P1010298 (3)

Elementy energoelektroniczne

2.2.4. Tyrystory wyłączalne w obwodzie bramkowym GTO

Pierwsze tyrystory, mające zdolności wyłączania za pomocą impulsu bramkowego, pojawiły się już w latach sześćdziesiątych. Tyrystor GTO ma strukturę wielokatodową złożoną z dużej liczby pojedynczych tyrystorów, tak zwanych segmentów połączonych równolegle.

Proces wyłączania tyrystora GTO można przeanalizować na podstawie rysunku 2.14. W procesie tym wyróżnia się trzy fazy:

-    fazę opóźnienia wyłączenia, której przyporządkowany jest czas tf,

-    fazę opadania prądu anodowego tf,

-    fazę prądu resztkowego t_z.

Czas t, jest to czas niezbędny do wyprowadzenia złącza tyrystora z nasycenia; po nim następuje faza opadania prądu anodowego. Gwałtownemu zmniejszaniu się prądu anodowego towarzyszy zwiększanie się napięcia anodowego. Iloczyn prądu i napięcia anodowego może osiągnąć bardzo dużą wartość, co prowadzi do wzrostu temperatury w pobliżu złącza i możliwości zniszczenia struktury. Aby temu zapobiec, należy ograniczyć wartość napięcia anodowego Upp, występującego w chwili zakończenia fazy opadania prądu. Wartość tego napięcia zawiera się w granicach 300-600 V - w zależności od wielkości tyrystora.

Ograniczenie stromości narastania napięcia anodowego, a tym samym ograniczenie wartości napięcia U_s, uzyskuje się za pomocą dodatkowych układów (tzw. snubbers). Po gwałtownym spadku prądu anodowego następuje powolne zmniejszanie się prądu resztkowego w czasie t,. Czas ten jest stosunkowo długi i przy dużym napięciu anodowym wywołuje dodatkowe straty. Ujemny impuls bramkowy wyłączający tyrystor powinien charakteryzować się dużą stromością narastania dic/dt > 20 A/ys i bardzo dużą amplitudą. Współczesne tyrystory GTO mają czułość wyłączania G = It/Ig ⁼ 3-5, co oznacza, że amplituda prądu wyłączającego bramki stanowi 1/3-1/5 wartości prądu wyłączanego. Zwiększa to znacznie stopień skomplikowania tego układu i jego moc. W procesie wyłączania należy poświęcić szczególną uwagę ochronie napięciowej tyrystora. Stosuje się układy RCD, w których wymagane są diody szybkie, elementy RC zaś pow inny mieć minimalną indukcyjność własną. Tylko nieliczne firmy produkują

specjalne o małej indukcyjności kondensatory do ochrony tyrystorów GTO. Eliminacja obwodów komutacyjnych i zastąpienie tyrystora konwencjonalnego tyrystorem GTO powoduje znaczną rozbudowę układu ograniczenia napięcia na tyrystorze. Podczas fazy prądu reszt-

d)

Rys.2.14. Tyrystor wytączalny G TO: aj struktura, b) główna charakterystyka, c) symbol graficzny, d) przebiegi prądu i napięć w obwodzie głównym e) przebiegi prądu i napięć obwodu bramkowego

29