गेट टर्न-ऑफ थाइरिस्टर

For other uses of the word, see GTO (disambiguation).

Gate turn-off thyristor (GTO)

Simplified cross section of a GTO thyristor
प्रकार	active
आविष्कार किया	General Electric
Pin configuration	anode, gate, cathode
Electronic symbol

एक गेट टर्न-ऑफ thyristor (जीटीओ) एक विशेष प्रकार का थाइरिस्टर है, जो एक उच्च-शक्ति (जैसे 1200V एसी) अर्धचालक उपकरण है। इसका आविष्कार सामान्य विद्युतीय ने किया था। जीटीओ, सामान्य थाइरिस्टर्स के विपरीत, पूरी तरह से नियंत्रणीय स्विच हैं जिन्हें उनके गेट लीड द्वारा चालू और बंद किया जा सकता है।

डिवाइस विवरण

जीटीओ थाइरिस्टर का समतुल्य सर्किट

सामान्य थाइरिस्टर्स (सिलिकॉन नियंत्रित शुद्धि कारक) पूरी तरह से नियंत्रित करने योग्य स्विच नहीं होते हैं (पूरी तरह से नियंत्रित स्विच को इच्छानुसार चालू और बंद किया जा सकता है)। थायरिस्टर्स को केवल गेट लीड का उपयोग करके चालू किया जा सकता है, लेकिन गेट लीड का उपयोग करके इसे बंद नहीं किया जा सकता है। थायरिस्टर्स को एक गेट सिग्नल द्वारा चालू किया जाता है, लेकिन गेट सिग्नल के डी-एस्टर्ड (हटाए जाने, रिवर्स बायस्ड) होने के बाद भी, थाइरिस्टर स्थिति में तब तक बना रहता है जब तक कि टर्न-ऑफ स्थिति नहीं हो जाती (जो एक रिवर्स वोल्टेज का अनुप्रयोग हो सकता है) टर्मिनलों के लिए या एक निश्चित थ्रेशोल्ड वैल्यू के नीचे फॉरवर्ड करंट की कमी जिसे होल्डिंग करंट के रूप में जाना जाता है)। इस प्रकार, एक थाइरिस्टर एक सामान्य अर्धचालक डायोड की तरह व्यवहार करता है, इसके चालू होने या निकाल दिए जाने के बाद।

जीटीओ को गेट सिग्नल द्वारा चालू किया जा सकता है और नकारात्मक ध्रुवीयता के गेट सिग्नल द्वारा बंद भी किया जा सकता है।

गेट और कैथोड टर्मिनलों के बीच सकारात्मक वर्तमान पल्स द्वारा चालू किया जाता है। चूंकि गेट-कैथोड पीएन जंक्शन की तरह व्यवहार करता है, टर्मिनलों के बीच कुछ अपेक्षाकृत कम वोल्टेज होगा। जीटीओ में टर्न-ऑन घटना, हालांकि, एससीआर (थाइरिस्टर) के रूप में विश्वसनीय नहीं है, और विश्वसनीयता में सुधार के लिए चालू होने के बाद भी छोटे सकारात्मक गेट करंट को बनाए रखा जाना चाहिए।

गेट और कैथोड टर्मिनलों के बीच एक नकारात्मक वोल्टेज पल्स द्वारा बंद किया जाता है। कुछ आगे का करंट (लगभग एक-तिहाई से एक-पांचवां) चोरी हो जाता है और कैथोड-गेट वोल्टेज को प्रेरित करने के लिए उपयोग किया जाता है, जिसके कारण आगे की धारा गिर जाती है और जीटीओ बंद हो जाएगा (अवरुद्ध स्थिति में संक्रमण)।

जीटीओ थाइरिस्टर्स लंबे स्विच-ऑफ समय से ग्रस्त हैं, जिससे आगे की धारा गिरने के बाद, एक लंबी पूंछ का समय होता है जहां अवशिष्ट प्रवाह तब तक प्रवाहित होता रहता है जब तक कि डिवाइस से सभी शेष चार्ज दूर नहीं हो जाते। यह अधिकतम स्विचिंग आवृत्ति को लगभग 1 kHz तक सीमित करता है। हालांकि, यह ध्यान दिया जा सकता है कि जीटीओ का टर्न-ऑफ समय तुलनात्मक एससीआर की तुलना में लगभग दस गुना तेज है। टर्न-ऑफ प्रक्रिया में सहायता के लिए, जीटीओ थाइरिस्टर आमतौर पर समानांतर में जुड़े छोटे थाइरिस्टर कोशिकाओं की एक बड़ी संख्या (सैकड़ों या हजारों) से निर्मित होते हैं।

Comparison of an SCR and GTO of same rating

Characteristic	Description	Thyristor (1600 V, 350 A)	GTO (1600 V, 350 A)
VT on	On-state voltage drop	1.5 V	3.4 V
ton, Ig on	Turn-on time, gate current	8 µs, 200 mA	2 µs, 2 A
toff	Turn-off time	150 µs	15 µs

एक वितरित बफर गेट टर्न-ऑफ थाइरिस्टर (डीबी-जीटीओ) बहाव क्षेत्र में अतिरिक्त पीएन परतों के साथ एक थाइरिस्टर है जो फील्ड प्रोफाइल को दोबारा बदलने और ऑफ स्टेट में अवरुद्ध वोल्टेज को बढ़ाने के लिए है। पारंपरिक थाइरिस्टर की विशिष्ट पीएनपीएन संरचना की तुलना में, डीबी-जीटीओ थाइरिस्टर में पीएन-पीएन-पीएन संरचना होती है।

रिवर्स बायस

जीटीओ थाइरिस्टर्स रिवर्स ब्लॉकिंग क्षमता के साथ या उसके बिना उपलब्ध हैं। रिवर्स ब्लॉकिंग क्षमता लंबे, कम डॉप्ड P1 क्षेत्र की आवश्यकता के कारण आगे वोल्टेज ड्रॉप में जोड़ती है।

रिवर्स वोल्टेज को अवरुद्ध करने में सक्षम जीटीओ थाइरिस्टर्स को सममित जीटीओ थाइरिस्टर्स, संक्षिप्त एस-जीटीओ के रूप में जाना जाता है। आमतौर पर, रिवर्स ब्लॉकिंग वोल्टेज रेटिंग और फॉरवर्ड ब्लॉकिंग वोल्टेज रेटिंग समान होती है। सममित जीटीओ थाइरिस्टर्स के लिए विशिष्ट अनुप्रयोग वर्तमान स्रोत इन्वर्टर में है।

रिवर्स वोल्टेज को ब्लॉक करने में अक्षम जीटीओ थायरिस्टर्स को असममित जीटीओ थाइरिस्टर्स, संक्षिप्त ए-जीटीओ के रूप में जाना जाता है, और आम तौर पर सममित जीटीओ थाइरिस्टर्स से अधिक सामान्य होते हैं। उनके पास आमतौर पर दसियों वोल्ट में ब्रेकडाउन वोल्टेज # डायोड और अन्य अर्धचालक रेटिंग होती है। ए-जीटीओ थाइरिस्टर्स का उपयोग किया जाता है जहां या तो रिवर्स कंडक्टिंग डायोड को समानांतर में लगाया जाता है (उदाहरण के लिए, वोल्टेज स्रोत इनवर्टर में) या जहां रिवर्स वोल्टेज कभी नहीं होगा (उदाहरण के लिए, स्विच-मोड पावर सप्लाई या डीसी ट्रैक्शन हेलिकॉप्टर में)।

जीटीओ थाइरिस्टर्स को उसी पैकेज में रिवर्स कंडक्टिंग डायोड के साथ बनाया जा सकता है। रिवर्स कंडक्टिंग जीटीओ थाइरिस्टर के लिए इन्हें आरसीजीटीओ के रूप में जाना जाता है।

सुरक्षित संचालन क्षेत्र

See also: Safe operating area

विद्युत रोधित गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर (आईजीबीटी) के विपरीत, जीटीओ थाइरिस्टर को डिवाइस को नष्ट होने से बचाने के लिए करंट को चालू और बंद करने के लिए बाहरी उपकरणों (स्नबर सर्किट) की आवश्यकता होती है।

चालू करने के दौरान, डिवाइस में अधिकतम dI/dt रेटिंग होती है जो करंट के बढ़ने को सीमित करती है। यह डिवाइस के पूरे बल्क को पूर्ण वर्तमान तक पहुंचने से पहले चालू होने की अनुमति देने के लिए है। यदि यह रेटिंग पार हो जाती है, तो गेट कॉन्टैक्ट्स के निकटतम डिवाइस का क्षेत्र ज़्यादा गरम हो जाएगा और अधिक करंट से पिघल जाएगा। dI/dt की दर को आमतौर पर एक संतृप्त रिएक्टर (टर्न-ऑन स्नबर) जोड़कर नियंत्रित किया जाता है, हालांकि GTO थाइरिस्टर्स के साथ टर्न-ऑन dI/dt सामान्य थाइरिस्टर्स की तुलना में कम गंभीर बाधा है, क्योंकि जिस तरह से GTO है समानांतर में कई छोटे थाइरिस्टर कोशिकाओं से निर्मित। संतृप्त रिएक्टर का रीसेट आमतौर पर जीटीओ आधारित सर्किट पर न्यूनतम समय की आवश्यकता रखता है।

टर्न ऑफ के दौरान, डिवाइस का फॉरवर्ड वोल्टेज तब तक सीमित होना चाहिए जब तक कि करंट टेल ऑफ न हो जाए। सीमा आमतौर पर आगे अवरुद्ध वोल्टेज रेटिंग का लगभग 20% है। यदि वोल्टेज बंद होने पर बहुत तेजी से बढ़ता है, तो सभी डिवाइस बंद नहीं होंगे और डिवाइस के एक छोटे से हिस्से पर केंद्रित उच्च वोल्टेज और करंट के कारण GTO अक्सर विस्फोटक रूप से विफल हो जाएगा। बंद होने पर वोल्टेज के उदय को सीमित करने के लिए डिवाइस के चारों ओर पर्याप्त स्नबर सर्किट जोड़े जाते हैं। स्नबर सर्किट को रीसेट करना आमतौर पर जीटीओ आधारित सर्किट पर न्यूनतम समय की आवश्यकता रखता है।

डीसी मोटर हेलिकॉप्टर सर्किट में न्यूनतम और उच्चतम कर्तव्य चक्र पर एक चर स्विचिंग आवृत्ति का उपयोग करके न्यूनतम चालू और बंद समय को नियंत्रित किया जाता है। यह कर्षण अनुप्रयोगों में देखा जा सकता है जहां मोटर शुरू होने पर आवृत्ति बढ़ जाएगी, फिर आवृत्ति अधिकांश गति सीमाओं पर स्थिर रहती है, फिर आवृत्ति पूरी गति से शून्य हो जाती है।

अनुप्रयोग

मुख्य अनुप्रयोग चर-गति मोटर ड्राइव, उच्च-शक्ति इनवर्टर और ट्रैक्शन (इंजीनियरिंग) में हैं। जीटीओ को तेजी से एकीकृत गेट-कम्यूटेटेड थाइरिस्टर्स (आईजीसीटी) द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है, जो जीटीओ का एक विकासवादी विकास है, और [[विद्युत रोधित गेट द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर]] (आईजीबीटी), जो ट्रांजिस्टर परिवार के सदस्य हैं।

उनका उपयोग फ्लोरोसेंट लैंप के लिए स्टार्टर सर्किट में भी किया जाता है।

संदर्भ

• Shah, P. B. Electronics Letters, vol. 36, p. 2108, (2000).
• Shah, P. B., Geil, B. R., Ervin, M. E. et al. IEEE Trans. Power Elect., vol. 17, p. 1073, (2002).