¿Qué es el tiristor de apagado de la puerta y su funcionamiento?

El "tiristor" es un dispositivo semiconductor que se utiliza popularmente como interruptor en circuitos de potencia. Con capas alternas de materiales tipo P y tipo N, el tiristor está diseñado como una estructura de cuatro capas. Está disponible en diseños de dos y tres derivaciones. El diseño de tres cables del tiristor consta de un ánodo, un cátodo y un cable de puerta. El tiristor generalmente comienza a conducir cuando el cable de la puerta se activa con la corriente y, una vez encendido, el tiristor conduce continuamente hasta que el voltaje del dispositivo se invierte o se elimina. Durante mucho tiempo, esta fue la única forma de apagar un tiristor, lo que dificultó su aplicación para aplicaciones de corriente continua. Más tarde, se introdujo un diseño más nuevo que eliminó este inconveniente del tiristor al implementar una manera fácil de encender y apagar el tiristor. Este nuevo diseño se denominó "Tiristor de desactivación de la puerta". ¿Qué es el tiristor de desactivación de la puerta? El tiristor de desactivación de la puerta también se conoce popularmente como "GTO". Este es uno de los diseños de tres derivaciones del tiristor. Como sugiere su nombre, GTO es un diseño mejorado de tiristor que se puede encender y apagar con la aplicación de un disparador de corriente al circuito de la puerta. Esta característica de Gate Turnoff Thyristor permite la aplicación de dispositivos donde se usa CC, lo que no era el caso de los tiristores anteriores. Conceptos básicos del tiristor de apagado de la puerta A continuación se enumeran algunos de los conceptos básicos del tiristor de apagado de la puerta: El tiristor de apagado de la puerta es un tiristor semiconductor de alta potencia. Estos son interruptores totalmente controlables que pueden realizar las funciones de encendido y apagado. , GTO requiere un circuito externo adicional para controlar las corrientes de encendido y apagado. Este dispositivo fue inventado en “General Electric”. GTO es un dispositivo semiconductor activo. Símbolo de GTO Como GTO es un tiristor de tres conductores, contiene ánodo-plomo, cátodo -lead y Gate-lead. El símbolo del tiristor de apagado de la puerta es muy similar al tiristor SCR, excepto por el terminal de la puerta. Gate Turnoff Thyristor es capaz de encender y apagar el dispositivo. Como esta función se exhibe en el terminal de puerta, el terminal de puerta se representa con una conexión de flecha bidireccional que simboliza esta característica del tiristor. La siguiente figura muestra el símbolo del tiristor de apagado de la puerta.Símbolo del tiristor de desactivación de la puerta Estructura del tiristor de desactivación de la puerta El tiristor de desactivación de la puerta tiene una estructura PNP -P de cuatro capas. Las regiones se representan como P +, N-, P, N +. El ánodo del dispositivo está conectado con una capa P + fuertemente dopada. El cátodo del dispositivo está conectado a una capa de N + fuertemente dopada. Gate también está conectado a otra región P + fuertemente dopada. La estructura de GTO se muestra a continuación.Funcionamiento de la estructura del tiristor de apagado de la puerta Para comprender el funcionamiento del tiristor de apagado de la puerta, uno tiene que mirar tanto su mecanismo de encendido como de apagado. a su terminal de puerta. Pero este proceso de encendido de GTO no es tan confiable como el de SCR. Apagar el mecanismo Para apagar un tiristor de apagado de la puerta, se aplica un pulso de puerta negativo con respecto al cátodo en la terminal de la puerta. La aplicación en pulso negativo evacua los portadores de carga de las regiones del ánodo y la puerta. Por lo general, GTO tiene la capacidad de bloquear el voltaje inverso. Pero tiene una menor capacidad de bloqueo. Por lo tanto, los GTO están conectados en paralelo para aumentar su resistencia de apagado. El GTO que puede bloquear el voltaje inverso se conoce como tiristores GTO simétricos, S-GTO. El GTO que no puede bloquear el voltaje inverso se conoce como tiristores GTO asimétricos, A-GTO. S-GTO se utiliza como inversores de fuente de corriente. A-GTO se utiliza como inversores de fuente de voltaje, choppers de tracción de CC. Características VI Las características VI de GTO incluyen las siguientes: Características de polarización inversa En la condición de polarización inversa, el cátodo es positivo con respecto al ánodo. En este punto, la unión de la capa N + y la capa P tendrá polarización inversa, así como la unión de la capa N- y la capa P +. Por lo tanto, estas dos uniones polarizadas invertidas no permitirán el flujo de corriente desde el cátodo al ánodo. En consecuencia, una corriente muy pequeña fluye en el dispositivo cuando está en una condición de polarización inversa. Cuando ocurre una ruptura en esta región, ocurre un flujo de corriente mayor.Características de polarización directa En la condición de polarización directa, el ánodo es positivo con respecto al cátodo. Ahora, tanto la unión N +, P como la unión N-, P + están en condición de polarización directa. Aquí, la unión central, P, -N tiene polarización inversa. Debido a esto, solo una pequeña cantidad de corriente fluye antes de la ruptura de la unión. En este punto, si se aplica un pulso positivo, se produce una avería y el dispositivo se enciende. Después de la avería, fluye una mayor cantidad de corriente en el circuito. Una vez que el dispositivo se enciende, uno tiene que aplicar un pulso de puerta negativo para apagar GTO. Aquí, el pulso de puerta negativo aplicado debe ser de un tercio a un quinto del voltaje del ánodo, es decir, 1/3 * voltaje del ánodo. Esta clasificación de la puerta también debe tenerse en cuenta al comprar el dispositivo.Características de GTO Para un tiristor GateTurnoff con clasificaciones VI de 1600v, el voltaje de encendido de 350A es de 3.4 voltios. El tiempo de activación de GTO es de 2 microsegundos, que es mucho más rápido que SCR, que tarda 8 microsegundos en activarse. GTO es diez veces más rápido que SCR. El tiempo de apagado para GTO es de 15 microsegundos. GTO puede funcionar a frecuencias de hasta 1 kHz. La corriente de puerta que se aplicará para encender GTO es de 2 amperios y para APAGAR el voltaje de puerta requerido es de 200 amperios, que es demasiado alto. Debido a esto, se requiere un diseño de circuito complejo en el terminal de puerta de GTO. Hay versiones más nuevas de GTO introducidas en el mercado conocidas como Tiristores conmutados de puerta integrada, IGCT, que tenían un amplificador incorporado en el terminal de la puerta, por lo que el dispositivo puede funcionar con una corriente de apagado más baja. Los .GTO se utilizan en controladores de CA, interruptores de CC, disyuntores de CC y sistemas de calentamiento por inducción. Estos también se aplican en inversores de alta potencia y accionamientos de motores de velocidad variable. Hoy en día, los tiristores de apagado de puerta están siendo reemplazados por tiristores de conmutación de puerta integrados. Para ayudar en el proceso de apagado, el tiristor de apagado de puerta se construye conectando una gran cantidad de tiristores en paralelo. Incluso después de encender el dispositivo, para una mejor confiabilidad, se debe retener al menos una pequeña cantidad de corriente de puerta. El tiristor de apagado de la puerta también se proporciona con un circuito amortiguador para proteger el dispositivo de sobrecalentamiento y daños durante el proceso de encendido. Para apagar un tiristor de apagado de puerta, ¿qué corriente se aplica?

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