2.2. Circuitul de comand@ al tiristorului cu stingere pe poart@ (gril ...

24 Comanda dispozitivelor electronice de putere - 2
2.2. Circuitul de comand@ al tiristorului cu stingere pe
poart@ (gril@) - GTO
Tiristoarele tip GTO sunt dispozitive complet comandabile, în sensul
c@ modificarea st@rii de conduc]ie (blocat/saturat) este realizabil@ ^n ambele
sensuri prin intermediul circuitului de poart@. Deschiderea se ob]ine în mod
similar cu tiristoarele obi}nuite, prin injectarea unui curent pozitiv în gril@ în
raport cu catodul, considera]iile f@cute in paragraful 2.1 r@mânând în
întregime valabile.
Blocarea tiristorului tip GTO [12] se realizeaz@ la aplicarea în circuitul
de poart@ (G)-(K) a unui impuls negativ de curent (fig. 2.11) de amplitudine
I GRM }i durat@ t gq. Principalele componente ale timpului de blocare sunt:
- a). timpul de stocare t s (storage time) care caracterizeaz@ “ iner]ia”
dispozitivului în r@spunsul la semnalul de comand@. El se m@soar@ din
momentul aplic@rii semnalului de blocare pâna când curentul anodic i T scade
la 90% din valoarea sa din starea deschis@;
- b). timpul de descre}tere t f (fall time), definit ca timpul necesar
curentului anodic i T s@ scad@ de la 90% la 10% din valoarea sa ini]ial@.
Simultan are loc cre}terea tensiunii anod - catod v D;
- c). timpul de revenire t t (tail time) este durata de timp necesar@
pentru sc@derea curentului anodic i T de la 10% la 2% din valoarea sa ini]ial@.
Tiristorul tip GTO are urm@torii parametri specifici procesului de
blocare pe poart@:
- a). Curentul anodic maxim controlabil de poart@ I TQM (sau I TAO) (peak
controllable anode current, peak controllable on-state current) - reprezint@
valoarea maxim@ a curentului ^n conduc]ie direct@ care poate fi intrerupt@ fiabil
prin comanda pe gril@. Valoarea acestui parametru se refer@ la o singur@
comuta]ie (în regim nerepetitiv) }i este specificat@ în catalog pentru T vj =
125 o C }i V D = (2/3)V DRM;
- b). Curentul anodic maxim controlabil de poart@ în regim repetitiv
I TQRM (peak repetitive controllable current) este valoarea maxim@ a curentului
în conduc]ie direct@ care poate fi intrerupt@ fiabil în mod repetitiv (la o anumit@
frecven]@ f) prin aplicarea unui semnal negativ adecvat de comand@ pe
poart@.

90%
90% 10%
0
0
IGRM
iT
iGR
2.2. - Circuitul de comand@ al tiristorului GTO 25
diGR/dt
ts
tgq
tf
2%
tt
QGQ
Fig. 2.11 Curentul prin tiristor }i ^n circuitul de comand@ la blocare
Având în vedere faptul c@ la o func]ionare continu@ în regim de comutare
pierderile în dispozitiv cresc, ITQRM este de regul@ mult inferior (uneori chiar de
dou@ ori) curentului maxim ITQM; - c). Timpul de blocare tgq (}i componentele sale) specificat pentru un
curent anodic egal cu ITQRM, la o temperatur@ a jonc]iunii Tvj =125 o C. (Se mai
utilizeaz@ nota]iile tdq pentru ts, trq pentru tf }i ttq pentru tt); - d). Sarcina stocat@ QGQ reprezint@ valoarea sarcinii electrice extrase
din circuitul de poart@ în decursul intervalului tgq; - e). Factorul opera]ional de câ}tig în curent la blocare Goff (operational turn-off gain) definit ca raportul dintre curentul anodic controlabil
de poart@ în mod repetitiv }i amplitudinea curentului de gril@ (în general de
valoare 3...10):
TQRM
G off =
GRM
I
(2.2.1)
I
Timpii t s, t f }i t t sunt de regul@ men]iona]i pentru valoarea specificat@ a m@rimii
G off. Odat@ cu cre}terea frecven]ei de comuta]ie se recomand@ realizarea
bloc@rii (cât }i deschiderea) cu ajutorul unor impulsuri de curent de
amplitudine ridicat@. Operarea la valori reduse ale câ}tigului G off prezint@
avantajul unui timp redus de comuta]ie având ca efect minimizarea pierderilor
în acest regim.
t
t

26 Comanda dispozitivelor electronice de putere - 2
In fig. 2.12 sunt prezenta]i timpul de stocare t s }i curentul maxim de
gril@ func]ie de curentul anodic I TQ;
- f). Factorul maxim de câ}tig în curent la blocare G off(max) (peak turnoff
gain) definit pentru valoarea minim@ I GRMmin a amplitudinii curentului de gril@
care mai poate asigura întreruperea curentului anodic i T (de regul@ i T=I TQRM).
Utilizarea tiristorului tip GTO la un asemenea câ}tig conduce inerent la
cre}terea timpului de blocare t gq în principal datorit@ cre}terii componentei de
stocare t s;
- g). Tensiunea invers@ maxim@ de poart@ V GRM (peak reverse gate
voltage) este valoarea maxim@ a tensiunii negative aplicat@ între poart@ }i
catod în vederea bloc@rii tiristorului tip GTO. Ea este limitat@ de tensiunea de
str@pungere în avalan}@ BV GK (în general de ordinul 7...20V);
- h). Rata de cre}tere a curentului invers de poart@ di GR/dt [A/ms]
(rate of rise of reverse gate current) reprezint@ viteza de cre}tere cvasi-liniar@
a curentului negativ de gril@ de la valoarea zero la i GR=I GRM. O valoare mai
mare a acesteia conduce la mic}orarea intervalului t s }i deci a timpului de
blocare a dispozitivului. Valorile tipice ale acestei varia]ii sunt cuprinse între
1A/µs si 30A/µs.
ts[µs]
30
25
20
15
10
5
0
diGR/dt=30A/µs
Tvj=125°C
IGRM
ts
IGRM [A]
600
500
400
300
200
100
500 1000 1500 2000 ITQ [A]
Fig. 2.12 Timpul de stocare }i curentul maxim de blocare func]ie de curentul anodic.

2.2. - Circuitul de comand@ al tiristorului GTO 27
In mod similar tiristoarelor obi}nuite, tiristorul tip GTO prezint@ o
caracteristic@ de poart@ pentru comanda deschiderii (în cadranul I) }i o a doua
caracteristic@ de poart@ pentru blocare (în cadranul III) limitat@ de acelea}i
m@rimi (dispersia caracteristicilor, temperatura }i puterea disipat@ maxim@ în
circuitul de poart@ la blocare PRGM). Principial structura unui circuit de comand@ în gril@ a tiristorului tip
GTO este prezentat@ ^n fig. 2.13. Alimentarea este asigurat@ de o surs@ dubl@
de tensiune (+VCC, -VCC) care genereaz@, cu ajutorul tranzistoarelor T1 }i T2 (cu func]ionare în contratimp) }i rezisten]elor a R11, R12 }i R2, curen]ii necesari
comand@rii deschiderii sau bloc@rii dispozitivului. Condensatorul C1 realizeaz@
supracre}terea curentului de comand@ la deschidere.
O alt@ schem@ de principiu, care utilizeaz@ o singur@ surs@ de
alimentare, se compune de asemenea din cele dou@ tranzistoare cu
rezisten]ele aferente, sursa de tensiune negativ@ necesar@ bloc@rii fiind
realizat@ cu ajutorul condensatorului C a c@rui tensiune este limitat@ de dioda
Zener DZ (fig. 2.14).
Inc@rcarea condensatorului se realizeaz@ la comanda deschiderii
(aplicând un impuls de comand@ corespunz@tor pe baza tranzistorului T1), curentul pozitiv de poart@ fiind dat de expresia:
CC CE1 c GK
i GF(t)
=
1
V - V - v (t) - V
(2.2.2)
R
comand
on
off
R
R12
R2
T1
T2
-VCC
R11
C1
GTO
+VCC
Fig. 2.13 Schema circuitului de comand@ în gril@ a tiristorului GTO
cu dou@ surse de alimentare.

28 Comanda dispozitivelor electronice de putere - 2
comanda
on
off
R
R1
T1
R2
+VCC
vCE1
T2
C
DZ
vc(t)
vGK
GTO
Fig. 2.14 Comanda tiristorului GTO cu o singur@ surs@ de alimentare.
Supracre}terea curentului de comand@ la deschidere se realizeaz@
implicit pe durata înc@rc@rii condensatorului C.
Când pe circuitul comun de baz@ al tranzistoarelor T 1 }i T 2 se aplic@
impulsul de comand@ al bloc@rii tiristorului GTO (care are ca efect
deschiderea lui T 2 }i blocarea lui T 1), se produce desc@rcarea condensatorului
C pe circuitul de poart@, curentul de desc@rcare comandând astfel comuta]ia.
Condensatorul C se dimensioneaz@ astfel încât sarcina pe care o acumuleaz@
la deschiderea tiristorului GTO s@ poat@ produce blocarea:
C > Q
V
GQ
DZ
IGRM ts
ITQRM ts
≈ = (2.2.3)
V DZ Goff VDZ
Stingerea tiristorului GTO reprezint@ procesul cel mai dificil de
realizat din cauza nivelelor de curent în gril@ }i a ratei de cre}tere relativ mari
ale acestuia la blocare. Din acest motiv este deosebit de important@
impedan]a sursei negative de alimentare -V CC }i, în general, a circuitului de
stingere. O valoare mic@ a acesteia se realizeaz@ practic prin dispunerea de
condensatoare de decuplare în apropierea dispozitivelor implicate în
comandarea bloc@rii, scurtarea la minim a conductoarelor de leg@tur@ precum
}i prin utilizarea unor comutatoare statice (T 2) performante (tiristoare rapide,
tranzistoare bipolare de comuta]ie sau MOS). In acela}i scop, în unele
aplica]ii se înlocuie}te rezisten]a R 2 cu o inductivitate prin intermediul c@reia
se impune panta curentului de blocare.