התפקיד של שער Turn-Off Thyristors in High-Performance Audio Amplifiers ו- Signal Process

הגדלת ביצועים אודיו הדגימה ורכיבי הביקוש לעיבוד אותות שיכולים להתמודד עם כוח משמעותי עם עיוות מינימלי ויעילות מקסימלית. בעוד מערכות אודיו מודרניות מסתמכות לעתים קרובות על MOSFET ו- IGBTs, השער Turn-Off Thyristor (GTO) נשאר מכשיר קריטי עבור שלבים בעוצמה גבוהה נישה, כאשר שינוי מהיר, מבוקר של זרמים גדולים הוא הכרחי במקור עבור מערכות מוטוריות ומערכת , GTO, מצאו מקום מרכזי של אודיו גבוהה, מדוע הם חוקרים עם תכונות גבוהות של מערכת אודיו, עיצוב של מערכת ההפעלה שלהם, כלומר, עיצוב רחב של מערכת ההפעלה שלהם, עיצוב אותות מתקדמים, עיצוב של פונקציות גבוהה של פונקציות גבוהה של פונקציות גבוהה של פונקציות גבוהה של פונקציות גבוהה של פונקציות גבוהה של מערכת ההפעלה של פונקציות.

מה זה GTO?

שער Turn-Off thyristor הוא ארבעה-שכבות, מכשיר חצי-מוליכים למחצה של שלושה צ'יונים (p-n-p-n) שפועל כ מתג דו-פעף (כמו קונסולת שליטה ב- SCR), אשר יכול רק להיות מופעל על ידי דופק שער ולאחר מכן לנגב באופן פעיל עד שהזרם השבר מופחת באופן חיצוני, GTO יכול להיות מופעל על ידי יכולת LT1, אך דומה להפעלה שלילית יותר כמו GTO-R.

פנימי, GTO בנוי עם מספר גדול של איים אגדיים משולבים ואזור aode רציף. כדי להפוך את המכשיר על, זרם שער חיובי הוא מיושם, גורם לחיתוך מחדש.כדי לכבות אותו, דופק שער שלילי מושך ספקים המטען מחוץ לאזור הבסיס, שובר את משוב רגנרטיבי המבנה תוכנן כדי לטפל הפוך עבור זרם הנוכחי צריך בדרך כלל מהפך של זרם של 20 שניות של זרם אחד של זרם אחד של זרם זרם.

GTOs מדורגים עבור מתחים מ 600 V ליותר מ 6 kV ו זרמים ממספר עשרות של אספרסים לכמה קילומונים.הם מציעים ירידה נמוכה של מתח על המדינה (VirFLT:0FuaFLT:1 - 1.5-2.5 V) וקיבולת גבוהה עלייה, מה שהופך אותם אטרקטיבי עבור המרת כוח שבו הפסדי התנהגות נמוכים הם המפתח שלהם הוא צורך עבור מתח גבוה (אוב) כדי להגדיל את זרם גבוה (אוב) וגרם לדרגה 3 (ב) ולהגדיל את רמות גבוהה) הוא גבוה יותר לתפקוד הנוכחי חייב להיות גבוה (ב) ולהגדיל את רמת גבוהה של 2.

מדוע GTOs הם מותאמים עבור High-Performance Audio Amplifiers

העברה מהירה ואכזבה נמוכה

מגברי אודיו, במיוחד Class D ו-High-Power Class AB עיצובים, מסתמכים על מעברים מהירים ונקיים. GTOs יכולים לעבור עשרות אמפרים בפחות ממיקרו-שניים, המאפשרים קידוד גבוה (PWM) בטווח 100-500 kTOHz. זה מקטין את זמן המתים הנדרש בין מעברים, מעבר להפחתה נוספת, כי הוא יכול להיות מצמצם את הטוהר האלקטרומגנטי (Gectable) על ידי ה-Fal-Fal-R) ב-Fatedectable) ב-GTO טווח ה-R.

כוח עליון

מגברי אודיו מקצועיים לקונצרטים, תיאטראות, חיזוק קול תעשייתי חייב לספק אלפי וואט לתוך עומסים נמוכים-מרוששים. Single GTOs יכול להתמודד עם 100-200 ברציפות, ומכשירים מרובים ניתן מקבילים עם שיתוף נוכחי זהיר.הרסום שלהם מאפשר להם לספוג אנרגיה במהלך עומסים או עומסי על פני השטח ללא כשל מיידי, תכונה קריטית בסאונד חי שבו אמינות רבודה.

יעילות וניהול ארסמל

מכיוון ש- GTOs פועלים עם מתח נמוך על-מדינתי יורד בדומה ל- אריסטוקרטים סטנדרטיים, ההפסדים שלהם הם נמוכים משמעותית מאלה של IGBTs או MOSFETs, במיוחד בזרמים מעל 50 A. זה מקטין את גודל הכיור החום ואת דרישות קירור.ב-Power-D מגברות גבוהות יותר, החיסכון בפיזור יכול להיות משמעותי, המוביל ליעילות כללית (לעתים קרובות יותר מ-90% מהאנרגיה נמוכה יותר).

ביקורת על Signal Modulation

במודולציה של הכיתה, המכשירים המשתנים מעצבים ישירות את גל השמע.היכולת של GTO לכבות בדיוק על הביקוש, במקום להסתמך על הנסיעות הטבעיות (כמו עם SCRs), מאפשרת PWM אמיתי עם מחזורי חובה משתנים.זה מאפשר למגבר לשחזר אודיו עם עיוות ליניאריות מעולה ועיוות הרמוני נמוך (THD). כאשר בשילוב עם משוב, GTOs יכול להשיג רמות כוח נמוכות מתחת ל-0 רמות כוח אפילו נמוך יותר.

המונחים: Signal processing Power Stages

מעבר לשלב הפלט של אודיו, GTOs מועסקים מעגלים שונים עיבוד אותות שבו מתח גבוה או זרם גבוה יש לעבור עם נאמנות.

Power Conversion for Audio Systems

מערכות אודיו גדולות דורשות מתחים מרובים - ±70 V עבור מגבר הרכבות, 48 V עבור כוח phantom, ±15 V עבור דגימת, ומתחים נמוכים יותר עבור לוגיקה דיגיטלית. GTOs משמשים באספקת הכוח הקדמית, במיוחד באספקת חשמל מתג-מו (SMPS) שממיר עיקרי AC לתקנה DC.היכולות גבוהות של GTO מאפשר סטיות ישירות עבור קיבולת סלולר כבד, אפילו קיבולת של מלחוזבתים.

דרגה H ו- Class G Amplifier topologies

Class H ו- Class G מגברות להשתמש במסילות אספקה מרובות אשר מופעלות באופן דינמי כדי להפחית את הניכוי. GTOs יכול לשמש אלמנטים מתפתלים של הרכבות, המחברת את שלב הפלט המגבר למסילות גבוהות יותר רק כאשר נדרש. כי GTOs מופעלת במהירות, המעבר בין הרכבות הוא כמעט חלק, ולא מוסיף ממצאים בלתי ניתנים לזיהוי.

בקרת איכות והגנה

במערכות אודיו בעלות גבוהה, יש להתאים את הטיית שלב הפלט לטעינה טמפרטורה וריאציות עומס. GTOs ניתן להשתמש במעגלים בקרה הטיה פעילים, שבו transistor קטן-חתים משנה את שער GTO כדי לשנות את הטיה הנוכחית דינמיות.בנוסף, GTOs ממונף במעגלי הגנה: הם יכולים לנתק במהירות את העומס מקצר במהלך מעגל קצר או הודות ליכולתם מיקרו-שנית.

שילוב עם Digital Control Systems

ציוד אודיו בעל ביצועים גבוהים מודרני מטביע GTO בתוך מערכת אקולוגית בקרה דיגיטלית. מיקרובקר או DSP יוצר אותות PWM, לפקח על הנוכחי והטמפרטורה, וליישם אלגוריתמים מתאימים כדי להתאים את ההתנהגות בזמן אמת.

שער כונן מעגלי

נהיגה ב- GTO דורשת נהג שער ייעודי שיכול להביא דופק חיובי לסיבוב (בדרך כלל 0.5-2 A עבור כמה מיקרו-שניות) ולאחר מכן להטביע זרם שלילי גדול עבור תפנית (לעתים קרובות 20-30% של זרם העומס הנוכחי) בקרה דיגיטלית ICs לספק תזמון מדויק עבור הדופקים אלה, ובקרת המוזה הנוכחית יכולה להתאים את הדחף מבוסס על תנאי עומס.

בקרת סנובר

אחד האתגרים הגדולים ביותר עם GTOs הוא ניהול ה- תפנית dv / dt. Passive RC ו RCD snubbers הם קונבנציונליים, אבל הערכים שלהם קבועים וצורכים כוח. שליטה דיגיטלית יכול לפקח על dV / dt ולהתאים את הפרופיל הנוכחי של שער הפוך בזמן אמת, צמצום הצורך עבור נושבים גדולים ושיפור יעילות כוללת.

מימוש ביצועים בזמן אמת אופטימיזציה

על ידי דיגיטציה אות השמע ועיבוד אותו באמצעות DSP, המגבר יכול לפני הדחף סימן כדי לפצות על GTO לא לינאריות.לדוגמה, העיכוב משתנה עם טמפרטורת הצומת; הבקר יכול למדוד את העיכוב הזה ולשנות את נקודות קצה PWM בהתאם. התאמות חד פעמיות כאלה סגורות, בזמן אמת לשמור על ביצועים נמוכים ועקביים על טמפרטורה והזדקנות.

השוואה עם מכשירים חלופיים

למעצבים יש אפשרויות רבות להחלפת כוח גבוה: MOSFET, IGBTs, SiC MOSFET ו- GaN HEMTs. Where Do GTOs מתאימים?

  • (ב) [ה]ב[[1724]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]] [[[[1924]] [[1924
  • (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0SiC MOSFETsFLT:1) יריב GTOs במתח ומהירות המעבר אבל הם כיום יקרים יותר. עבור אודיו מקצועי של אחריות גבוהה, את הפרסום העלות עשוי להיות מוצדק עבור יעילות משופרת מגנטים קטנים יותר.
  • <חזק>GaN HEMTs הם מוגבלים למתחים נמוכים (< 650 V) והם מתאימים יותר לטווח בינוני, ממירים גבוהים.הם עדיין לא מסוגלים עבור אודיו רב-קילווואט שבו מתחים עולים על 600 V.

לכן, GTOs נשאר מועמד חזק מאוד כוח גבוה מאוד (> 5 קילוואט) מגברי אודיו הפועלים עם מתחי רכבת מעל 400 V, שבו נמוך על-דרופ וסיבוב מהיר שלהם לספק סחר חיובי מול IGBTs ואלטרנטיבה אטרקטיבית מבחינה כלכלית לסצ'י.

אתגרים עיצוב ומייגים

דרישות סנקוב

GTOs דורשים משב רוח על פני כל מכשיר להגביל את שיעור העלייה של מתח (dv / Dt) במהלך סיבוב- off.ללא זה, המכשיר עשוי להפוך שוב ללא כוונה.השרוט מאחסן מחסני אנרגיה אשר מתמוססת בהתנגדות כל מחזור, גרימת הפסדים. עבור מעבר גבוה ⁇ + kHz), הפסדים אלה יכולים להפוך מעצב משמעותי.

מכלול השער

יצירת זרם השער השלילי הגבוה עבור תפנית דורש שלב כונן שער חזק עם קשרים נמוכים לחינוך.זה עולה עלות ועלות עלות ועל אזור הסיפון. כמה GTO מודרניים משלבים מבנה "שער מוקרן" המקטין את זרם השער הנדרש, אך על חשבון טיפה מעט גבוה יותר על המדינה.

אלקטרומגנטי הבין-לאומית (EMI)

מעבר מהיר טרנספורמטיבי לייצר EMI. GTOs לייצר רעש מוליכים ורדיוני.מעצבים להתמודד עם זה עם פריסה זהירה, ferrite beads, חנק משותף, מיקום נינוח נאותה. השימוש של שליטה דיגיטלית כדי לעצב את הפרופיל הנוכחי שער יכול גם להחליק את הקצוות, צמצום רכיבים קידוד גבוה.

אופניים גמישים וגמישות

גודלו הגדול של GTOs (לעתים קרובות > 1 ס"מFLT:0.2FLT:1) ואת השגיאה בין coefficient של הרחבה תרמית של סיליקון ואת בסיס החבילה יכול להוביל עייפות על מחזורים תרמיים רבים.ביישומים אודיו מקצועי, המגבר עשוי להיות נתון ללחץ תכוף (למשל, חזרות כבדות).

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

טכנולוגיית GTO ממשיכה להתפתח.סיליקון קרבייד (SiC) GTOs הוכחו במעבדה למחקר, המציעה מתח גבוה יותר והחלפת מהיר יותר עם הפסדים נמוכים יותר.לדוגמה, 10 kV SiC GTO יכול לעבור בעשרות ננו-שניות. בעוד עדיין לא ממושמע עבור אודיו, מכשירים כאלה יכולים לאפשר מגבר עתידי עם צפיפות כוח חסרת תקדים ודליות.

מודולים היברידיים המשלבים GTO עם מתח של MOSFET או IGBT בתצורה של קוד מופיעים גם. היברידיות אלה לנצל את המתח הנמוך של GTO על המדינה ואת יכולת עלייה גבוהה תוך שימוש במכשיר הקטן יותר כדי לשלוט בתורו, לפשט את כונן השער.

אינטגרציה של GTOS עם עיבוד אותות דיגיטליים מתקדמת.לדוגמה, ⁇ :0application מציין מ- Analog מכשיריםFLT:1 לתאר כיצד לנהוג GTOs עם אותות PWM מבודדים מ DSP כדי להשיג דיוק מודולציה בממירי חשמל.בנוסף, FLT:2Texas Instruments פרסמה עיצובים של GLT 3 עבור כוח גבוה באמצעות ממריצים המבוססים על ידי אודיו, אשר מציג את GTO-GTOS.

מסקנה

השער Turn-Off thyristors נשאר כלי רב עוצמה במחלקת אודיו ביצועים גבוהה ובקרת אותות עיבוד זירה.היכולת הייחודית שלהם לעבור זרמים גדולים מאוד עם ירידה של המדינה נמוכה, בשילוב עם מהיר, מבוקר, הופך אותם אידיאליים עבור מגבר מקצועי הדורש כוח גבוה, עיוות נמוך ויעילות, בעוד הם מציגים אתגרים עיצוב - אובדן, מורכבות, וניהול תרמי - יכול להיות יעיל כדי לפתח מערכות אודיו דיגיטלי, כמו GTO גבוהה, להמשיך את זה עוזרות גבוהה.

לקריאה נוספת על יסודות הריגול ועל עיצוב אודיו בעוצמה גבוהה, להתייעץ עם המאמר (FLT:0GTO על ויקיפדיה FLT:1 ומדריכי יישומים של יצרנים למחצה כגון FLT:2IXYSFLT 3: 3).