GTO Thyristor Fundamentals'ı Anlamak

Kapı Turn-Off (GTO) yourristors, yüksek gerilim/yüksek akım standart sizinristokratların, negatif bir kapı mevcut darbe ile kapatılabilme yeteneğinden farklı olarak, motor sürücüleri, traksiyon sistemleri, indüksiyon, ve büyük olumsuz güç malzemeleri birleştiren bir sınıf güç yarı iletkenleridir.

Sorunlanmaya başlamadan önce, GTO'nun işletim ilkelerini anlamak önemlidir. Cihazın üç terminali vardır: anode, kedihode ve kapı.Indüksiyon, olumlu bir kapı mevcut pul tarafından başlatılır; bu nedenle, gerekli olan mesafeleri uygulama yoluyla elde edilir ve alan başarısızlıklarından sorumlu tutmak için zaman alır.

GTO yapıları ve özellikleri üzerine kapsamlı bir astar için, başvuru notuna atıfta bulunun:0) “Gate Turn-Off Thyristors: Temel Operasyon ve Uygulamaları”[Döneticiler: IXYS).

Common GTO Devre Sorunları ve Kök Sebepleri

Alan deneyimi ve güvenilirlik çalışmaları GTO devrelerinde birkaç tekrarlanan başarısızlık modlarını tanımlar. Bunlar genellikle kontrol noktaları, snubber devre eksiklikleri, termal yönetim boşlukları veya elektrik aşırılıkçıları inceler. Aşağıda her şeyi ayrıntılı olarak inceleyeceğiz.

Turn On

Bir GTO bir kapı puluna rağmen, kök nedeni neredeyse her zaman kapı sürücüsüyle ilgilidir. Yeterli pozitif kapı mevcut amplitüd, yetersiz genişlik veya gerekli eşinin altındaki bir kapı gerilimi, cihazı latch akımına ulaşmasını engelleyebilir. ek olarak, anode-to-cathode gerilim çok düşükse (belirli dönüş gerilimi) GTO güvenilir bir şekilde tetikleyemez.

[FONT:0)Diagnostic adımlar:[Dönemli:[Dönemli)

  • Bir oscilloskop üzerindeki kapı pulunu ölçün: veri tablo minimumunu karşılama veya geçmelidir (tipik olarak 2-10 A for orta güç GTOs).
  • Şampuan genişliğine göz atın: kapı pulu sona ermeden önce anode akımının yükselmesine izin vermek için yeterince uzun olmalıdır.
  • Kapı sürücü çıktının aşırı gerilim düşüşü olmadan gerekli mevcut teslim edilmesi için yeterince düşük olduğunu belirtmek.
  • Çığlanmış satıcılar veya korroded kapı bağlantıları için düşünülmüş olan direniş - mevcut sürücü kapısını soran direnişi tanıtmaktadır.

Kapı sürücüsü sağlıklıysa, GTO'yu bilinen iyi bir devrede test edin (veya bilinen bir iyi cihaz yerine) kendi başına lisansüstü olup olmadığını izole etmek için. Doğru kapı sürücüsü ile bile tetikleyici başarısız olan bir GTO, iç kapı-tavap kısa veya açık bir devreye sahip olabilir.

Turn Off

Kapı sinyalinin kaldırılmasından sonra devam eden bir GTO daha karmaşık bir sorundur. Turn-off başarısızlığı, negatif kapı akımının cihazı komisere yeterince depolayamadığı veya yeniden uygulamalı gerilim eğimi (dv/dt) çok yüksek olduğunda, geri çekilmeye neden olur.

[FONT:0]Common nedenlere sebep olur:[Dönem: 1 )

  • Yeterli negatif kapı mevcut amplitüd veya pul genişliği: çoğu GTO'lar, birkaç mikrosaniye süresi ile mevcut olmayan anodenin% 20-30'unun negatif bir akımı gerektirir.
  • Yüksek bir kavim sıcaklığı veya yüksek anode akımı nedeniyle aşırı depolama zamanı: depolama zamanı sıcaklıkla artar, etkili dönüş kazançunu azaltır.
  • İnadequate snubber devre: Kötü tasarlanmış bir snubber, kapıyı geri döndürüp tekrardan sonra cihazda yüksek dv /dt sağlar.
  • Hasarlı kapı-köleç: sızıntı bir kavim etkili olumsuz önyargıyı engelleyebilir.

Döndürme başarısızlıklarını gidermek için, kapı-tavür gerilimi maksimum olarak ayarlandığında, dönüş sırasında bir diferansiyel bir probla dalga geçmek gerekir.Seks gerilimi en azından belirtilen minimum pul genişliği için muhafaza edilmelidir. Ayrıca anode gerilimi izleyin: Eğer çok hızlı yükselirse (dv/dt maksimum maksimum maksimum yük için ayarlanırsa), a 10 μF kapasiteli devre yetersizdir.

Aşırı ısıtma ve ısı Runaway

GTO'lar nispeten yüksek gerilim düşüşüne sahiptir (1.5-2.5 V, IGBTs ile kıyasla, önemli bir kesintiye yol açan kayıplara yol açabilir.Toplantı kaybıyla birlikte, toplam dağıtım, cihazın ısı kapasitesinin yetersiz olup olmadığını hızla aşabilir.

[0]Köyömürücüler: [Dönemliler: [Dönemliler:)

  • Junction sıcaklık normal yük altında 125°C'yi aşıyor (mahsured dolaylı olarak sıcaklık ve termal direniş yoluyla).
  • Yüksek sıcaklıktaki artan sızıntı, daha da kayıpları gündeme getiriyor – klasik bir termal runaway koşulu.
  • Genişleme ve sözleşme, tahvil tel yorgunluğuna veya zaman içinde ortak çatlaklara neden oluyor.

[FONT:0) R ([Dönemli)

  • Sıcaklıkı doğru şekilde termal yağ ile donatılmıştır ve hava akışı engellenmemiş. Güç hava veya sıvı soğutma genellikle 1 kW'ın üzerindeki güç seviyelerinde gereklidir.
  • Tam yük işlemi sırasında termo çift veya kızılötesi kamera ile durum ısısını ölçül. Sıcaklık 345T = P × R ⁇ ja tasarım limitini aşmamalıdır.
  • Geçiş frekansına bakınız: yüksek frekanslar geçiş kayıpları dörtlöre kadar artırır.Eğer termal marj sıkıysa, geçiş frekansını azaltır veya yumuşak-switching tekniklerini uygular.
  • Düşük büyüklükteki bileşenlerle birlikte sinubber devreleri kullanın (örneğin, metal film kapasitörler, hızlı kurtarma diyotları) en aza indirmek için.

dv/dt ve di / başarısızlıklar

GTO'lar, bir düğüm gerilimi çok hızlı yükselirse yanlış bir dönüş için hassastır (yüksek dv/dt). Bu, mevcut bir yerinden gelen akışlar kapıdaki eğime göre, potansiyel olarak kapı eşini aşıyor. Benzer şekilde, yüksek bir di /dt mevcut kalabalık ve sıcak nokta başarısızlığına neden olabilir.

[FONT=0]dv/dt koruma: Snubber devreleri (RC veya RCD) GTO genelindeki gerilim artışının oranını sınırlamaktadır.

[FONT:0]--dt koruma:[Dönetici:[Dönetici:0)) Turn-on di/dt, kapı sürüş zamanı ve bir düğüm devresinde raylı sistem tarafından sınırlı değildir.

Subber tasarımının ayrıntılı bir tedavisi için, uygulama raporunu gör [ENFLT:0) “Snubber Devre Tasarımı için Power Electronics”) Texas Instruments'tan.

Sörfler koruyucu olsa da, sorunları ortaya çıkarabilirler. Bir taburculu bir kapasitör ile bir çöp akımına neden olabilir, çünkü GTO ortaya çıktığında, potansiyel olarak cihazın di /dt derecelendirmesini aşabilirler.Rektör başarısızlığı (malzemete veya sürüklenebilir) sinübürüvermez bir şekilde geri dönmez.

[FONT:0) Sömerk sağlık için kontrol listesi: ).

  • Bir oscilloskop ile snubber kapasitor gerilimi ölçül: Geçiciler sırasında cihazın puanlanan gerilimi aşmamalıdır.
  • Sörfün direnicinin toleransı dışında boyamadığı veya ölçüm yapmadığını belirtmek - yüksek frekanslı snubbers'te sonsuzluk.
  • Subber diyotun hızlı bir şekilde kurtarmasını sağlayın (trr < 100 ns) ve doğru bir şekilde yönlendirilir.

Tanı Teknikleri ve Ölçüm Araçları

Etkili bir sorun doğru araçlar ve metodolojiye dayanıyor. Temel multimetre kontrollerinin ötesinde, oscilloskop ölçümleri ve termografi GTO devreleri için gereklidir.

Oscilloskop Ölçümleri

Yüksek gerilim diferansiyel problarla dört kanallı dijital oscilloskop kullanın ve şu anki problar. Anahtar sinyalleri gözlemlemek için:

  • [FONT=0)Gate-to-cathode gerilimi: , dönüş için pozitif bir darbe (10-20 V) göstermeli ve negatif bir pul (-5 ila -10 V) dönüş için.
  • [FONT:0]Mevcut:[Dönetici:[Dönetici:0) Mevcut bir radyoyu kapı telinde kullanın. Olumlu zirve tetik için yeterli olmalıdır; negatif zirve dönüş aralığı için devam etmelidir.
  • [FONT=0]Anode-to-cathode gerilimi:[DFLT:1] Overvoltages (exceedingated VDRM/VRRM) ve dv/dt oranı için monitör.
  • [0]Anode mevcut:[[Dönem:[Dönem: 1) Aşırı di /dt için kontrol (100 A / μs'den fazla başarısızlık neden olabilir).

Termograf

Foto kameralar ısıtıcılar üzerinde sıcak noktaları bulmak için paha biçilmez, busbars ve snubber bileşenleri. yük altında alınan termal bir görüntü, düzensiz soğutma, gevşek termal arayüzler veya notların ötesine geçen bileşenler.GTO davasındaki yüksek çözünürlüklere dikkat edin - büyük bir gradient iç bağ bozulma tel bozulması gösterebilir.

Kapı Sürücü Testi

GTO devresi çelişkili bir şekilde başarısız olursa, kapı terminali koptuktan sonra sürücü çıktısını bir mumyayaya karşı korumayı doğrulamak için bir oscilloskop kullanın (örneğin, 10 hong).

  • Yükselin ve düşme süreleri (iyi dönüş performansı için < 1 μs olmalıdır).
  • Yük altında amplif stabilite - yetersiz güç tedarik kapasitesi nedeniyle gerilimin sabitlenmesi gerekmez.
  • Isolation: kapı sürücüleri galvanic izolasyonu (tipik olarak nabiyon dönüştürücü veya opto çiftr) zemin döngülerini önlemek için sağlamalıdır.

Önleyici Tasarım En İyi Uygulamaları

Birçok hata tasarım aşamasında kaçınılabilir. Aşağıdaki kılavuzlar yeni GTO devre tasarımları veya daha eski sistemleri geri yüklemede uygulanır.

Kapı Sürücü Tasarımı

  • 15-20 $ 'lık bir yüksek güç GTO'ları için yüksek bir pozitif ve negatif bir akım sağlamak için özel bir kapı sürücüsü IC veya ayrı transistör çift kullanın.
  • Bir kapı direnişçisini zirveyi ve damp oscillations'ı sınırlamak için ekleyin. Tipik değerler 1 ila 10 ULL aralığında.
  • Olumsuz bir kapı önyargı gerilimi (örneğin, -5 V) gürültü bağışıklığı geliştirmek ve dönüş gecikmesini azaltmak için devlet sırasında.
  • Kapı geriliminin maksimum puanı aşmasını engellemek için bir fikre ekleyin (genellikle ±20 V).

Snubber Devre Tasarımı

  • Örneğin, 500 A yük, 500 V otobüsü, dV /dt max 2 μF.
  • Daha yüksek verimlilik için, bir RCD snubber'i, bir direnç içinde tedarike geri dönmek veya çöpe atmak için hızlı bir diyot ile kullanın.
  • Place snubber bileşenleri fiziksel olarak GTO terminallerine parasitik indüklemeyi en aza indirmek için mümkün olduğunca yakın.

Termal Yönetim

  • Sıcaklık direnci ile bir ısıtın R ⁇ sa, 125°C'nin altındaki kavim sıcaklığının en yüksek ortamdaki ısıtılması için yeterince düşük. Tipik bir kural: R ⁇ ja = R ⁇ jc + R ⁇ cs + R ⁇ sa ≤ (Tj max - Ta) / P total.
  • Yüksek iletkenlik (pad veya yağ) ile termal arayüz malzemeleri kullanın.
  • 5 kW'ın üzerindeki güç seviyeleri için ısı boruları veya sıvı soğutmayı düşünün.

Mevcut ve gerilim

Güvenilirliği artırmak için, GTO'yu, en az% 80'den fazla puanlanan gerilimin% 70'inden fazla işletmek ve aldığı görüntüdeki görüntünün %70'i.Bu, geçici ve sıcaklık varyasyonları için marj sağlar. Sık sık aşırı yüklemeleri içeren uygulamalar için, en az 1.5× en yüksek beklenen mevcuttu.

Problem Çözme Akışkar

Sistemli tanı için, bu zihinsel akışı takip edin:

  1. [FONT:0)Observation:[[Dönetici:[Dönetici:) Başarısızlık belirtisini tanımlar: Yok, kapatamaz veya kısa / açık değildir.
  2. [FONT:0)Gate Drive Check:[Dönetici:[Döncük:0)[Dönetici: 0 ) Kapıyı eksik veya yanlış tamir ederse, kapı sürücüsünü tamir edin.
  3. [FONT:0]Snubber Check:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)Snubber Check:[Dönem:[Dönem:[Dönem: 1)If turn-off başarısız veya dv/dt yüksek, test snubber bileşenleridir; eğer spec dışında yerini değiştirir.
  4. [FONT:0) ⁇ Check:[Dönemli:[Döntme:0)[Dönüşük/Dönlem)
  5. [FONT:0)Substitution:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:0)) Swap the GTO with a known-good Unit. If problem kaybolursa, orijinal cihaz zarar görür.
  6. [FONT:0) Sistem İnceleme:[Dönetici indüktöre, zemin döngüleri veya kontrol mantığı zamanlama sorunları için kontrol edin.

Yenidenleme ve Onarım

Başarısız bir GTO’yu değiştirirken, her zaman kökin tekrar başarısızlıklardan kaçınmasına neden olduğunu araştırın. Başarısız cihazı dikkatlice alın – yönetilmiş GTO’lar test ekipmanlarını zarar verebilecek olan iç kısa devrelere sahip olabilir.Sıcak yüzeyi temizleyin ve taze termal bileşikleri uygulayın.

GTO'ların durdurulduğu sistemler için (eski traksiyon sürücüleri için) modern IGBT veya IGCT modüllerine daha yüksek verimlilik ve daha iyi kapı sürücü basitliği sunan uygulama notlarını, ABB veya Mitsubishi gibi üreticilerden uyumluluk için bakınız.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

GTO Yourristor devrelerinin başarılı bir şekilde sorun giderme, cihazın dönüş-onunun sağlam bir kavrayışı ve dönüş mekanizmalarının, teşhis araçlarının dikkatli kullanımı ve kontrol noktalarının, termal görüntüleme ve dalgaform analizi dahil olmak üzere, işletim sistemini ortadan kaldırarak, o zaman kontrol altına alın.

GTO güvenilirlik verileri ve başarısızlık analizi hakkında daha fazla okuma için, [[GTO güvenilirlikleri üzerindePower Electronics makale[Dönetici 1) değerli alan istatistikleri sunar. Ek olarak, Semikron'un OLFLT:2).