게이트 끄기 사이리스터

Gate turn-off thyristor
이 단어의 다른 용도는 GTO(동음이의)를 참조하십시오.
게이트 끄기 사이리스터(GTO)
GTO thyristor cross section.svg
GTO 사이리스터의 단면 단순화
유형적극적
발명된제너럴 일렉트릭
핀 구성양극, 게이트, 음극
전자 기호
GTO symbol.svg

게이트 끄기 사이리스터(GTO)는 특수 형태의 사이리스터(Syristor)로, 고출력 반도체 소자다. 그것은 제너럴 일렉트릭에 의해 발명되었다.[1] GTO는 일반 사이리스터와 반대로 세 번째 리드인 게이트 리드에 의해 켜고 끌 수 있는 완전히 제어 가능한 스위치다.

장치 설명

GTO 사이리스터의 등가 회로

일반 사이리스터(실리콘 제어 정류기)는 완전히 제어 가능한 스위치가 아니다("완전히 제어 가능한 스위치"를 마음대로 켜고 끌 수 있다). 사이리스터는 게이트 리드를 사용하여만 켤 수 있지만 게이트 리드를 사용하여 끌 수는 없다. 사이리스터는 게이트 신호에 의해 켜지지만, 게이트 신호가 디어서트(제거)된 후에도 사이리스터는 꺼짐 조건이 발생할 때까지(이것은 단자에 역전압을 가하거나 "유지 전류"라고 알려진 특정 임계값보다 낮은 전방 전류 감소가 될 수 있다. 따라서 사이리스터는 전원을 켠 후 또는 "발화"된 후 일반적인 반도체 다이오드처럼 동작한다.

GTO는 게이트 신호로 켤 수 있으며 음극성의 게이트 신호로도 끌 수 있다.

켜기는 게이트와 음극단자 사이의 "양전류" 펄스에 의해 이루어진다. 게이트-카테오드는 PN 접합부와 같이 동작하므로, 단자 사이에 비교적 작은 전압이 존재할 것이다. 다만 GTO의 턴온 현상은 SCR(시리스터)만큼 신뢰성이 떨어지며, 전원을 켠 후에도 작은 양의 게이트 전류가 유지돼야 신뢰성을 높일 수 있다.

꺼짐은 게이트와 음극단자 사이의 "음극 전압" 펄스에 의해 이루어진다. 전류의 일부(약 1/3~1/5)는 '스톨렌'으로 되어 음극관문 전압을 유도하는데 사용되며, 이는 다시 전류가 떨어져 GTO가 꺼지게 된다("차단" 상태로 전환됨).

GTO 사이리스터는 전류가 감소하고 난 후 장치에 남아 있는 모든 전하가 제거될 때까지 잔류 전류가 흐르는 긴 후미 시간이 발생한다. 이것은 최대 스위칭 주파수를 약 1kHz로 제한한다. 단, GTO의 종료 시간이 비교 가능한 SCR의 종료 시간보다 약 10배 더 빠르다는 점에 유의할 수 있다.[2]

차단 과정을 지원하기 위해 GTO 사이리스터는 대개 병렬로 연결된 다수의 작은 사이리스터 세포로 구성된다.

동일한 등급의 SCR과 GTO 비교
특성 설명 사이리스터(1600V, 350A) GTO(1600V, 350A)
V티온 상태 전압 강하 1.5V 3.4V
ton, Ig on 켜기 시간, 게이트 전류 8µs, 200mA 2µs, 2A
t떨어져서 끄기 시간 150µs 15µs

분산형 버퍼 게이트 끄기 사이리스터(DB-GTO)는 필드 프로파일을 재구성하고 OFF 상태에서 차단된 전압을 증가시키기 위해 드리프트 영역에 PN 레이어가 추가되는 사이리스터다. 기존 사이리스터의 일반적인 PNPN 구조와 비교했을 때 DB-GTO 사이리스터는 PN–PN–PN 구조를 가지고 있다.

역편향

GTO 사이리스터는 역차단 기능이 있든 없든 이용할 수 있다. 역방향 차단 기능은 도핑이 낮은 긴 P1 영역을 가져야 하기 때문에 전방 전압 강하에 추가된다.

역전압을 차단할 수 있는 GTO 사이리스터는 S-GTO의 약칭인 대칭 GTO 사이리스터로 알려져 있다. 대개 역차단 전압 정격과 전진차단 전압 정격은 동일하다. 대칭 GTO 사이리스터의 일반적인 적용은 현재 소스 인버터에 있다.

역전압을 차단할 수 없는 GTO 사이리스터는 비대칭 GTO 사이리스터로, 약칭 A-GTO로 알려져 있으며 일반적으로 대칭 GTO 사이리스터보다 더 흔하다. 이들은 일반적으로 수십 볼트의 역분해 등급이 있다. A-GTO 사이리스터는 역방향 전도 다이오드가 병렬로 적용되거나(예: 전압 소스 인버터) 역전압이 발생하지 않는 경우(예: 개폐 전원 공급 장치 또는 DC 트랙션 헬리콥터)에 사용된다.

GTO 사이리스터는 동일한 패키지의 역방향 전도 다이오드로 제작할 수 있다. 이것들은 역방향 전도 GTO 사이리스터를 위해 RCGTO라고 알려져 있다.

안전운행구역

참고 항목: 안전 작동 영역

절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)와 달리 GTO 사이리스터는 소자 파괴를 막기 위해 전원을 켜고 끄는 외부 소자("스너버 회로")를 필요로 한다.

전원을 켜는 동안 장치는 전류의 상승을 제한하는 최대 dI/dt 정격을 가진다. 이는 최대 전류에 도달하기 전에 장치의 전체 부피가 켜지도록 하기 위함입니다. 이 정격이 초과되면 게이트 접점에 가장 가까운 장치의 영역이 과열되어 과전류에서 녹는다. dI/dt 속도는 일반적으로 포화성 원자로(턴온형 스너버)를 추가함으로써 제어된다. 단, 턴온 dI/dt는 일반 사이리스터보다 GTO 사이리스터의 덜 심각한 제약조건이지만, 많은 소형 사이리스터 셀에서 병렬로 GTO를 구성하는 방법 때문이다. 포화성 원자로의 리셋은 일반적으로 GTO 기반 회로에 최소 OFF 시간 요건을 부여한다.

전원을 끄는 동안 장치의 전방 전압은 전류가 꺼질 때까지 제한되어야 한다. 한계는 보통 전방 차단 전압 정격의 20% 안팎이다. 전원을 끌 때 전압이 너무 빠르게 상승하면 모든 장치가 꺼지지는 않고 소자의 작은 부분에 집중된 고전압과 전류로 인해 GTO가 폭발적으로 고장나는 경우가 많다. 전원을 끌 때 전압 상승을 제한하기 위해 장치 주변에 상당한 스너버 회로가 추가된다. 스너버 회로를 재설정하면 일반적으로 GTO 기반 회로에 최소 ON 시간 요구사항이 발생한다.

최소 ON 및 OFF 시간은 최저 듀티 사이클과 최고 듀티 사이클에서 가변 스위칭 주파수를 사용하여 DC 모터 헬리콥터 회로에서 처리된다. 이는 트랙션 애플리케이션에서 관찰할 수 있는데, 이 애플리케이션에서는 모터가 시동할 때 주파수가 상승하고, 그 후 주파수가 대부분의 속도 범위에서 일정하게 유지되고, 그 후 주파수가 최대 속도에서 다시 0으로 감소한다.

적용들

주요 적용 분야는 가변속 모터 구동장치, 고출력 인버터 및 트랙션이다. GTO는 GTO의 진화적 발전인 통합 게이트 커밋 사이리스터(IGCT)와 트랜지스터 계열의 일원인 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)로 점점 대체되고 있다.

참조

  1. ^ Hingorani, Narain G; Laszlo Gyugi (2011). Understanding FACTS. India: IEEE Press. p. 41. ISBN 978-81-265-3040-3.
  2. ^ http://www.circuitstoday.com/gate-turn-off-switch
  • 샤, P. B. 전자 레터즈, 제36권, 페이지 2108, (2000)
  • 샤, P. B., 게일, B. R., 얼빈, M. E. 외. IEEE 트랜스. Power Elect, vol. 17, 페이지 1073, (2002)