Tiristor GTO

Esta página cita fontes, mas que não cobrem todo o conteúdo. Ajude a inserir referências (Encontre fontes: ABW  • CAPES  • Google (notícias • livros • acadêmico)). (Agosto de 2020)

Um Tiristor GTO ou simplesmente GTO (do inglês gate turn-off thyristor) é um dispositivo de electrónica de potência que pode ser ligado por um único pulso de corrente positiva no terminal porta ou gate (G), na mesma que o tiristor normal; mas em mudança pode ser desligado ao aplicar um pulso de corrente negativa no mesmo terminal. Ambos estados, tanto o estado de ignição como o estado de desligado, são controlados pela corrente na porta (G).^[1]

O processo de ignição é similar ao do tiristor. As características de desligado são um pouco diferentes. Quando uma voltagem negativa é aplicado através dos terminais porta (G) e cátodo (C ou K), a corrente na porta (ig), cresce. Quando a corrente na porta (G) atinge seu máximo valor, IGR, a corrente de ânodo começa a cair e a voltagem através do dispositivo (VAK), começa a crescer. O tempo de queda da corrente do anodo (IA) é abrupta, tipicamente menor a 1 us. Após isto, a corrente de ânodo varia lentamente e esta porção da corrente de ânodo é conhecido como corrente de pico.

A razão (IA/IGR) da corrente de anodo IA à máxima corrente negativa na porta (IGR) requerida para a voltagem é baixa, normalmente entre 3 e 5. Por exemplo, para uma voltagem de 2500 V e uma corrente de 1000 A, um GTO normalmente requer uma corrente negativa de pico na porta de 250 A para o desligado.

A estrutura do GTO é essencialmente a de um tiristor convencional. Existem 4 capas de silício (PNPN), 3 uniões (P-N, N-P e P-N) e três terminais: ânodo (A), cátodo (C ou K) e porta (G). A diferença na operação radica em que um sinal negativo na porta (G) pode apagar o GTO. Enquanto o GTO encontre-se desligado e não exista sinal na porta, o dispositivo se bloqueia para qualquer polaridade no ânodo, mas uma corrente de fuga (IA leak) existe. Com uma voltagem de bias em directa o GTO bloqueia-se até que uma voltagem de ruptura VAK = VB0 é atingido. Neste ponto existe um processo dinâmico de ignição, VAK = 3V e a corrente IA é determinada pelo carga. Quando o GTO se desliga e com o aplicativo de uma voltagem em inversa, só uma pequena corrente de fuga (IA leak) existe.

Uma polarização inversa para VAK pode ser atingida quando ocorra um corte. O valor da tensão inversa de ruptura depende do método de fabricação para a criação de uma regeneração interna para facilitar o processo de desligamento.

Com uma voltagem de polarização direta aplicado ao ânodo um pulso de corrente positiva é aplicada à porta G (gate), o GTO aciona-se e permanece dessa forma. Para esta condição, existem 2 formas de o desligar. Uma forma é reduzindo a corrente de ânodo IA por meios externos até um valor menor à corrente de holding Ih, na qual, a ação regenerativa interna não é efetiva. A segunda forma de desliga-lo é por meio de um pulso no gate, e este é o método mais recomendável porque proporciona um melhor controle.

Um distributed buffer gate turn-off thyristor (DB-GTO) é um tiristor com camadas PN adicionais na região drift para remodelar o perfil do campo e aumentar a tensão bloqueada no estado desligado. Comparado a uma estrutura PNPN típica de um tiristor convencional, o tiristor DB-GTO tem uma estrutura PN-PN-PN.

Os tiristores DB-GTO usam um pulso de tensão e os LASCRs um pulso de luz. Uma vez ligado, o tiristor continua ligado enquanto o dispositivo estiver diretamente polarizado.

^{Comparação entre SCR e GTO de mesmas especificações.}

Como o GTO tem uma condução de corrente unidirecional, e pode ser desligado em qualquer instante, este se aplica em circuitos chopper (conversões de DC-DC) e circuitos inversores (conversões DC-AC) a níveis de potência dos quais outros componentes como MOSFET's, TBJ's e IGBT's não podem ser utilizados. A baixos níveis de potência os semicondutores de comutação rápida são preferíveis. Na conversão de AC - DC, os GTO's, são úteis porque as estratégias de comutação que possuem, podem ser usadas para regular potência, como o fator de potência.

Referências