בעת תכנון פרויקט הנדסי הכולל שליטה בכוח, בחירת מכשיר המעבר הנכון היא החלטה בסיסית המשפיעה על יעילות, עלות, אמינות וביצועים. שתי טכנולוגיות בולטות במרחב זה הן השער Turn-Off Thyristors (GTOs) ומגישים מוצקים - קטגוריה רחבה הכוללת מגעים ספציפיים של Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effectistors (SFET), תוך כדי התאמה משמעותית של מערכת יחסים מכנית ומניעים אחרים, תוך שימוש ב-GMTs-SBT-S.

מה הם GTO?

שער הפוך-Off Thyristor (GTO) הוא מכשיר תלת-טווח של כוח למחצה המוליכים למחצה השייך למשפחת Thyristor.כמו מחוקק מסורתי (SCR), GTO יכול להיות מופעל על ידי יישום זרם שער חיובי.עם זאת, בניגוד SCR סטנדרטי שניתן לכבות רק על ידי צמצום השבר הנוכחי מתחת לסף, GTO מאפשר להפוך את המסלול על ידי יישום שלילי של יכולת מחזור זה נותן רק את ה-out-to-מחדשה.

GTOs בדרך כלל בנוי ארבעה-layer p-n-p-n מכשירים עם מבנה שער מאגד מאוד כדי להקל על תפנית אחידה. הם זמינים בדירוגים החל ממאות עד אלפי תנודתיים ואמפסים, עם כמה יחידות המסוגלות לטפל מעל 6 000 V ו 4 000 A. התוצאות הפנימיות שלהם בדאגה גדולה יחסית על ירידה של המדינה (-1.5 V2.5) בהשוואה לטכנולוגיות חדשות מקובלות, אך לעתים קרובות יותר יישומים אלה הם טיפול יעיל יותר.

תכונות מפתח של GTO

  • (FLT:0) התנהגות עקיפה:FLT:1 GTOs יכול לפעול הנוכחי בשני הכיוונים כאשר מוגדר כראוי, למרות שהם משמשים בדרך כלל מעגלים חד-צדדיים עם דידות דומות.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)Gate-off-off:FreaLT:1) דופק שער שלילי מכבה את ההתנהגות, ומאפשר להסעה בכפייה ללא רכיבים חיצוניים.
  • דרישות ההרחבה:0 (FLT:1 GTOs בדרך כלל דורשים מעגלים עצביים (רשתותRCD) להגביל את dv / dt ו di / dt במהלך המעבר, אשר מוסיף עלות ומורכבות מעגלים.

מה הם מדינות סולידריות?

המונח "מתג מדינה פתור" כולל מגוון רחב של מכשירים חצי-מוליכים שנועדו להחליף חשמל על ומחוץ עם מהירות גבוהה ואמינות. בהקשר של אלקטרוניקה כוח, הסוגים הנפוצים ביותר הם Power MOSFET ו- IGBTs. בניגוד GTOs, אשר הם הנוכחי מבוקרים-מורדים, IGBT הם מכשירים מבוקרים.

Power MOSFET

MoFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) מסתמכים על שער מבודד השולט על היווצרות של ערוץ מוליכים בין מקור לניקוז.הם מכשירים לרוב-carrier, כלומר אין להם זמן אחסון של מיעוט-carrier ובכך לעבור מהר מאוד (שניות למיקרו-II).

IGBTs

IGBTs (Insulated-Gate Biקוט Transistors) משלבת MOSFET בשלב קלט עם שלב פלט כוח דו קוטבי כוח transistor.זה עיצוב היברידי מניב תנופה גבוהה (כונן שער נוח) וירידה נמוכה על המדינה אפילו במתחים התמוטטות גבוהה (600 עד 6 500 V). IGBTs מתג איטי יותר מאשר מ-Fs (שניות ל- micro השניות למניעים מהירים יותר, אבל יישומים מהירים יותר, כולל דחפים אנרגיה גבוהה יותר, כולל דחפים מהירים יותר, אך ורק עבור מערכות Gductions.

מדינות סולידריות אחרות מגיעות

מכשירים רלוונטיים אחרים כוללים JFETs (Junction שדה-Effect Transistors), SiC וגאן רחב פסטור transistors (אשר מציעים אפילו הפסדים נמוכים יותר ומבצע טמפרטורה גבוהה יותר), וממסרים של מדינת מוצק (SSRs) המשתמשים בשילוב של אופטימולטורים ו- 3acs/MOSFET להחלפה מבודדת.

הבדלים מרכזיים בין GTOs ו- Solid-state Switches

כדי לבצע בחירה מושכלת, מהנדסים חייבים להעריך כמה פרמטרים ביצועים לצד השני.הסעיפים הבאים לשבור את ההבדלים החשובים ביותר.

דרישות שער

GTOs דורשים דופק שער גבוה במקביל כדי להפוך (בדרך כלל 10-20 A עבור כמה מיקרו-שניות) ואת שער שלילי נפרד זרם כדי לכבות (עד 30% של זרם הטבעת) זה דורש נהגים מורכבים, רב-צדדיים ספירת שער עם מתגים גבוהים של כוח מיידי. מוצק מתגי סולידריות-מדינה, בניגוד, הם רק מתח-מאחזים מעטים (בדרך כלל) עם רכיב קטן יותר של 10GB, אך גם עם זרם יציב, אך זה דורש פחות יציב של כוח.

החלפת מהירות ותדירות

מתגי Solid-state, במיוחד MOSFET, יכולים לעבור בתדרים מעל 1 MHz. IGBTs בדרך כלל לפעול עד 50-100 kHz. GTOs, בשל השפעות אחסון של מיעוטים-carrier ואת הצורך מעגלים נוסטלר, הם בדרך כלל מוגבל כמה מאות הרץ עד כמה קילוהרץ עד כמה קילוהרץ.ביישומים הדורשים תצורה גבוהה הדופק (PW) או מהיר, הם מהירים.

יעילות והפסדים

הפסדים במכשירי חשמל באים מאובדן התנהגות (על מצב רוח × זרם) והחלפת אובדן (אנרגיה מתפזרת במהלך התורן וסיבוב) GTOs יש גבוה יחסית על טיפות מתח המדינה והפסדים משמעותיים מעבר עקב התפנית האיטית שלהם והפרעות נחירות חלשות יותר (אך עדיין יכולות להיות גבוהות יותר) עם מתגי GTO-Avb-Avbn-T מודרניים עם אגרוף רך (SPTS) ונקודות על פני נמוך יותר, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, עם מתגי-HDC, עם רמות נמוכות יותר, עם רמות נמוכות יותר, עם ממוצעות (RDC).

כוח ידה על יכולת

GTOs הם היסטורי ללא תחרות בטיפול ברמות הכוח הדיסקרטיות הגבוהות ביותר.מודולים בודדים GTO מיוצרים עם דירוגי מתח של 6 kV ודירוגים נוכחיים של 6 kA. IGBTs השתפרו באופן דרמטי ועכשיו להגיע 6.5 kV / 3.6 kA למודול, אבל עבור רמות המתח הגבוהות ביותר (למשל, 10 kV +), GTOs או חדש-RGBT הם עדיין בשימוש עד כמה קריפטוגרפיים (גם) עבור פרויקטים חדשים ביותר עבור IT אחרים (אפילו יותר קל יותר) עבור תוכניות חדשות (למשל, בעיקר עבור תוכניות IT) עבור יותר קל יותר קל יותר עבור יותר קל יותר עבור יותר עבור יותר עבור יותר עבור יותר עבור מעבדים יותר עבור יותר עבור יותר עבור מעבדים (למשל, 10K2 (למשל, 10K2K2KTlovs) עבור יותר קל יותר קל יותר עבור יותר עבור יותר עבור יותר עבור יותר עבור פרויקטים חדשים, 10K2.

רובוסטנס ו Fault Tolerance

GTOs יש יכולת נוכחית גבוהה מטבעו בשל מבנה thyristor שלהם. הם יכולים לסבול עומסים גדולים עבור כמה אלפי שניות, אשר יכול להיות יתרון במערכות עם פגמים בלתי צפויים אך חמורים. מתגים של מדינת סולידריות יש שוליים נמוכים יותר על פני השטח הנוכחי ויש להגן על ידי ממזגים מהירים או מעגלים של גילוי מהיר.

סנובבר מעגלי

GTOs כמעט תמיד דורשים מעגלים חיצוניים של נחירות - העורקים לחשבונות di / צמצם ומקבילה רשתות RCD עבור dv / צמצם להגביל. אלה נוברנים להוסיף עלות, משקל, והפסדים, ויכולים ליצור בעיות אמינות אם לא תוכנן בקפידה מתגי סולידריות-מדינה, במיוחד מ MOSFET, יכול לעתים קרובות לפעול עם מינימום או לא נחירות ברמות בינוניות ונוכחות יותר.

ניהול ארס

בשל התנהגות גבוהה יותר והפסדים מעבר, GTOs לייצר יותר חום למפר מאשר מתגי IGBT מודרניים ומ-MoagaFET. זה דורש התחממות גדולה יותר, אוויר מאולץ או קירור מים, ולפעמים במקביל למתקנים מרובים. מתגי מדינה סולידריות, עם ההפסדים הנמוכים שלהם, לאפשר עיצובים תרמיים קומפקטיים יותר.רחבי פסים (SiC ו- GaN) אפילו קרירים יותר, המאפשרים יותר כוח גבוה בגורמים בצורות צפיפות קטנות.

יישום Scenarios: מתי לבחור GTO לעומת סולידריות המדינה

הבחירה בין GTO לבין מתג מדינתי מוצק היא לעתים רחוקות מוחלטת – תלוי בדרישות הספציפיות של הפרויקט. להלן הן יישומים מייצגים שבו כל טכנולוגיה עולה.

תגיות קשורות Favoring GTOs

  • מנוע הכוח הגבוה (FLT:0) מניעים עבור מכונות תעשייתיות גדולות: אנדרל 1 (חלק מהמתקנים הישנים יותר וכוננים גדולים מאוד (טווח מאגוואט) עדיין משתמשים ב- GTOs מכיוון שהם יכולים להתמודד עם הזרם הגמגה במהלך ההתחלה והפגמים.
  • (FLT:0) שידור ישיר הנוכחי (HVDC) שידור:FLT:1 הממירים HVDC המוקדמים השתמשו ב- Thyristors, ו- GTOs סיפקו נתיב לקראת הגדרה עצמית, בעוד מקור המתח מבוסס IGBT (VSCs) שולט כעת בפרויקטים חדשים של HVDC, כמה מערכות מורשת ועיצובים מיוחדים (למשל, capacitor-mutator-comters עדיין משלבים GTO).
  • (FLT:0) לא מכווצים או איטיים של עומסי כוח גבוהים: ⁇ 1 ביישומים כמו מטען סוללות גדול או ממריצים מבוקרים עבור אלקטרוליטיזה, שבו תדירות המעבר נמוך (תדירות קווית), GTOs יכול להיות יעיל למרות ההפסדים שלהם.
  • (FLT:0) מערכות חשמל מובנות:FLT:1 GTOs יכול להתמודד עם הדופק באנרגיה גבוהה ביישומים כגון יצירת מגנטית, אקדחים, לייזרים הדופק שלהם הוא בעל ערך רב כאן.

תגיות קשורות Solid-state Switches

  • (FLT:0) אספקת חשמל בלתי ניתנת להפרדה (UPS): איור FLT) 1 IGBTs הם עמוד השדרה של מערכות UPS מודרניות באינטרנט, המציעה רגולציה של מתח פלט נקי ויעילות גבוהה.
  • (FLT:0) חומרים לאנרגיה מתחדשת: FIRLT:1 , שניהם מופנים שמש וממירי טורבינות רוח מסתמכים על IGBTs (או SiC MOSFET ליעילות גבוהה) להמיר DC ל- AC שאינו תואם לרשת.
  • (FLT:0) כוננים עבור כלי רכב חשמליים, רכבות וחשמליות: 1 IGBT מודולים משמשים באופן אוניברסלי במתקני התנוחה המודרנית בשל המעבר המהיר שלהם, החיסחוס והקלות של מקבילה.
  • (FLT:0) אספקת חשמל מכווצת (SMPS): FLT 1 Power MOSFET שולט באספקת כוח מחשב, מטען, ומחזרי טלקום שבהם נדרשת תדירות גבוהה ומתח נמוך.
  • (ב) ⁇ :0) חימום ושחיקה: 1 (IGBTs ו-MoafET משמשים בממירים מהדהדים יעילים, ניתנים לשליטה.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

בחירת קריטריה לפרויקט ההנדסה שלך

כדי להחליט איזה מכשיר טוב יותר לפרויקט שלך, להעריך באופן שיטתי את הפרמטרים הבאים:

דרישות ודרישות נוכחיות

אם המערכת שלך פועלת במתחים מעל 2 kV וזרמים מעל 500 A, GTOs עדיין יכול להיות בר קיימא - במיוחד אם אתה צריך לעמוד בגלות. עבור מתח בינוני (עד 1.7 kV), IGBTs הם בדרך כלל עליון.

תדירות

אם העיצוב שלך דורש PWM בתדרים מעל 2 kHz, מתגי מדינה מוצק הם חובה. GTOs לא יכול לעבור מספיק מהר ללא אובדן מופרז ומורכבות נוסטלר.עבור מעבר קו- ⁇ (50/60 הרץ), שתי האפשרויות לעבוד, אבל הקלות של שימוש הטיות כלפי IGBTs.

מטרות יעילות

עבור פרויקטים שבהם כל אחד מהיעילות משנה – כגון מערכות המופעלות על ידי סוללות או רשת – מתגי מדינה פתורים (במיוחד סיי C או GaN) מספקים הפסדים נמוכים יותר. GTOs מתקבלים על הדעת ביישומים המחוברים לרשת, נמוכים המכשפים שבו יעילות פחות קריטית.

המונחים:

שקול את שיטת הקירור הזמינה. GTOs לייצר יותר חום, כך שאם החלל או זרימת האוויר מוגבלים, מתגי מדינת מוצק קל יותר לנהל.

עלויות וזמינות

GTOs הפכו בעיקר מרכיבים נישה, כלומר הם עשויים להיות קשים יותר למקור ויקר יותר ליחידה מאשר IGBTs דומה. Solid-state מכשירים ליהנות מייצור בנפח גבוה (קטר, אלקטרוניקה לצרכנים) והם זמינים באופן נרחב. עבור עיצובים חדשים, באמצעות מתג של מדינת מוצק בדרך כלל להפחית עלויות חוק-of-חומריות ופשטות.

עיצוב מורכבות וזמן לשוק

מתגי Solid-state מציעים כונן שער פשוט יותר, מעגלים קטנים יותר של נחירות, והערות יישום נרחבות יותר עיצובים של יצרנים.בחירת IGBT או MOSFET יכול להאיץ את הפיתוח. עיצוב GTO דורש מומחיות מיוחדת ברשתות נוסטלר, בידוד הנהג השער, פריסה עבור זרמים גבוהים.אלא אם כן הצוות שלך יש ניסיון GTO הקודם, אפשרויות מוצקות יהיה סביר יותר וקל יותר ויותר ליישם.

מגמות עתידיות: האם GTOS solete?

מהנדסים רבים רואים את GTOs להיות טכנולוגיה בירידה.העלייה של IGBTs בשנות ה-90 וה -2000, ואחריו סיליקון carbide (SiC) ומכשירי ניטריד (GaN) ב-2010, ניתחו GTOs למהירויות נמוכות יותר של GTO-GTO שלך, עם זאת, התפתחויות חדשות כגון Integrated Gate-Comtrated Thytor שלך (CT) אשר משלבת את כוח המשיכה עם מהירויות גבוהות של GTO-GTO-GT של פעילות גופנית-GTO שלך.

עבור רוב הפרויקטים החדשים של הנדסה, מתגי מדינה מוצק - במיוחד IGBTs ו SiC MOSFET - הם ברירת המחדל בחירה. הם מציעים ביצועים טובים יותר עבור קילוגרם, עיצוב פשוט יותר, מערכת אקולוגית רחבה יותר של רכיבי תמיכה. עם זאת, אם היישום שלך באמת דורש רמות הכוח הגבוהות ביותר ויכול לסבול את המורכבות העיצובית, GTOs (או נגזרות מודרניות שלהם) עדיין יש מקום.

מסקנה

בחירת בין GTO לבין מתג מצב מוצק אינה עניין של אחד להיות מתגים אוניברסליים יותר. GTOs לספק המרה ללא תחרות של כוח טיפול ולהגדיל את היכולת הנוכחית, אבל עלות של מעבר איטי, הפסדים גבוהים יותר, ועיגולים מורכבים יותר של כונן סולידריות המדינה מתגים - מגנטיות כוח חזק יותר ו- IGBTs - מעבר מהיר יותר, פשוט יותר, יעילות, ניהול תרמי, מה שהופך אותם למשתנים עבור רוב גדול יותר, כדי לנתח את האלקטרוניקה המודרנית, אבל את התדירות גבוהה יותר, כדי לתקן את התדירות גבוהה יותר, אבל את התדירות גבוהה יותר, כדי להבטיח את התדירות גבוהה יותר, אבל את התדירות גבוהה יותר, כדי לתקן את התדירות גבוהה יותר, כדי לתקן את האלקטרוניקה גבוהה יותר, את התדירות גבוהה יותר, אבל את התדירות גבוהה יותר, כדי לתקן את התדירות גבוהה יותר, אבל את התדירות גבוהה יותר, כדי להבטיח את התדירות גבוהה יותר, כדי להבטיח את האלקטרוניקה גבוהה יותר, כדי להבטיח את התדירות גבוהה יותר, אבל את התדירות גבוהה יותר, את התדירות גבוהה יותר, כדי להבטיח את התדירות גבוהה יותר, עבור התדירות גבוהה יותר, את התדירות גבוהה יותר, את התדירות גבוהה יותר, את התדירות גבוהה יותר, אבל את התדירות