, der exponentiell abnimmt, wenn die √ľbersch√ľssigen Ladungstr√§ger durch den Rekombinationsvorgang abgebaut werden. Wenn der Schwanzstrom auf ein Leckstromniveau gesunken ist, beh√§lt das Bauelement die Eigenschaften der Weiterleitungssperre bei. V-I-Charakteristik Die V-I-Charakteristik des Gate-Turn-Off-Thyristors ist mit der eines Stromwandlers oder herk√∂mmlichen Thyristors verwandt.

Der Verriegelungsstrom des GTO ist höher als der eines Stromwandlers. Beim GTO beträgt der Verriegelungsstrom 2A, während er bei einem Stromwandler zwischen 100 mA und 200 mA liegt.

Was ist ein Gate Turn Off Thyristor & seine Funktionsweise

Die V-I-Kennlinien von GTO sind unten dargestellt. Die oben genannten Eigenschaften umfassen haupts√§chlich vier Bereiche oder Modi wie Vorw√§rtssperre, Vorw√§rtsleitung, R√ľckw√§rtssperre und R√ľckw√§rtsleitung. Eigenschaften des GTO In der ersten Betriebsart, der Vorw√§rtssperrung, wird die Spannung an den Thyristor angelegt, ohne dass das +V-Gate-Signal angelegt wird. Daher Was ist ein Gate Turn Off Thyristor & seine Funktionsweise er in dieser Betriebsart nicht.

Es gibt jedoch einen kleinen Leckstrom, der im Vergleich zum Leckstrom eines Thyristors sehr viel h√∂her ist. In diesem Modus arbeitet der Thyristor mit abgeschaltetem Gate wie ein Transistor mit hoher Spannung und niedriger Verst√§rkung, was bedeutet, dass der Anodenstrom niedrig ist. In diesem Modus sperrt der GTO einfach die Nenndurchlassspannung, wenn der Gate-Anschluss negativ an die Kathode angelegt wird. Wird dem GTO ein positives Gate-Signal mit entsprechender Amplitude zugef√ľhrt, geht er in den Durchlassmodus √ľber.

Sobald jedoch die R√ľckw√§rtsspannung einen kritischen Wert erreicht, der als √úberspannung bezeichnet wird, beginnt der GTO in umgekehrter Richtung zu leiten. Diese Betriebsart f√ľhrt nicht zur Zerst√∂rung des Bauelements, wenn das Gate negativ vorgespannt ist und die Dauer dieses Vorgangs gering ist. Bei umgekehrter Vorspannung h√§ngt die Sperrkapazit√§t haupts√§chlich vom GTO-Typ ab.

Ein symmetrischer Typ hat ein hohes Sperrvermögen in Sperrrichtung, während ein asymmetrischer Typ ein geringes Sperrvermögen in Sperrrichtung hat, das im Bereich von 20-30 V liegt. Vorteile Zu den Vorteilen des Gate-Turn-Off-Thyristors gehören die folgenden.

Der GTO hat hervorragende Schalteigenschaften Die Konfiguration des GTO-Schaltkreises hat weniger Gewicht und Größe als die Thyristor-Schaltungseinheit. Eine Kommutierungsschaltung ist nicht erforderlich, wodurch Kosten, Gewicht und Größe reduziert werden können. Die Schaltgeschwindigkeit des GTO ist im Vergleich zum SCR hoch. Geringerer Wartungsaufwand Das Stromstoßvermögen ist ähnlich wie bei einem SCR.

Die Sperrspannungskapazität des GTO ist hoch di//dt-Werte sind beim Einschalten höher Der Wirkungsgrad ist hoch Nachteile Die Nachteile des Gate-Turn-Off-Thyristors umfassen Folgendes. Der damit verbundene Verlust sowie der Spannungsabfall im EIN-Zustand ist höher Die Struktur des GTO Was ist ein Gate Turn Off Thyristor & seine Funktionsweise mehrschichtig, daher ist der Wert des Gate-Auslösestroms im Vergleich zu einem herkömmlichen Thyristor hoch.

Hohe Verluste der Gate-Ansteuerungsschaltung Der Spannungsabfall im EIN-Zustand √ľber dem Gate-Abschalt-Thyristor ist h√∂her. Der Wert des Einrast- und Haltestroms ist im Vergleich zum SCR hoch. Der Wert des Einraststroms betr√§gt 2A, w√§hrend er bei einem SCR zwischen 100 mA und 500 mA liegt. Im Vergleich zum SCR ist der Ausl√∂sestrom des GTO hoch Anwendungen Der GTO wird in vielen Anwendungen eingesetzt, da er im Vergleich zu anderen Thyristoren viele Vorteile bietet, wie z.

B. hervorragende Schalteigenschaften, weniger Wartungsaufwand und keine Kommutierungsschaltung, usw. Zu den Anwendungen des Gate-Turn-Off-Thyristors gehören die folgenden. In Zerhackern und Wechselrichtern wird er als Hauptsteuergerät verwendet. AC-Antriebe DC-Antriebe DC-Leistungsschalter DC-Chopper ansonsten DC-Antriebe Induktionserwärmung In Traktionsanwendungen aufgrund des geringeren Gewichts Anwendungen mit geringer Leistung AC-Stabilisierung von Stromversorgungen Er wird in Wechselrichtern, SVCs (statische VAR-Kompensatoren) eingesetzt In Antriebssystemen wie Walzwerken, Werkzeugmaschinen und Robotik.

Hier geht es also um einen √úberblick √ľber den Gate-Turn-Off-Thyristor (GTO) wie Aufbau, Funktionsweise, Vorteile, Nachteile und seine Anwendungen. Dieses Bauelement geh√∂rt zur Familie der Thyristoren und zur Gruppe der Leistungshalbleiterbauelemente. Dieses Bauelement kann die Zust√§nde mit Hilfe des Gates oder der Steuerklemme ein- und ausschalten. Hier ist eine Frage f√ľr Sie, was sind die verschiedenen Arten von Thyristoren, die auf dem Markt erh√§ltlich sind?


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