Comutatia tiristoarelor cu blocare pe grila (tiristoare GTO)

Comutatia tiristoarelor cu blocare pe grila (tiristoare GTO)

Tiristorul GTO este o varianta a tiristoarelor, la care structura interna a fost modificata pentru a putea bloca tiristorul prin aplicarea unui curent negativ pe grila.

La amorsare, grilei tiristorului GTO trebuie sa i se furnizeze un curent initial pozitiv mare (in comparatie cu curentul de grila necesar unui tiristor conventional de parametri apropiati). Spre deosebire de tiristoarele conventionale, unde semnalul de grila poate fi indepartat odata ce conductia a fost stabilita, curentul de grila este recomandat sa fie mentinut la un nivel care sa impiedice posibilele "iesiri" din starea de conductie.

La blocarea tiristorului GTO, directia curentului de grila trebuie schimbata rapid pentru a asigura o stingere rapida si eficace. Deoarece tiristorul GTO poate fi controlat prin grila in ambele sensuri (amorsare si blocare), nu mai sunt necesare circuite de stingere fortata ca in cazul tiristoarelor.

La stingere, un impuls negativ de curent pe grila "extrage" o parte din curentul anodic. Condensatorul circuitului de tip snubber are un rol important in stingerea tiristorului prin "abaterea" unei parti a curentului anodic si prin acesta.

Caracteristicile statice ale tiristorului GTO difera considerabil fata de cele ale tiristorului conventional. De exemplu, curentul de mentinere a tiristorului GTO este de cativa amperi pentru dispozitive de putere mare, comparat cu (0,1 - 0,5)A pentru un tiristor conventional similar. Daca curentul pe grila este mai mic decat valoarea de comutare, tiristorul GTO se comporta ca un tranzistor de tensiune ridicata si amplificare redusa in curent. Deoarece puterea disipata in acest regim are valori ridicate, aceasta situatie trebuie evitata.

Circuitul de comanda a grilei tiristorului GTO (mai complicat decat in cazul tiristoarelor uzuale) trebuie sa furnizeze un puls de curent pozitiv respectiv negativ pentru a asigura blocarea respectiv stingerea. Pentru a micsora pierderile la blocare, curentul negativ de grila (-I_G) trebuie sa creasca rapid si la o valoare (in modul) mult mai mare decat curentul de grila de amorsare (+I_G). De exemplu, pentru I_A = 20(A), +I_G = 60(mA) si -I_G = -4(A).

Un exemplu de circuit simplu de comanda a grilei este prezentat in figura 2.5.1. La o tensiune de comanda V_C = +5V, tranzistorul (t₁) se amorseaza si furnizeaza curentul pozitiv de grila (+I_G), limitat de (R₁) si (R₂), dar cu o valoare de varf ridicata datorata condensatorului (C). Pentru V_C = -5V, (t₂) este saturat si 'extrage' curentul negativ de grila limitat doar de (R₂).

Circuitul imbunatatit de comanda a grilei, prezentat in figura 2.5.2 este destinat unui tiristor GTO de putere mai mare. Pentru a amorsa tiristorul, o tensiune pozitiva (v_ON = +5V) este aplicata pe baza tranzistorului (t₂), care satureaza cel de al doilea tranzistor (t₁), furnizand curentul de grila (I_G+). Evident, v_OFF = 0. Pentru a bloca tiristorul GTO, este aplicat un semnal pozitiv de comanda (v_OFF) pe baza lui (t₃), aparand in infasurarea secundarului transformatorului de impulsuri (T_R) un curent de grila (I_G-), cu o valoare de varf ridicata. Pentru a mentine starea de blocare a tiristorului GTO, prin (R₃) se stabileste un curent de grila mic, negativ, de 'mentinere', (I_G-)*.

In figura 2.5.3 sunt prezentate formele de unda tipice ale curentului si tensiunii tiristorului GTO in prezenta unui circuit snubber. Se remarca "coada" curentului anodic si discontinuitatea tensiunii anodice.

Figura 2.5.4 prezinta un circuit modern de comanda pe grila bazat pe optocuplor. Pentru amorsare sunt necesare doar doua tranzistoare: fototranzistorul (Q₁) si tranzistorul (Q₃), pe cand pentru blocare sunt necesare trei tranzistoare (Q₃, Q₄) si (Q₅), deoarece

|I_G-| >> I_G+.

Pentru protectia tiristorului GTO sunt folosite circuite snubber similare cu cele folosite la tiristoarele conventionale.

Un tiristor GTO are 'un curent maxim controlabil'. La depasirea acestei valori este imposibila blocarea cu un impuls de curent negativ pe grila. La aparitia unui defect, curentul anodic poate creste necontrolat. Un circuit special proiectat sesizeaza acest lucru si blocheaza tiristorul GTO pentru a-l proteja. Daca acest circuit esueaza, schema tipica de protectie folosita este 'protectia crowbar', al carui principiu este prezentat in figura 2.5.5. La scurtcircuit, tiristorul auxiliar (Thy) este amorsat si topeste siguranta ultrarapida si "separa" sursa (E) de restul circuitului, protejand astfel tiristorul GTO precum si alte elemente de circuit.