Özel TrİstÖrler

+ Yorum Gönder
Elektronik ve Elektrik Bölümü Bölümünden Özel TrİstÖrler ile ilgili Kısaca Bilgi
  1. 1
    Mattet
    Usta Üye
    Reklam

    Özel TrİstÖrler

    Reklam



    Özel TrİstÖrler

    Forum Alev
    ÖZEL TRİSTÖRLER


    Tristör tanımının dışında kalan bazı tristörler bulunmaktadır.Bunların bazı özellikleri normal tristörlerdekine benzemekle beraber yeni yetenekler eklenmiştir. Bunlar iki yönlü iletebilme veya tıkama , ters kapı akımıyla tıkamaya sokulabilme , ışıkla iletime geçirilebilme gibi özelliklerdir.

    TRİYAK


    TANIM VE ÖZELLİKLERİ:


    Tristörün sadece bir yönde akım iletimini gerçekleştirmesi özellikle AC güç kontrol devrelerinde çoğunlukla dezavantajdır.Her iki yönde de iletime geçirilebilen bir eleman mevcuttur.Bu eleman triyaktır.

    Triyak (TRIAC),”Triode (three electrode) AC” [üç elektrotlu] yarı iletken anahtar olarak anılabilir fakat genel kullanımı bu kelimelerin baş harflerinin kullanılmasıyla kısaltılmıştır. AC devrelerinde, tristörler gibi bir kapı sinyali kontrolüyle akım anahtarlamalarında kullanılırlar.
    Akımı her iki polariteyi de geçirebilme ya da tıkama özelliği bulunur ki bu özelliğinden dolayı , triyak -genel olarak– iki yönlü triyot tristör olarak adlandırılır. İki tek yönlü tristörün ters paralel bağlanmış şekli gibi davranırlar. Böylece , uygulanmış olan gerilimin her iki polaritesini de iletme ya da tıkama yeteneğine sahiptir. Bir pozitif veya negatif kapı akımı kullanarak her iki yönde akım geçişi sağlanabilir. Özellikle şebeke frekanslı AC kontrolü için kullanılırlar. Triyağın kullanışlılığı ve güç tutabilme özelliğinin artması nedeniyle AC , DC motor hız kontrolü (ve çalıştırılması) ; ışık ayarı (dimmer) ;AC statik anahtarlama ve ısıtıcı kontrolü gibi tam dalga kontrol uygulamaları için aranan ve çok elverişli bir elemandır. Bir kristal yapı içinde iki ters paralel p-n-p-n zincirini sağlamak zor olduğun için trisrörler kadar büyük akım ve gerilim değerleri için üretilmezler.Triyağın kullanımı , normal bir tristöre göre,bir soğutucu ve bir tetikleme devresi yeterli olduğundan daha ekonomiktir.
    Anot gerilimi UA ve kapı gerilimi UG ‘nin yönüne bağlı olarak triyağın 4 tetikleme bölgesi vardır(1.,2.,3.,4. Bölgeler).
    Triyaklar , 200 A akım değeri ve 1000 V gerilim değerlerine kadar kullanılabilir. 400 Hz’e kadar ve özellikle 50-60 Hz’de kullanılabilir.Tipik tetikleme seviyeleri ve büyüklükleri tristörünkilere benzerdir.Mesela , 10-2 mertebesindeki akımlar ve 1 veya 2 voltluk kapı tetikleme sinyali ; 1 ve 2 V iletimdeki gerilimini kapsayan bir sahadadır.
    Triyak ve normal tristör arasındaki yön kavramından kaynaklanan farklılığı görmezlikten gelirsek, aralarında birçok benzerliğin olduğunu görebiliriz.Bunlar , ilgili kullanılan terimler (terminoloji) ; tetikleme metotları , uygulamaları ; 1. Bölge karakteristikleri ve üretim teknikleridir. Triyaklarda kapı akımına hassasiyet normal tristörlere nazaran daha azdır , serbest kalma süreleri daha uzundur.Kritik gerilim yükselme hızları da daha küçüktür.Bu nedenle endüktif yüklü uygulamalarda kullanımları zordur çünkü kapı kontrolleri tekrar elde edilemez
    Şekil 1.1‘de bir tipik düşük akımlı triyağın değerleri verilmiştir.Birçok triyak açıklaması , sembolü , ve büyüklükleri tristördekilerle aynıdır.Bu tablodaki veriler genellikle en kötü haldir, bu nedenle ana uç ve kapı polaritesi durumlarından en zorlusunu yansıtır.Triyak kapı nicelikleri tepe değerleri ile en düşük kapı tetikleme seviyeleri değerleri karıştırılmamalıdır.Kapı nicelikleri tepe değeri , maksimum izin verilen kapı kaybı ve düşük kapı tetikleme seviyeleri değerleri de , tetiklenme için gerekli olan minimum seviyeyle ilgilidir.Şekil 1.1.(a) ve (b). Tipik triyak verileri , geçirme akımı ve maksimum sıcaklık ile ilgili olan grafikleri içerir.


    40485
    40486
    Kapama Durumunda Periyodik Gerilimin Tepe Değeri ,VDROM
    200 V
    400 V
    Kapı Tetikleme Akımı Tepe Değeri , IGTM , (Max.1μs için)

    4 A
    4 A
    Kapı Güç Kaybı, PGM (tepe) (Max 1μs ve IGTM ≤ 4 A (tepe) için)
    16 W
    16 W
    Ortalama PGAV
    0,2 W
    0,2 W
    Geçirme Akımı RMS Değeri, It(RMS) ,
    TC =+75°C ve 360°’lik iletme açısı için
    6A
    6A

    Şekil 1.1.(a) MT ve Kapı Geriliminin Her İki Polaritesine Ait Bazı Büyüklükler












    Karakteristik
    Sembol

    Sınırlar

    Birim
    40485
    40486
    Min
    Tİpik
    Max
    Min
    Tipik
    Max
    Kapamadaki Akım Tepe Değeri ,
    TJ=+100°C için
    IDROM
    --
    0,1
    4
    --
    0,2
    44
    mA
    Maksimum İletim Gerilimi,
    İT = 30 A(tepe) ve TC =+25°C için
    vT
    --
    1,6
    4
    --
    1,6
    2,25
    V
    DC Tutma Akımı , TC =+25°C için
    IH0
    --
    15
    2,25
    --
    15
    30
    mA
    Komutasyon Gerilimi Kritik YükselmeHızı, VDROM=VD, It(RMS)=6A,
    di/dt=3,2A/ms ,TC =+75°C için

    3
    10
    30
    3
    10
    --
    V/μs

    Kapama Gerilimi Kritik Yükselme Hızı , TC =+100°C
    dv/dt
    30
    150
    --
    20
    100
    --
    DC Kapı Tetikleme Akımı,VD=12V(dc),RL=12Ω,TC=+25°C için
    I.Bölge
    III.Bölge
    IV.Bölge
    II.Bölge

    IGT






    mA
    --
    15
    25
    --
    15
    25

    --
    15
    25
    --
    15
    25

    --
    25
    40
    --
    25
    40

    --
    25
    40
    --
    25
    40

    DC Kapı Tetikleme Gerilimi , RL=12Ω VD=12V(dc), TC=+25°C için ve VDROM=VD, RL=125Ω , TJ=+100°C için
    VGT
    --
    1
    2,2
    --
    1
    2,2
    V
    0,2
    --
    --
    0,2
    --
    --
    Kapı Kontrollü İletime Geçme Zamanı
    (Gecikme Zamanı + Yükselme Zamanı)
    tGT
    --
    2,2
    --
    --
    2,2
    --
    μs
    Termik Direnç (Jonksiyon-Gövde)

    --
    --
    4
    --
    --
    4
    °C/W

    Şekil 1.1.(b).Karakteristikler.







    ANA UÇ KARAKTERİSTİKLERİ:



    Şekil 1. 2.Ana Triyak Yapısı ve Devre Sembolü

    Ana triyak yapısı şekil 2‘de gösterilmiştir.Triyakda iki yönlü akım geçişi olabildiğinden dolayı ana uçlar , anot ve katot yerine MT1 ve MT2 olarak adlandırılır.MT1 ucu , kapı ucundaki ve MT2 ucundaki akım gerilim ölçümündeki referans noktasıdır.Her iki ana ucun da ,hem n –tipi hem de p- tipi emiter ile omik kontakları vardır.MT2’deki n-tipi emiter ,MT1 ‘deki p- tipi emiterin direk olarak tersindedir ve MT2’deki p-tipi emiter , MT1’deki n-tipi emiterin direk olarak tersindedir.Bu da, MT1 ve MT2 uçları arasındaki bölgenin p-n-p-n ve n-p-n-p zincirlerinin paralel bağlantısından oluştuğunu gösterir.Kapı bölgesi daha karmaşık bir yapıdadır.
    Bu eleman bir kısa devre emiter yapısına sahiptir.n emiterleri ,komşu p bölgelerine kısa devre edilmiştir.Bu nedenle ,bu jonksiyonların gerilimleri sıfırdır.Eğer kapıya bir darbe uygulanırsa , elektronlar n3 ‘den p2 ‘ye doğru hareket eder.Elektronlar n2 ‘ye birikir ve iletime geçme oluşur.Eğer kapıya negatif bir darbe uygulanırsa ,elektronlar n4 ‘den p2 ‘ye hareket eder ve sonuçta yine tetiklenme gerçekleşmiş olur.

    Anot gerilimi UA ve kapı gerilimi UG ‘nin yönüne bağlı olarak triyağın 4 tetiklenme bölgesi bulunmaktadır(Şekil 1.3.).Triyak 1 ve 3. bölgelerde en hassastır ,tetiklenmesi en kolaydır.Daha sonraki hassasiyet sırası 4 ve 2 .bölgelerdir .Modern triyaklar bu 4 bölgede de tetiklenebilecek yapıdadır.


    Şekil 1. 3. (a) Anot Akım-Gerilim Karakteristiği , (b)Tetiklenme Bölgeleri




    Şekil 1.3.(a)‘da AC akım-gerilim karakteristiği gösterilmiştir. Referans noktası olarak MT1 alınmıştır . 4 tetiklenme bölgesini inceleyecek olursak , 1. bölge MT2’ nin MT1‘e göre pozitif olduğu bölge ve 3. bölge de MT2 ’nin MT1 ‘e göre negatif olduğu bölgedir.Normal tristördeki gibi triyak da kapamadan iletime devrilme gerilimi V B0 ‘da geçer.İletimde, ana akım, IH tutma akımı altına düşene kadar kapı kontrolünü kaybetmiştir. Devrilme noktasına kapı ucuna pozitif veya negatif bir darbe uygulanarak daha düşük bir ana uç geriliminde ulaşılabilir . Devrilme geriliminin (VB0 ‘ın) ,her iki bölgede de , kapı kontrolünü yitirmemek için , uygulanan normal AC dalga şeklinden büyük olması gerekir . Böylece her iki polaritede, belirtilmiş genlikteki bir kapı akımı , her iki bölgede triyağı iletime sokacaktır . Eğer VB0 aşılırsa (kısa süreli de olsa) , triyak iletime geçer ve akımı ,tutma akımı IH‘ın altına düşene kadar iletimde kalır . Bu hareket triyakta aşırı süreksiz gerilimler için doğal bir bağışıklık sağlar ve genelde yardımcı koruyucu elemanlar için duyulan ihtiyacı yok eder . Bazı uygulamalarda ,triyağı süreksiz sinyalle iletime sokmak , kontrol edilen devrede bazı istenmeyen ve tehlikeli sonuçlar doğurabilir . Triyağın kendisi bu geçici sinyallerden zarar görmese bile , iletime geçmesini önlemek için geçici sinyal bastırması gereklidir.


    Şekil 1.4. Triyak Kesit Görünüşü ve Farklı Çalışma Durumlarında Akım Geçişi

    Şekil 1.4 ‘de MT2 ve kapının durumuna göre jonksiyonlar arası akım geçişi gösterilmiştir. Şeklin üst yarısı , MT2 pozitifken (MT1 referans alınmıştır) negatif ve pozitif kapı tetiklemesi olasılığını gösterir.Pozitif kapı gerilimi ile , kapı akımı , gösterilmiş iletimdeki (forward biased) p-n jonksiyonundan geçerek kapıdan MT1’e akar.
    Negatif kapı sinyalleri de triyağı tetikleyebilir.Tek fark , asimetri ve ana akım etkilerinden dolayı ihtiyaç duyulan IG akımı seviyesindeki bazı farklılıklar ve kapı akım yoludur.
    Tristörlerin kapamaya geçmesi için tam bir negatif yarım periyodu vardır fakat triyak , her iki yarım periyotta da iletir ve bu nedenle ana gerilim sıfırdan geçerken triyak kısa bir sürede kapamaya geçmelidir.
    Tristörlerdekine benzer olarak , triyak akım büyüklükleri maksimum jonksiyon sıcaklığına bağlıdır . Akım büyüklüğü –uygun soğutma şartlarında -, güç kaybı , (RThJC ) (iç termik direnç) jonksiyon gövde termik direnci ile belirlenir . Eğer gövde sıcaklığının belirlenmiş değerinin üstüne çıkmasına izin verilirse,triyağın belirlenmiş gerilimini tıkaması ya da ana uç akımı sıfır değerine düştüğünde emniyetli (güvenilir) bir iletimden çıkma olayı garanti edilemez.
    Endüktif yükler için , hat akımı ve hat gerilimi arasındaki faz kayması triyağın iletimden çıkması anlamına gelir ve daha sonra triyak uçlarında oluşması gereken belirli bir hat gerilimi meydana gelir. Eğer bu gerilim çok hızlı bir şekilde oluşursa , yük taşıyıcılarında çığ oluşabilir ve bu çığ sonucu triyak hemen tekrar iletime girer . Belirli endüktif yüklerle uygun bir komutasyon elde etmek için dv/dt değeri , triyağa paralel bağlı RC devresiyle ya da akım – gerilim faz kayması veya jonksiyon sıcaklığının azaltılmasıyla sınırlandırılmalıdır.

    KAPI TETİKLEME KARAKTERİSTİKLERİ:


    Triyak , 1. ve 3. bölgelerde , düşük enerjili pozitif veya negatif kapı akımlarıyla tetiklenebileceği için devre tasarımcısı kontrol elemanlarını seçebilmesi için geniş bir alana sahiptir.Tetikleme , DC ,doğrultulmuş AC, AC , veya UJT , neon lamba ,anahtarlama diyotları [(ST2)diyak,SBS, asimetrik tetikleme anahtarı(ST-4)] gibi darbe kaynaklarından elde edilebilir .Burada önemli olan , iki yönlü karakteristik sergileyen tetikleme elemanları kullanmaktır . Bu olay , tetikleme elemanı sinyali , AC hattan elde edildiğinde önem kazanır ve bazı belirli pozitif ve negatif gerilimlerde tetikleme elemanının devrilmesi veya iletmesi istenilir bir olaydır.
    TRİYAK TETİKLEME DURUMLARI
    MT1’e göre
    MT2 GERİLİMİ
    MT1’e göre
    KAPI GERİLİMİ
    Çalışma
    Bölgesi
    Pozitif
    Pozitif
    Negatif
    Negatif
    Pozitif
    Negatif
    Pozitif
    Negatif
    I (+) I
    I (-) IV
    III (+) II
    III (-)III
    Not+) ve (-) işaretleri kapı tetikleme akımı veya geriliminin polaritesini gösterir. MT1 ucu referans noktasıdır.


    Şekil 1.5. Triyak Tetikleme Durumları

    Triyağın hassasiyeti II. ve IV. bölgelerde biraz daha düşük olduğundan özel durumlar oluşmadıkça bu bölgelerde (özellikle II. bölgede) kullanılmaz.Böyle bir durumda, bu uygulama için özel olarak seçilmiş triyaklar kullanılabilir.
    Triyağın V-I karakteristiğini incelenirse , kapı ve MT1 uçları arasında düşük non-lineer empedansın bulunduğu görülür . Karakteristik , bir çift diyodun ters paralel biçimde bağlanmasıyla oluşan karakteristikle benzerdir.
    Triyak çalışma teorisi hakkında temel sağlayan 4 ana tristör kavramı vardır:
    a)Temel Geri Tıkamalı Triyot Tristör(The Basic Reverse Blocking Triode Thyristor or SCR)
    b)Kısa Devre Emiterli Tristör(The Shorted Emitter Thyristor)
    c)Jonksiyon Kapı Tristörü(Junction Gate Thyristor)
    d)Uzak Kapı Tristörü(Remote Gate Thyristor)


    c)Jonksiyon Kapı Tristörü şekil 1.6‘da gösterilmiştir.


    Şekil 1.6. Jonksiyon Kapı Tristörü

    Başlangıçta , IG kapı akımı , yardımcı p1–n1–p2–n3 yapısının p2–n3 kapı jonksiyonunu iletime sokar ve p1–n1–p2–n3 yapısının iletime geçmesiyle bu yapıdaki gerilim düşümü azalır . p2 bölgesinin sağ tarafı anot potansiyeline erişmeye başlar . p2 ‘den yanal bir akım geçer . p2-n2 ‘nin sağ köşesi iletime geçtiğinde elektronlar bu noktaya gelir ve ana yapı iletime geçer.
    d)Uzak Kapı Tristörü şekil 1.7 ‘de gösterilmiştir.



    Şekil 1.7. Uzak Kapı Tristörü

    Dış kapı akımı , IG , p1-n3 ‘ ün iletime girmesine neden olur ve şekilde gösterildiği gibi elektronlar hareket eder . Bu elektronlar , p1 bölgesinde yayılır ve p1–n1 jonksiyonu tarafından toplanır . p1–n1 iletime geçse bile hala bir kollektör gibi hareket eder . n3 ‘deki elektronlar , p1–n1 tarafından toplanır ve p1–n1 ‘de bir akım artışı meydana gelir.Eleman tekrar iletime geçer.
    Yukarıdaki 4 elemanın belirgin özellikleri tek bir elemanda birleştirilebilir.Bu eleman triyaktır.
    Aşağıda tipik bir triyağın yapısı gösterilmiştir (Şekil 1.8).Çalışma şekli şu şekildedir:
    a)Ana uç 2 (MT2) pozitif , pozitif kapı akımı ;
    Bu durumda ,triyak ,tam olarak sıradan bir tristör gibi davranır.Aktif bölümler p1–n1–p2–n2 ‘dir.
    b) Ana uç 2 (MT2) pozitif , negatif kapı akımı;
    Çalışma , jonksiyon kapı tristörününkine benzedir. p1–n1–p2–n2 ana yapıdır. n3 de jonksiyon kapı bölgesi olarak davranır.
    c) Ana uç 2 (MT2) negatif , negatif kapı akımı;
    Uzak kapı durumudur. p2–n1–p1–n4 ana yapıdır.

    d) Ana uç 2 (MT2) negatif , pozitif kapı akımı;
    p2-n2 iletimdedir ve p2–n1 tarafından toplanan elektronları enjekte eder . p2–n1 daha çok ileri ön gerilime sahip olur. p2–n1–p1–n4 ‘den geçen akım oranı artar ve bu bölüm iletime geçer.Bu durum da , uzak kapı çalışmasına benzerdir.



    Şekil 1.8. Tipik Triyak Yapısı

    TRİYAĞIN KULLANIMI:


    Triyağın basitliği ve çok yönlü olması , AC güç kontrolünü içeren uygulamalarda geniş bir çeşitlilik sağlayarak onu ideal yapar.
    Triyağın kapısına tetikleme darbesinin sağlanmasında iki yönlü tetikleme gereksinimleri için ideal olarak uygun olan 3 eleman vardır. Bunlar , neon lamba , diyak , ve silisyumlu iki yönlü anahtar tristördür (SBS).

    a)STATİK ANAHTARLAMA:


    AC devrelerde triyağın bir statik anahtar olarak kullanılması , mekanik anahtarlama hakkında belirli avantajlar verir . Denk bir röleyle karşılaştırırsak çok düşük bir güç kontrol kaynağıyla oldukça büyük akımların kontrol edilmesine izin verir.Triyak her yarım dalgada kilitlendiğinde (latching) , bir kontak sıçraması olmaz . Triyak , daima sıfır akımda açıldığından , herhangi bir ark veya güç ya da yük hattında depolanmış endüktif enerjiden dolayı güçlenen geçici gerilim oluşmaz . Ayrıca , bileşen sayısında – diğer yarı iletken statik anahtarlarla karşılaştırıldığında- etkileyici bir azalma vardır . Bunun nedeni , kapı tetikleme sinyali ve ana gerilimin her iki polaritesini de iletme yeteneğindendir . Devre basitliğinin en dikkat çeken örneği şekil 1.9’da gösterilen temel statik anahtardır.
    Triyağın tetiklenmesi için gerekli olan sadece birkaç mikrosaniye süresince kontaklar akım tuttuğu için , şekildeki (şekil 1.9.(a)) anahtar yerine (reed switch) , röleler , termostatlar , basınç anahtarları , program / timer anahtarları gibi geniş çeşitlilikteki küçük anahtarlama elemanları kullanılabilir. Bu devre , [MT2+ ,kapı+] ve [MT2- , kapı-] , kapı tetikleme durumlarını kullanır. Şekil 1.9(b), basit 3 pozisyonlu güç kontrolü elde etmek için , dalgalanma sınırlayıcı direnci ile seri olan düşük akım diyodu ve bir 3 pozisyonlu anahtarın kullanımını gösterir . 1.pozisyonda herhangi bir kapı bağlantısı yoktur ve güç verilmez . 2.pozisyonda , kapı akımına sadece bir yarım periyotta izin verilir ve yükteki güç yarım dalgadır.



    Şekil 1.9.Triyağın Statik AC Anahtarlama Uygulamaları

    3.pozisyonda , her iki yarım periyotta da kapı akımı vardır ve güç tam olarak bulunur.Şekil 1.9 (c)’de gösterildiği gibi , bu anahtar yerine trafo da kullanılabilir.Burada, R direnci , primerden toprağa mıknatıslanma akımını şönt etmek için seçilir . Bu devre , yalıtılmış düşük gerilim kontaklarıyla kontrolü sağlar.
    Çok kanallı çalışmalardaki işitsel (audio) kodlanmış giriş sinyallerinde tam frekans seçilebilirlik anahtarlamaları sağlamak için şekil 1.9(a) ’ daki gibi devredeki triyakla birlikte rezonant-reed röleler kullanılır.Daha düşük frekanslarda , bazı tetikleme noktası modulasyonu hat frekansı darbesinden meydana gelir.


    Şekil 1.10. (a)DC Kontrol (b) AC Kontrol

    Diğer yararlı anahtarlama devreleri , şekil 1.10 ’ da gösterilmiştir ve triyak AC ve DC tetiklemesini gösterir . S1 anahtarı , termistör , fotosel veya şekil 1.11 ’ de gösterildiği gibi elektriksel sinyal ile kontrol edilen bir transistör ile yer değiştirebilir. 600 Hz’in üstündeki daha yüksek frekanslar da etkilidir . Kumanda kontrol çalışması veya bir sistemin teyp kayıt programlanması için diğer statik veya dinamik filtre devreleri kullanımıyla frekans seçiciliği elde edilebilir . Ne olursa olsun , triyak tetikleme hassasiyetinin her iki polaritede veya her bölgede (I,II,III,IV) tümüyle aynı olmadığı,bu nedenle bir eşik dedektörü olarak kullanılmadığı için tetikleme sinyali ON ya da OFF biçiminde olmalıdır.

    Düşük seviye DC lojik kaynağı gözönünde tutulursa, şekil 1.11’deki transistör bağlantıları bir triyak veya bir dizi triyağın sürülmesi için idealdir . Bunun bir örneği şekil 1.12 ’ de gösterilmiştir ve burada bir AC güç flaşör düzenlemesinde bir transistör flip-flop devresiyle iki triyağın tetiklenmesi gösterilmiştir.





    Şekil 1.11 Transistörlü Kapı Kontrolü
    Şekil 1.12. AC Güç Flaşörü.(R2’nin ayarlanmasıyla, belirtilen frekansta triyak 1 ve 2 birbirini takip ederek ardarda iletime girer.)
    Triyak 1-2: GE SCI51B (1kw yük için) / GE SCI46B (600 kw yük için)
    CR1-CR 4 : GE AI4F
    Q1: GE 2N26 46 / Q2-Q3: GE2N3416
    C1 :500μF 25 V Elektrolitik / C2 :0,2 μF / C3 ,C 4: 0,05 μF
    R1:56Ω 2W
    R2:2 MEG TRİMMER / R3:1 MEG / R4 :100 Ω / R7-R8-R9 : 680 Ω / R10 R11 R12 R13:10 kΩ

    b)TETİKLEYİCİ DİYOT İLE ATEŞLEME:


    Şekil 1.13 ’ te gösterildiği gibi , temel tam dalga triyak faz kontrol devresi oluşturmak için sadece 4 bileşene ihtiyaç duyulur . Bunlar , ayarlanabilir R1 direnci ve C1 kapasitesi , diyak ve triyaktır . Diyak karakteristiği , ileri veya geri yönde olmak üzere benzer simetride yaklaşık olarak ±32 V’ta diyağın devrilmesini gösterir.Ayrıca ,bir negatif direnç karakteristiği ve düşük tetikleme - akım gereksinimlerini sergiler . C1 üzerindeki gerilim diyağın (iki yönlü tetikleyici diyot) VBO devrilme gerilimine ulaştığında , C1 , diyak üzerinden triyağın kapısına kısmen boşalır . Şekilde diyak , C1 kapasitesi yaklaşık olarak ±32 V’ a kadar şarj olduğunda devrilir ve bu değer de 115 veya 230 V ’ luk hat için uygun bir seviyedir. Bu yarım periyodun kalanında , bu darbe triyağı iletim durumuna tetikler . Dalga şeklinde gösterildiği gibi yarım periyodun geri kalanında hat gerilimi yüke taşınır. R1 direnci oldukça düşük bir direnç değerine ayarlandığında ,tetikleme her alternansta erken gerçekleşir ve yük gücü artar . R1 direnci arttırıldığında , C1 ‘in diyak devrilme gerilimine ulaşması için gerekli olan zaman da büyüyecek ve hat geriliminin küçük bir yüzdesi yüke uygulanacaktır.


    Şekil 1.13.Temel Diyak-Triyak Faz Kontrolü

    Şekildeki kapasite-gerilim dalga şekli , kapasite gerilimindeki istenmeyen etkileri gösterir. İlk diyak tetiklenmesinde kapasite gerilimi, diyak ileri gerilimi seviyesine kadar azalır.Böylece, C1 gerilimi öncekinden daha düşük bir gerilimden şarj olmaya başlar ve devrilme gerilimi bir sonraki periyotta daha sonra oluşur . VC1 ‘ deki bu azalma istenmeyen bir histeresis etkisine neden olur .Yükü başlatma ve durdurma ayarı aynı olmayacaktır.Bu ,bir lamba ayarlayıcısında (lamp dimmer) ,lambanın geçirmeye geçmesi ve ayarların %40 kadar aynı zamana rastlamadığı anlamına gelir.Böylece potansiyometre kontrol sahası %60 ‘a sınırlandırılmış olur.Bunun için şekilde kesikli çizgiyle gösterilmiş olan ikinci bir R-C faz kayma ağının eklenmesiyle histeresis azaltılır ve saha da arttırılır .İkinci R-C zaman sabiti ilkinden daha büyük yapılır. Böylece ikinci kapasite C1 ‘i tekrar doldurur ve onun tetiklemeden sonraki normal şarjını korumasına yardımcı olur . Bu tek veya çift R-C ‘ li devre , akkor lambaların parlaklık kontrolünde kullanılabilir.Burada yük bir lamba veya lamba grubu şeklindedir.Akkor lambanın ışık şiddeti , uygulanmış gücün lineer fonksiyonu değildir . Bu nedenle , ışıklandırma , R1’in ayarlanmasıyla oldukça hızlı bir şekilde değişir . Lamba kontrolüne özgü problemlerden biri , oldukça düşük soğuk flaman direnci nedeniyle oluşan yüksek başlama akımıdır . Bu direnç , normal çalışma sıcaklığındaki flaman dirençten birkaç kat daha düşüktür . Bununla beraber , genelde birkaç yüz milisaniye içinde normal dirence ulaşılır.Yüksek akım sadece bir çift devir için akacaktır. Bu devrede , tetikleme I ve III bölgelerindedir . Bu devrenin sınırlı bir kontrol sahası olmasına rağmen ve bu sahanın sonunda düşük-çıkışta büyük histeresis etkileri olmasına rağmen , lamba , ısıtıcı , fan hız kontrolleri gibi küçük uygulamaların birçoğunda devrenin basitliğinden dolayı çok uygun bir devredir.Bu basit devredeki bazı problemleri yok etmek için , tam bir kontrol sahasının gerektiği yerlerde , çok daha karmaşık devreler (dv/dt bastırma , RFI bastırma , endüktif yükler için bir paralel R-C devresi , bir mekanik ana güç anahtarı vb.) genelde kullanılır. Asimetrik tetikleyici anahtar (ST-4) gibi iki yönlü tetikleyici diyotların diğer tipleri de kullanılabilir.

    Şekil 1.14.Resistif Bir Yükün Gerilimi
    (a) R değeri düşükken,
    (b) R değeri makul bir değerde,
    (c) R değeri yüksekken . Şekil 1.15.Triyak Faz Kontrol Devresinde Dalga Şekilleri

    Şekil 1.14‘de gösterildiği gibi ,triyak yük gücünü kontrol ederken her alternansta tetiklenir. Bu nedenle ,kapı ,her alternans sonunda kontrolü elde edemez.Anot akımı IA sıfırdan geçerken, triyak iletimden çıkma eğilimindedir ve kontrolü kapıya verir.Şekil 1.15 (a)’daki dalga şekilleri ,yük endüktifken triyak akımı ve kaynak gerilimi E arasındaki faz ilişkisini gösterir . IA akımı sıfıra yaklaştığı ve triyağın iletimden çıkması için elektron delik çiftleri birleştiği zaman aralığı Δt ‘dir(çizimde abartılmıştır).
    Şekil (b)’de triyak kapamaya geçmeye meylettiğindeki triyak gerilimi değişimi gösterilmiştir.
    Şekil (c) ’de ise de/dt etkisinin triyağı periyodik olarak tekrar tetiklediğindeki yük gerilim değişimini gösterir.
    Bu devrede gösterilmemesine rağmen , neon lamba ve SBS de iki yönlü karakteristiğe sahip olduğu için triyak tetiklenmesi için kullanılabilir . Neon lambalar , 50 V ’ tan 100 V ’ a kadar olan devrilme gerilimleriyle kullanılabilir ve SBS anahtarlama gerilimi yaklaşık olarak 8 V’tur. SBS , düşük gerilim anahtarlaması istendiğinde tercih edilir.

    DİĞER TRİYAK DEVRELERİ :


    Şekil 1.16 ,birkaç triyak motor kontrol devresini gösterir.Endüksiyon motor hız kontrolünün basitleştirilmiş bir şeması (a) ’ da gösterilmiştir . Bu devre , çamaşır makinesi gibi 3 hızlı motorlarda kullanılabilir ve 2/1 oranında sürekli hız kontrolüne ek bir avantaj sunar.Bu devrede , triyak , sürme sarımı ile seridir ve bu nedenle , motor hızını ve bu bobinin gücünü kontrol eder . Böyle bir motorun kontrolü ve regülasyonu , küçük bir takometreden elde edilen UJT kaynağı ile bir UJT darbe devresi ile sağlanır . Takometre bobini motorun ucuna ( sonuna ) yerleştirilmiştir. Bunun AC çıkışı , motor hızı ile orantılıdır ve motorun hızını istenen ayarda korumak için geri beslenmiştir.




    Şekil 1.16.Triyak Motor Kontrol Devreleri
    (a)Endüksiyon Motoru Hız Kontrolü,
    (b)Santrifüj Anahtar Yerine Triyağın Bağlanması,
    (c)Triyak Ters Yön Motor Kontrolü.

    Endüksiyon motorlarının diğer bir gereksinimi,motora hız kazandırmak için başlama sarımını enerjilendirmek ve onun bağlantısını kesmek gibi yollardır . Bu görev genelde röle veya santrifüj anahtar gibi elektromekanik elemanlarla yerine getirilir.Diğer bir durumda,ilk geçirme süresince gücün başlama sarımı üzerinden akmasına izin verilir ve daha sonra elektromekanik birim ,motorun sarımını açmasına neden olur.Şekil 1.16 (c)’ de gösterildiği gibi , bir triyak , bu elektromekanik elemanın yerine kullanılabilir.Güç uygulandığında,ilk akım baskını (yığılması) süresince ,trafo kapı tetikleme gerilimini üretir ve akım kesilince gerilimi VGT altına düşer. Bu noktada , triyak iletimi durdurur ve başlama sarımı açılır.
    Diğer bir triyak uygulaması , şekil 1.16 (c) ’deki basitleştirilmiş şemada gösterilen ters yönde çalışan motorların kontrolüdür.Bu gibi uygulamalarda,triyaklar ,hem ileri hem de geri bobinleri enerjilendiren statik anahtarlar gibi davranır.Kontrol anahtarları , radyo frekansı veya ışık bağı yolu ile uzaktan veya normal olarak tetiklenen solid-state ya da mekanik anahtarlar olabilir. Motoru ,istenilen limitlerde durdurmak için genelde bir limit anahtarı birleştirilir. Komutasyon kapasitesi, triyak ana uç gerilimlerini tersine çevirir . Bir triyağın hala iletimde , diğerinin ise tetiklenmiş olduğu gibi bir durumda,R1 direnci, kapasite akımını sınırlandırmak için gereklidir.
    Eğer kapı devresi dirençlerinden biri termistörse veya buna benzer ısıya duyarlı bir bileşense , şekil 1.13 (a) ’ daki devre, rezistans ısıtıcıya uygulanmış gücü kontrol edecektir . Bununla birlikte , ısıtıcıların genelde çok yüksek güçte olmasından , RFI aşırı olacaktır ve elverişli bir bastırma ağı büyük ve pahalı olacaktır . Bu nedenle , bir sıfır – gerilim anahtarlama devresi , ısıtıcı uygulamalarında en sık kullanılan devredir . Bu devreler , sıfır gerilim geçişleri yakınlarında meydana gelen bir anahtarlama ile yüke , yarım veya tam dalga periyotlarını uygular. Tristörde olduğu gibi, tetiklemenin sıfır bölgesinde meydana gelmesini sağlamak için en basit ve en etkili araçlardan biri , ana gerilimle 90 ° faz farkı (önde) olan bir kapı akımını sağlamak için kapı devresinde bir kapasite kullanmaktır . Ana gerilim minimumdayken , kapı tetikleme sinyali maksimumdur , ve tetikleme , ana gerilim birkaç volta ulaşınca oluşur.

    TRİYAKLARIN KOMUTASYONU:



    AC devrelerinde , triyağın kullanımı ve bir çift tristörün kullanımı arasında bir önemli fark vardır .Tristörlerden her biri kapamaya geçmek için tam bir yarım dalgaya sahiptir.Oysa ki yük akımı sıfırdan geçerken triyağın komutasyonu oldukça kısa bir an içinde gerçekleşmelidir . Bu problem , 3 ve 10 V/ms değerleri arasında ortadadır (şekil 1.1 (b)’de belirtilmiş olan “kritik komutasyon gerilim hızı). Endüktif yükler ile triyağın komutasyonu zorlaşır.

    Triyağın kapamaya sokulmasındaki problem , elemanın her iki yönde de iletmesinden kaynaklanır . Bu nedenle , uygulanan gerilimin tersi , ters yöndeki iletime geçme olayını başlatabilecek bir algılama akımına neden olur. Bu problemi ortadan kaldırmak için , triyak ana akımı , IH ( tutma akımı ) değerinin altına düşürülmelidir . Akımın sıfırdan geçişinde var olan gerilim değişme hızına yaklaşık olarak denk olan bir zaman aralığı için ana gerilim tekrar uygulanmamalıdır . Bu zaman aralığı depolanmış taşıyıcıların tekrar birleşmesi için yeterli bir süredir.Böylece triyak tekrar iletime geçmeye hazır duruma gelmiş olacaktır.




    Şekil 1.17. Endüktif Yük Dalga Şekilleri



    Şekil 1.17 , tipik endüktif yük devresi için triyak akım ve gerilim dalga şekillerini gösterir. Endüktif yük ile , endüktans üzerindeki gerilim hemen değişebilir ve triyak gerilimi , akımının sıfıra düşmesinden sonra bir anda yükselir . Eğer sıfır akımdaki ( kapama noktasındaki ) dalga şekillerini incelersek , şekil 1.18’deki gibi bir dalga şekli bulunur . Burada da , algılama akımı fiili bir kapı akımı gibi davranır ve elemanı tekrar iletime sokmaya çalışır . Bundan başka, jonksiyon kapasitesi ve tekrar uygulanan dv/dt ‘ den dolayı geri akıma bir bileşen vardır . Bu bileşen direk olarak algılama akımına eklenir fakat triyak,ters polariteyi tıkamaya başlayana kadar bu bileşen ortaya çıkmaz . Akım değişme hızı (-di/dt ) azalınca , algılama akımı da azalır.Bu da ,verilen bir komutasyon yeteneği için düşük di/dt değerleri için ,tekrar uygulanmış yüksek dv/dt ‘lerin izin verilebilir olduğunu gösterir.
    Yükselme hızı dv /dt , endüktif yükteki akım sıfır olduğundan sadece triyak kapasitesi ile sınırlandırılır . Eğer dv/dt belirli bir değeri aşarsa , yeni ek koruma devreleri eklenmelidir. Standart metot , şekil 1.17’deki R1C1 gibi bir R-C bastırma devresikullanılarak gerçekleştirilir. R1 ve C1 değerleri , kullanılan triyak , hat gerilimi ve yükün bir fonksiyonudur.




    Şekil 1.18. Komutasyonda Triyak Akım ve Gerilimi

    TRİYAK TERMİK DİRENÇLERİ:



    Bütün yarı iletken elemanlarında olduğu gibi , sıcaklık , izin verilen çalışma gücünü etkiler. Yüksek sıcaklıklarda ( genelde 125° ) sızıntı akımlar yüksektir ve istenmeyen tetiklenme tehlikesi olasılığı yüksektir .Yüksek çevre sıcaklıkları ve akımlarda düşük seviyeli triyakların çalışması için bazı soğutma şekilleri gereklidir(triyağın soğutucu plaka üzerine monte edilmesi) . Özel bir uygulama için triyağın seçiminde elverişli emniyet sınırı sağlanmalıdır . Böylece eleman aşırı değerdeki TJMAX , PGM vs. gibi değerlerle karşı karşıya bırakılmamış olur.
    Şekil 1.19. İki Farklı Triyak Termik Direnci

    GE triyak kataloglarında , aynı eleman için 2 farklı termik direnç belirtilmiştir.

    1)JEDEC Termik Direnci:
    Elemanların , birbirinin yerine geçebilme yeteneğine kanıtlamak amacıyla JEDEC tarafından belirtilmiş bir termal karakteristiktir.Bir tek yönlü DC gücünün elemanda kaybı sonucu oluşan, gövde referans noktasındaki jonksiyon sıcaklık artışının ölçülmesiyle elde edilmiş bir değerdir. Termik karakteristik her iki iletim yönü için tamamıyla aynı değildir.

    2)Görünür Termik Direnç:
    Triyak genelde AC uygulamalarda kullanılır ve sonuç olarak , JEDEC tek yönlü termik direnç değeri,maksimum gövde sıcaklığında akım büyüklüğü hesaplamalarında kullanılırken AC akım büyüklüklerinde çok az koruyucu eleman sağlar.Bunu yenmek için ,GE , görünür termik direnç değeri yerleştirmiştir ki bu da ,belirtilen bir frekanstaki akımının tam sinüs dalgası tarafından üretilen bir ortalama güç tarafından arttırıldığında , akım iletiminin her yarım dalgasının onlarında bir anlık oluşan bir jonksiyon sıcaklığı sağlar. Akım büyüklüğü , bu anlık jonksiyon sıcaklığı değerinin eleman için maksimum değer olmasıyla saptanır. Bu da herhangi bir yarım dalga akım iletim zaman aralıklarını takip eden kapama gerilimlerini ( dv/dt sınırlamaları ile birlikte) elemanın tıkamasına hazır hale gelmesini temin eder.
    Şekil 1.19 (b)’de gösterildiği gibi ,triyağın görünür termik direnci “Y” modeli ile gösterilir . ”Y”nin kollarından herbiri (RUA ,R UB) , silisyum elemanın yaklaşık olarak yarısının termik direncini gösterir (bir polaritedeki devre akımı için çalışma) . ”Y” nin ana ayağı ise silisyum eleman bağlantı noktasından referans noktasına (TC ) kadar kılıfın termik direncidir.Ayrıca GE , fazla yüklenmiş AC akım hesaplamalarında kullanılmak üzere bir görünür süreksiz termik empedans eğrisi belirtmiştir.


    GTO TRİSTÖR


    TANIM VE ÖZELLİKLERİ:


    Normal tristörler güç elektroniği uygulamalarında hemen hemen ideal şalterler olarak kullanılır . Kapama yönünde birkaç bin volt değerindeki gerilimleri ve iletim yönünde ise birkaç bin ampere kadar çıkan akım değerlerini birkaç voltluk gerilim düşümü ile iletirler . En çok kullanımları , tristörün kapısına bir kontrol sinyali uygulayarak istenildiği anda iletime geçirilmeleridir . Bununla birlikte tristörlerin anahtarlama uygulamalarındaki kullanımlarını önleyen ciddi bir eksikliği vardır.Bir kontrol sinyali uygulayarak tıkamaya geçirilemezler . Bu tıkamaya geçirilme özelliğinin kazandırılması için eleman yapısında bazı değişiklikler yapılmalıdır.
    GTO tristör (Gate Turn-Off thyristor) , normal bir tristörde olduğu gibi p-n-p-n yapıya sahiptir fakat katot bölgesi , kapıya uygulanan pozitif bir akımın elemanı iletime sokacak ve kapıya uygulanan negatif bir akımın elemanı iletimden çıkaracak şekilde tasarlanmıştır. Sonuç olarak , sıradan bir tristörle karşılaştırırsak , GTO tristör iki yolla iletimden çıkarılabilir:
    a) Sıradan bir tristördeki gibi , ileri akımını tutma akımı IH0 ’ dan düşük bir değere azaltılmasıyla ,
    b)Kapıya negatif kapama akımının uygulanmasıyla .
    Geriye kalan işlevler, özellikler , karakteristiği ,normal tristör ile aynıdır.




    Şekil 2.1.GTO Tristörün Çalışması.



    Şekil 2.1 (a)’da tetikleme için , pozitif akım uygulanışı ; (b)’de GTO’dan geçen ileri akım IA ve J3 jonksiyon bölgesinde IA ‘den çıkarılan negatif kapama akımı – IG ; c’ de ise sonuç olarak , IA–IG sonucunda I<IH0 olması gereken I akımı J3 jonksiyonundan geçer . Bu durum olursa , tristör iletimden çıkar.Eğer p-n-p-n yapısı alanı yeteri derecede büyükse , yanal elektrik alanları ve yanal taşıyıcı konsantrasyon iniş çıkışları oluşur . Bu nedenle , açıklanan IA–IG çıkartması sadece kapı çevresinde uygulanabilir. Daha uzak bölgelerde bu unsur uygulanamaz ve GTO , negatif kapı akımı ile ( IG ) iletimden çıkarılamaz . İletimden çıkarılma mekanizmasının işlemesini sağlamak için p-n-p-n yapısının katot bölgesi için özel bir tasarım uygulanmalıdır.
    GTO tristör inverterlerde , chopper devrelerinde , elektronik anahtarlama ve diğer uygulamalarda kullanılmaktadır. GTO’nun avantajları , sıradan bir tristörü iletimden çıkarmayı kolaylaştıran komutasyon zamanını elde etmek için gerekli olan chopper devrelerinde yardımcı endüktanslar ve kapasitelerin atılması olayına bağlıdır.
    İletimden çıkma kazancı , anot akımının kapamaya yol açan kapı akımına oranına eşittir ve tipik değeri 3 - 5 mertebesindedir . Tam yük durumları altında , uygunsuz ısınma ve kapı bağlantısında olası erime meydana gelebilir. Tetikleme darbesi , darbe şeklinde başlamalı ve tGD ( maksimum kapı kontrolü gecikme zamanı) zamanına uygun olarak bir biçimde devam etmelidir.
    Bir büyük sınırlama vardır ki , yüksek kapama kazancı elde etmek için geri tıkama gerilimi etkili bir şekilde azaltılmıştır ve eğer bir devrede kullanılıyorsa tristörü korumak için seri bir diyot bağlanmalıdır.
    İletime girme ve serbest kalma süreleri bu elemanlar için genelde bir mikrosaniye mertebesindedir . GTO ‘ nun iletimdeki gerilim düşümü aynı büyüklükteki normal bir tristörle karşılaştırılırsa – GTO ’ nun eşdeğer direncinin büyük olmasından dolayı – daha fazladır ve nominal akımdaki tipik değeri 3 volt mertebesindedir.Kilitleme ve tutma akımları da yüksek değerdedir . İletimde iken anot akımı tutma akımı seviyesine kadar azalırsa , kristal yapıda akımın geçmediği izole adalar oluşabilir . Anot akımı tekrar arttırıldığında ve kapı akımı bulunmaması halinde , akımın tekrar tüm yüzeye yayılmaması ihtimali vardır . Sonuçta , bölgesel ısınma sonucu eleman tahrip olabilir . Böyle bir sorunun meydana gelme olasılığı bulunan uygulamalarda , GTO’nun iletim süresince kapı akımının sürekli olarak geçirilmesi gerekir.
    GTO tristörün mevcut akım değeri 3500 A , gerilimi 6000 V’tur.



  2. 2
    Mattet
    Usta Üye

    --->: Özel TrİstÖrler

    Reklam



    TEMEL YAPISI VE I-V KARAKTERİSTİĞİ:


    GTO ’nun geçirme mekanizması normal tristörle benzerlik taşır. 4 katmanlı eleman , iki transistörün bağlanması ile düşünülebilir fakat elemanın iletimdeki ve aşırı akımdaki davranışı için iyi bir örnek değildir . Anot katot uçlarına ileri gerilim uygulandığında geri gerilimli merkez jonksiyonu bulunduğundan akım geçmez . Eğer bir pozitif akım geçirilirse , akım taşıyıcılar jonksiyon merkezinde oluşur ve eleman iletime geçer. Akım taşıyıcıların oluşumuna göre jonksiyon merkezindeki akım aşağıdaki gibidir:


    Burada , IC0 , tristördeki sızıntı akımdır ve α , transistör ortak baz kazancına eşittir.
    Buradan , taşıyıcıların artış oranı “C” , p bölgesinin içlerinde:
    C = IL.( αnpn – 1 +α pnp ).
    Eğer C > 0 ise , taşıyıcı sayısı artar ve bu da iletime neden olur. αnpn+α pnp , IL akımına bağlıdır.
    Eğer C < 0 olduğunda , taşıyıcılar taşınır fakat ikinci jonksiyonundaki boşaltma tabakasının artması , bu taşınma oranına karşı koyar .Bu da bir potansiyel tepe oluşturur ki bu da iletime karşı koyar . Bu durum , kapıdan akımı geri çekme ile oluşturulabilir . Böylece yeni oran:
    C = IG.αnpn +IL( αnpn + α pnp-1 ) olur.

    Kapı akımı negatiftir ve böylece , taşıyıcı oranı “C” nin negatif olmasına neden olabilir.
    Uygun bir geri devrilme gerilimine uygun olarak αnpn ve α pnp ‘ nin seçimiyle , iletimden çıkma oranı IL/IG , 2–10 oranındaki değerlere sahip olabilir.


    Maksimum periyodik frekans yaklaşık olarak 100 kc/s ‘ dir ve yüksek frekanslar büyük anahtarlama kayıpları anlamına gelir.


    Şekil 2.2.GTO ‘nun Düşey Kesit Perspektif Görünüşü ve GTO ‘nun Devre Sembolü

    Şekil 2.2 (a) ’ da , kapı katot yapısının birbiriyle çoğalan bölmeleriyle GTO ’ nun dikey kesiti gösterilmiştir . GTO ‘ da p2 baz tabakasının kalınlığı , sıradan bir tristöre oranla biraz daha küçüktür . GTO ve sıradan bir tristör yapıları arasında üç önemli fark vardır . İlk fark , kapı ve katot yapılarının , karmaşık kıvrımlı yapıları içeren çeşitli tipteki geometrik formlarla birçok bölmelere ayrılmış olmasıdır . Temel amaç , katot çevresini büyütmek ve kapıdan katot bölgesi merkezine olan uzaklığın azaltılmasıdır.

    İkinci fark , katodu çevreleyen silisyumun asitle aşındırılarak uzaklaştırılması ile katot bölgelerinin oluşturulmasıdır. Böylece ,katot bölgeleri , şekilde de gösterildiği gibi adalar veya yükseltiler olarak görünür. Bu katot adaları , direk olarak :-):-):-):-)l soğutucu plakasına bağlıdır ve bu da katot bağlantısının dışarıya verilmesini sağlar.

    Üçüncü daha önemli fark ise ,GTO’nun anot bölgesiyle ilgilidir.Düzenli aralıklarda , n1 baz tabakasını biçimlendiren n- bölgesiyle teması sağlamak için n+ bölgesi , p tipi anoda (p1 tabakası) sızar. n+ bölgeleri ,aynı maden kaplama üzerindedir ve p tipi anotla temas halindedir ve kısa devre anot oluşur.Kısa devre anot yapısı GTO’ nun kapamaya geçmesini hızlandırmak için kullanılır.Eleman geri gerilimleri tıkasın diye,bazı GTO ‘lar kısa devre anotsuz yapılırlar. GTO ‘nun ileri yöndeki I-V karakteristiği sıradan bir tristörünkiyle aynıdır . Bununla beraber ,geri yönde ,kısa devre anot yapısından dolayı GTO aslında tıkama yeteneğine sahip değildir. Geri yönde tıkama yapan tek jonksiyon J3 ’tür ve oldukça düşük bir devrilme gerilimine (tipik olarak 20-30 V) sahiptir.GTO ‘nun devre sembolü şekil 2.2 (b)‘de gösterilmiştir.

    KAPAMA ÇALIŞMASI FİZİĞİ:



    a)KAPAMA KAZANCI:




    Şekil 2.3. Bir Tristörün Basitleştirilmiş Modeli

    GTO ‘nun temel işleyişi , sıradan bir tristörle aynıdır. İki eleman arasındaki başlıca farklar , kapıdan kapamaya sokulabilme özelliğinin kazandırılması için ana tristör yapısında yapılan değişikliklere dayanır . GTO yapısının sıradan bir tristörle neden farklılıklar taşıdığı ve hangi uzlaşmaların yapılması gerektiğinin anlaşılması iki transistör eşdeğer devresinde kapama durumlarının incelenmesiyle mümkün olur (şekil 2.3) . Kapı devresine gelen pozitif bir darbe ile Q1 transistörü ve ardından Q2 iletime geçer . Devre kilitlenir ve kapıdaki darbe kesildiği halde transistörler hala iletimde kalır.GTO ‘nun iletimden çıkabilmesi için uygulanacak negatif bir akımın Q2 transistörünün IC2 akımını kesmesi gerekir. Eşdeğer devredeki Q1 , Q2 tristör geçirmedeyken doymuştur.Bununla beraber ,eğer Q2 ‘ ye doğru baz akımı , doymayı korumak için (Iβ2< I C2 /β2) , gerekli olan değerden az yapılmalıdır.Daha sonra , Q2 aktif olur ve bir veya her iki transistör aktif olunca , devrede mevcut olan yenileyici hareketten dolayı tristör kapamaya geçer.
    Şekil 2.3 (b)’deki eşdeğer devreyi kullanarak ,tristör uç akımlarına göre Iβ2 ‘yi yazabiliriz:
    Iβ2= α1 . IA -IG'
    Burada IG' ,normal kapı akımının negatifidir.Eşdeğer devreden, Q2 ‘yi doymadan çıkarmanın tek yolunun bir negatif kapı akımı IG' olduğu görülebilir.Kollektör akımı IC2 şu şekildedir:
    IC2 = (1-α1).IA

    Iβ2< I C2 /β2 eşitsizliğini , β2= α2 / (1-α2) ve yukarıdaki iki denklemi kullanarak düzenlersek:

    βOFF parametresi ,kapama kazancıdır ve şu şekilde verilir:


    b)GEREKLİ YAPISAL DEĞİŞİKLİKLER :


    Normal bir tristörü GTO ‘ya değiştirmek için ilk adım , kapama kazancını uygulanabilir kadar büyük yapmaktır.Böylece negatif kapı akımının çok yüksek değerlerinin önüne geçilmiş olur. Bu durumda α1 küçüktür ve α2 de bir yakınındadır . α2 ‘ yi bu durumda yapmak , n-p-n transistörü Q2 için dar bir p2 tabakasının kullanımını ister . Bu adımlar , bir BJT ‘de büyük bir beta değeri elde etmek için gerekli olan ve sıradan bir tristörün fabrikasyonunda kullanılan normal adımlardır.
    α1 ‘i küçük yapmak için , n1 tristör tabakası (Q1 transistörünün bazı) mümkün olduğunca kalın olmalıdır ve taşıyıcı ömrü bu katmanda kısa olacaktır . Kalın bir n1 tabakası , bir tristör fabrikasyonunda standarttır çünkü bu katman , ileri tıkama durumundaki eleman çalışması sırasında J2 jonksiyonunun boşaltma tabakasını barındırmalıdır . Bununla birlikte , kısa ömürlü taşıyıcılara duyulan ihtiyaçla , bu bölgede geçirmedeki güç kayıplarını en aza indirmek için uzun ömürlü taşıyıcılara duyulan ihtiyaç arasında uyuşmazlık vardır . Kapıdan tıkamaya sokulabilme özelliğinin elde edilmesi için taşıyıcı ömürlerindeki bazı azalmalar kabul edilmelidir ve sonuç olarak GTO’nun sıradan bir tristöre göre,verilen bir akım değerinde,daha yüksek bir geçirme gerilim düşümü vardır.
    Yukarıda anlatılan , taşıyıcı ömürlerdeki uyuşmazlık ihtiyaçları ,şekil 2.2’de gösterildiği gibi kısa devre anot yapısıyla büyük ölçüde ortadan kaldırılmıştır . GTO’nun kapamaya sokulması için,aşırı miktardaki taşıyıcıların özellikle deliklerin n1 tabakasından taşınması (kaldırılması) gerekir.Kısa devre anot yapısından dolayı,hiç geri anot katot gerilimi olamaz ve böylece aşırı miktardaki taşıyıcıların temizlenmesi (taşınması) için gereken geri anot akımları da olamaz . Aşırı miktardaki bu taşıyıcıların taşınması için tek yol , difüzyon ve iç tekrar birleşmelidir.
    Bununla beraber,GTO’daki n+ bölgeleri ,delik difuzyonu duvarını (engelini) kaldırır . Bu , delik difüzyonunun büyük bir oranda olmasına izin verir . Böylece n1 tabakasındaki aşırı miktardaki delikler en azından difüzyonla olduğu kadar iç tekrar birleşme ile de taşınır . Net sonuç , elemanın kapanması sırasında toplam depolanmış yükün daha hızlı taşınmasıdır ve böylece iletimdeki kayıplar dışında sıradan bir tristörle karşılaştırıldığında GTO’nun istenilir her iki daha kısa serbest kalma (turn off) ve ileri algılama zamanları vardır. Bu kısa devre anot yapısı , serbest kalma ve algılama zamanlarının azaltılmasında çok etkilidir ve bazen RCT denilen özel tristör yapılarında da kullanılır.RCT’lerin GTO’da olduğu gibi kısa serbest kalma ve algılama zamanları vardır fakat bir negatif kapı akımıyla tıkamaya geçirilemez çünkü gerekli bazı yapısal değişiklikleri içermez.
    Kapıdan tıkamaya sokulma yeteneği için gerekli çoğalan bölmeli bir yapıya sahip olan kapı ve katot yapısının kullanımıdır.Bu , (çoğalan bölmeli kapı ve katot yapısının kullanımı) da geçirme ve kapama sırasında p2 tabakasındaki yanal gerilim düşümlerini en aza indirir. Bu yanal gerilim düşümleri , özellikle sıradan tristörlerde göze çarpar . Bu gibi yanal gerilim düşümleri , akım yığılması problemleri ve di/dt sınırlamalarına neden olur. Bununla birlikte , çoğalan bölmeli kapı - katot yapısının kullanımı - ki bu yapılar , kapı kontakları ve katot bölgesi ortası arasında oldukça kısa mesafelere sahiptir - bu problemleri en az indirir. Büyük kapı kapama akımları ile kapı :-):-):-):-)l kaplamasında önemli gerilim düşümlerinin önüne geçmek için kapı :-):-):-):-)line gelen kontaklar , ince yüzeyde aralıklı dizilmiştir.

    GTO ANAHTARLAMA KARAKTERİSTİKLERİ :


    a)BASTIRMA VE SÜRME DEVRELERİNİN DAHİL EDİLMESİ:


    GTO ’ lar , normalde bastırma devreleriyle birlikte kullanılmalıdır . GTO anahtarlama davranışının gerçekçi bir açıklaması bastırma devrelerinin etkilerini de içermelidir.




    Şekil 2.4. Kapama ve Geçirme Bastırmalarıyla Birlikte GTO’nun Kullanıldığı Bir Konverter Devresi

    Şekil 2.4 ’ de gösterilen gerilim azaltıcı konverter devresi (bu devre anahtarlama elemanı olarak GTO’yu kullanır.) anahtarlama dalga şekillerinin açıklanmasında kullanacaktır. GTO sadece akım gerilim seviyelerinin büyük olduğu yerlerde değil, ayrıca GTO ile birleştirilen diğer yarı iletken bileşenlerin yavaş olduğu , sadece orta-yüksek güç uygulamalarında kullanılır. Bu nedenle , şekil 2.4’deki Df diyodu , çok hızlı bir algılama diyodu olmayacaktır.
    Diğer taraftan , -GTO ’ nun çoğalan bölmeli kapı katot yapısından dolayı – diyodun geri algılama zamanıyla karşılaştırıldığında GTO’nun daha hızlı akım yükselme zamanı vardır. Bunun sonucu , koruyucu devreler olmadan ,diyodun oldukça yavaş geri algılaması nedeniyle çok büyük aşırı akımlar hem GTO hem de diyottan geçebilecektir.Bastırma devresi ,GTO’nun uçlarına uygulanabilecek gerilim yükselme hızını arttırır ve iletimden çıkma kabiliyetini iyileştirir .Bir pozitif kapı akımı darbesiyle GTO iletime sokulur . İletime geçmeden önce CS bastırma devresi kondansatörü , UD kaynak gerilimi ile şarjlıdır . İletime geçerken CS , RS ve GTO üzerinden boşalır . Enerjisinin büyük bir bölümü RS ‘ de harcanır . Negatif kapı akımı darbesi ile GTO kesime geçirildiğinde CS , DS diyodu üzerinden salınarak dolar.Seri bağlı olan kaçak endüktanslar ,GTO ‘nun uçlarındaki gerilim yükselme hızını sınırlar.Bastırma devresinin güç kaybı yaklaşık olarak :
    PS = (½).CS.UD2.f ‘dir.Burada f işletme (darbe) frekansıdır.
    Şekil 2.4’deki bastırma indüktörü , devrede bir geçirme bastırması olarak davranması için devrede bulunmaktadır.
    GTO ‘nun iletime geçmedeki davranışı normal tristörünkine benzerdir fakat iletimden çıkma karakteristikleri farklıdır (şekil 2.7).Negatif kapı akımı oluştuğunda , anot akımı (IA) belirli bir gecikmeden sonra düşmeye başlar . Bu süre çok kısadır (yaklaşık olarak <1μs ) . Geçirme yönünde pozitif bir anot gerilim oluşmaya başladığında ve anot akımı bastırma devresi üzerinden geçmeye çalıştığında , LS kaçak endüktansı bir gerilim sıçramasına neden olur. Eğer bu gerilim tepesi büyükse zararlıdır ve akım yoğunluğu bölgesel ısınmalar sonucu , sekonder devrilmeye sebep olabilir . Bu da arıza durumudur . Bu problem , bastırma devresi kaçak endüktansının minimuma indirilmesiyle giderilebilir.Sıçrama geriliminden sonra anot gerilimi normal UD değerini almadan önce bastırma devresi rezonansından dolayı büyük bir değerden geçerek salınır. Bu sırada , anot akımında , bir sapma akımı oluşur . Bu akıma kuyruk akımı denir . Bastırma devresi kondansatörünü arttırarak , kuyruk akımı ve bu gerilim darbesi küçültülebilir fakat bu da bastırma devresi kayıplarının artmasına neden olur.Normalde GTO ‘nun bastırma kondansatörü , normal tristörünküne göre birkaç kat daha büyüktür.
    GTO , kapamaya sokulduğunda , anot-katot gerilim büyüme oranı ,dv/dt belirli seviyelere sınırlandırılmalıdır . Yoksa , GTO’nun tekrar geçirmeye tetiklenmesi meydana gelir .
    Bu sebepten , şekil 2.4’de gösterildiği gibi , anahtarlama devresinin bir parçası olan kapama bastırması bulunmaktadır . Tavsiye edilen kapı durumlarını karşılayan bir kapı sürme devresi şekil 2.5’de gösterildiği gibi-GTO tristör üreticileri tarafından önerilmiştir.






    Şekil 2. 5. Bir GTO İçin Kapı Sürme Devresi




    b)İLETİME GEÇMEDEKİ GEÇİCİ REJİM:


    Şekil 2.4‘deki konverter devresinde,GTO kapamadayken,akım Df diyodu serbest döngüdedir. Şekil 2.6’da gösterildiği gibi bir kapı akımı darbesi iletime geçmeyi başlatır .
    Geçirmeye girme süresince , hem kapı akımı artış oranı , diG/dt, ve hem de kapı akımı tepe değeri , IGM , bütün katot adalarının iletime geçmesini ve anot akımının uygun dinamik bir paylaşımı olmasını sağlamak için büyük olmalıdır . Yoksa , çok az bir miktarda olan adalar toplam akımı taşıyacak ve yerel termik kaçış olayı meydana gelecek ve GTO da zarar görecektir . İletime geçme işleminin tamamlanmasını sağlamak için yeterli bir zaman için ,mesela 10μs , büyük bir IGM değeri sağlanır . İletime girmenin tamamlanmasının ardından , istenmeyen kapamayı önlemek için bütün bir geçirme periyodu süresince bir minimum sürekli kapı akımı IGT‘nin akması gereklidir. Kapı akımı sıfırsa ve anot akımı çok düşük bir değere inerse , bazı katot adaları iletimi kesebilirler . Eğer anot akımı sonradan artarsa , geri kalan iletimdeki adalar akımı tutamayabileceklerdir ve sonuç olarak ortaya çıkan bir termik kaçış sonucu GTO tahrip olabilecektir.

    Şekil 2.6.Geçirme ve Kapama Bastırma Devreli bir Konverterdeki GTO ‘nun Geçirme Dalga Şekilleri

    TG1 ve TG2 transistörlerinin her ikisinin de iletime geçmesiyle ,ilk kapı akımı büyük darbesi şekil 2.5’deki kapı sürme devresi tarafından sağlanır. Pozitif kapı sürme devresindeki kaçak endüktans , iletimde büyük bir diG/dt değeri elde etmek için minimum değerde tutulmalıdır. Bir süre sonra (tw1) , TG1 ‘ in kapamaya geçmesiyle kapı akımı IGM değerinden IGT ’ ye azaltılacaktır.
    Anot akımının büyümesi süresince , giriş gerilimi , GTO ve geçirme bastırma endüktansı arasında paylaşılır . Eğer anot akımının di/dt ‘ si , büyük değerinden dolayı bu endüktans tarafından sınırlandırılırsa , daha sonra (şekil 2.6) GTO üzerindeki gerilim aniden oldukça düşük bir değere düşecektir.Anot akımındaki darbe, DF diyodunun geri algılamasından gelir.


    c)KESİME GEÇMEDEKİ GEÇİCİ REJİM:



    Şekil 2.7. Geçirme ve Kapama Bastırma Devreli bir Konverterdeki GTO ‘nun Kapama Dalga Şekilleri

    Şekil 2.7 ’de gösterildiği gibi , GTO , büyük bir negatif kapı akımının uygulanmasıyla kapamaya sokulur.Meydana gelen akım ve gerilim dalga şekilleri şekil 2.4 ’ deki devredeki GTO için yukarıda gösterilmiştir.Kapama sırasında birkaç farklı zaman aralığı vardır.Şekil2.5 kapı sürme devresi , TG3 transistörünün iletime geçmesiyle negatif kapı akımı sağlar . Kapı akımı (iletimden çıkma kazancı 3-5 değerine karşılık olarak ) anot akımının 1/5 –1/3 ‘ ü gibi çok büyük bir değerde olmalıdır.Bu büyük negatif akım sadece oldukça kısa bir zaman için istenir . Düşük gerilimli MOSFET ’ ler , TG3 için hemen hemen ideal bir seçimdir . Kısa bir depolama (storage time) zamanı ve kısa bir anot akımı düşüş zamanına sahip olmak için ve kapı güç kaybını azaltmak için , negatif diG/dt büyük bir değerde olmalıdır . Bununla birlikte , çok büyük değerdeki negatif diG/dt , anot kuyruk akımının daha kısa tanımlanması sonucunu doğurur.Bu nedenle, diG/dt , eleman üreticisi tarafından belirtilmiş sınırda tutulmalıdır.
    Negatif diG/dt , kapı sürme devresinin negatif kapı sürme parçasındaki LG ve VGG- ile kontrol edilir.Burada VGG- , kapı-katot jonksiyon devrilme geriliminden daha küçük seçilmelidir. VGG- ‘nin bilinmesiyle , belirtilmiş diG/dt ‘ yi verecek şekilde LG seçilir . Büyük GTO için negatif kapı sürme devresindeki kaçak endüktans , gereken LG değerine eşit olabilir.
    İlk zaman aralığı süresince , depolama zamanı tS süresince , büyüyen negatif kapı akımı (şekil 2.8) katot adalarının çevresindeki p2 ve n2 tabakalarındaki depolanmış yükleri taşır.
    Depolanmış yük , çevreden taşınmaya devam ederken , boş plazma bölgesi büyüklüğü ( katot adalarının ortalarına doğru yanal bir yönde yayılma hızı denilen bir hızla genişleyerek) artar. Depolanmış yükün yeterli bir miktarı taşınmışsa ,GTO ‘daki yenileyici hareket durdurulmuştur ve anot akımı düşmeye başlar.Bu da, depolanma zamanının sonunu belirtir.
    GTO’nun yenileyici hareketi durdurulduğunda , anot akımı hızla düşmeye başlar. IO - iA akımı , GTO uygulamalarında oldukça büyük olan kapama bastırma kapasitesi CS’i söndürür. Kapama bastırma devresi çevrimindeki kaçak endüktanstan dolayı , GTO üzerindeki gerilimde eşzamanlı hızlı bir yükselme vardır. Anot akımı düşüş zaman aralığı süresince gerilim tepesi tepe değerini belirtilmiş bir değerde tutmak için , bu kaçak endüktans (şekil 2.4 ‘de Lσ ) minimumda tutulmalıdır . Kapı katot jonksiyonundaki aşırı miktardaki taşıyıcılar dışarı taşındığında ve jonksiyon geri tıkama yeteneğini tekrar elde ettiğinde , anot akım düşüş zamanı (t f i ) sona erer.

    Kapı katot jonksiyonunun geri tıkama yeteneğini tekrar elde etmesiyle birlikte , kapı- katot gerilimi negatif değerlere artmaya başlar ve böylece negatif kapı akımı hızla azalmaya başlar (şekil 2.7). LG endüktansında endüklenen gerilim kapı akımının azalmasına izin vermez (akımı akmaya zorlar) ve kapı katot jonksiyonu primer devrilmeye (çığ olayı sonucu meydana gelen devrilme ) girer.Daha sonra , kapı-katot jonksiyonu bir zener diyot gibi çalışmaktadır.Bu süre içinde , diG/dt şöyle verilir:



    Bu primer devrilme kısa bir süre için düşünüldüğünde istenilir bir olaydır.Bu süre, tw2 , kapı-katot jonksiyonu primer devrilme zamanıdır . Bu olayın istenmesinin nedeni , mümkün olduğunca çok depolanmış yükün kapı ve p2 tabakasından sürüklenmesini sağlamaktır. Bu süre LG ve VGG- ‘nin seçimiyle kontrol edilebilen diG/dt ‘ ye bağlıdır . tw2 süresi , kapı-katot jonksiyonunun tahribatını engellemek için belirtilen maksimum değerin altında tutulmalıdır.
    tw2 süresinin sonunda , GTO ’nun iki baz bölgesinde ( n1 ve p2 tabakaları ) hala bazı aşırı depolanmış yük bulunacaktır.Bu kalan yüklerin hareketi sonucu , anot ve negatif gerilimli kapı arasında anot kuyruk akımı olarak adlandırılan küçük bir anot akımı akmaya devam eder . Bu akım , anot ve kapı gerilim farkının büyümesiyle sürülür . Kuyruk akımının aktığı süre anot kuyruk akım zamanı ( tkuyruk ) olarak adlandırılır . tkuyruk zamanının büyük bölümü süresince kapı gerilimi VGG- değerindedir. Bu değer bütün bir kapama süresi boyunca kapı geriliminin sahip olacağı bir değerdir.

    Kuyruk akımı zaman aralığı süresince , GTO gerilimi –aşağıdaki bağıntıyla bulunan- sabit bir değere doğru büyür:

    Bu aralık (tkuyruk) , kapama kayıplarının büyük bir bölümünü oluşturur çünkü bu süre oldukça uzundur ve GTO gerilimi de büyük değerdedir.

    Kapamadaki aşırı gerilim (şekil 2.7) , güç devresindeki kaçak endüktanstan dolayıdır . Anot-katot aşırı gerilimi , aşırı gerilim bastırma devreleriyle azaltılabilir.

    MİNİMUM KAPAMA VE GEÇİRME SÜRELERİ:


    GTO,belirli bir süre geçmeden , belli bir süre için kaldığı kapamadan iletime geçirilmemelidir . Bunun nedeni , çeşitli katot adaları arasında zayıf akım paylaşımı olasılığındandır . Azınlık taşıyıcılar , uzun ömürlü olduklarından dolayı uzun süre GTO ‘ da kalırlar ve bu geriye kalan taşıyıcılar , taşıyıcıların çevresinde bazı katot adalarına neden olurlar ki bu adaların diğerlerine göre daha iyi bir iletme karakteristiği vardır.Buradan, eğer taşıyıcılar tekrar birleşmeden veya sürüklenmeden önce GTO iletime sokulmaya çalışılırsa , akımın büyük miktarı bu az sayıdaki adalar (zayıf akım paylaşımı ) tarafından taşınır ve eleman tahribi meydana gelebilir.

    Benzer olarak , kapama başlatılmadan önce , belli bir zaman periyodu için GTO geçirmede tutulmalıdır.Tekrar , neden olarak , çeşitli katot adaları arasında zayıf akım paylaşımı olasılığı gösterilir.

    Devre tasarımcısının , uygun bir çalışma için , iletim ve kapama bastırmalarının (anılan sıraya göre ) bir minimum kapama durumu ve bir minimum geçirme durumu süresine ihtiyacı olduğunu bilmesi gerekir.

    MAKSİMUM KONTROL EDİLEBİLİR ANOT AKIMI:


    Maksimum kontrol edilebilir akım , kapısından kontrol edilerek kesilebilen en büyük akımdır.
    Negatif kapı akımının yükselme hızı artırılarak daha büyük anot akımları kontrol edilebilir . p2 tabakasındaki aşırı taşıyıcılar , negatif kapı akımı için taşıyıcıların kaynağıdı r. Negatif kapı akımı ve boş plazma bölgesi büyüdükçe (şekil 2.8) , kapı-katot jonksiyonundaki gerilimde bir artma vardır (p2 katmanındaki kapı akımının yanal geçişinden dolayı olduğu belirtilmiştir .
    Katot çevresinde kapı kontağına yakın noktalarda jonksiyon gerilimi en yüksektir . Eğer bu gerilim jonksiyon devrilme gerilimini aşarsa negatif kapı akımı sadece devrilmenin olduğu katot çevresinde akar . Geriye kalan d epolanmış yüklerin hiçbiri taşınmayacaktır , ve GTO kapamaya geçirilmeyecektir . Bu nedenle, VGG- gerilimi , kapı - katot jonksiyon devrilme geriliminden daha az tutulmalıdır.

    Negatif kapı-katot gerilimindeki sınırlama , GTO ’dan çıkarılabilecek bir maksimum kapı akımının olduğu anlamına gelir.Depolanmış yükün taşınması son evresine girdiğinde , aşırı taşıyıcıların bölgesi , katot adası merkezi yakınlarındaki küçük bir alana daralmıştır ve kapı bağlantı noktasından en uzak noktadadır . Bu durumlar altında , geri gerilim en yüksek değerindedir . Yanal omik direnci (şekil 2.8(b)) eleman geometrisinin bir fonksiyonu olup , maksimum negatif kapı akımının ne kadar olacağının belirlenmesinde kullanılır.Bu da ayrıca , iletimden çıkarılabilecek bir maksimum anot akımının olduğu anlamına gelir.



    Kontrol edilebilir maksimum anot akımı eleman üreticisi tarafından verilen kataloglarda gösterilmiştir.



    Şekil 2.8. Bir Negatif Kapı Akımıyla Kesilebilen Maksimum Anot Akımını Belirleyen Mekanizma.


    (a) Yoğun-Taşıyıcı Plazmayı Katot Adasının Merkezinde Küçük Bir Hacme Sıkıştıran Negatif Kapı Akımı.

    (b) Maksimum Kapı Akımını Sınırlandıran , P2 Tabakasındaki Yanal Omik Direnç.






    GTO’LARDA AŞIRI AKIM KORUMASI:


    MOSFET ve BJT ‘de olağan dışı bir olay sonucu oluşan aşırı akım , elemanın doymadan çıkıp aktif bölgeye girmesine neden olur.Eleman , maksimum akımı kendisi sınırlar ama eleman üzerindeki gerilim çok büyük değerlere ulaşır.Böylece , aşırı akım durumu , elemanın iletimdeki geriliminin ölçülmesiyle kolaylıkla bulunabilir.Aşırı akım , akım sensörü vasıtasıyla veya MOSFET için bir SENSEFET kullanarak bulunabilir.Bu aşırı akım bulunduğunda , BJT veya MOSFET’ler birkaç mikrosaniyede kesime geçirilerek koruma gerçekleştirilir.



    Şekil 2.9. GTO İçin Aşırı Akım Koruma Yöntemleri :

    (a) Aşırı Akımların Tanımı ,
    (b) Çoğalma Metodu İle Aşırı Akım Koruması ,
    (c) Sigortanın Açmasına Kadar Köprüdeki Bütün GTO’ların Akımı Paylaşmak İçin İletime Geçirilmeleriyle Gerçekleşen Aşırı Akım Koruma Metodu.

    Bu koruma işlemi , GTO’larda çok daha karmaşıktır.Şekil 2.9 (a)’da gösterildiği gibi , müsaade edilen akım tepe değeri , güvenlik faktörü tarafından , maksimum kontrol edilebilir akımdan küçük seçilmelidir.GTO’da aşırı akım , akım algılanmasıyla bulunmalıdır.Eğer saptanan akım , maksimum kontrol edilebilir akımdan küçükse , örneğin şekilde A noktasındaysa , GTO bir negatif kapı akımıyla iletimden çıkarılabilir.
    Bununla birlikte , eğer aşırı akım maksimum kontrol edilebilir akımdan büyükse , örneğin şekilde B noktasındaysa ,GTO bir negatif kapı akımıyla iletimden çıkarılmaya çalışılırsa GTO bozulur.Bu nedenle , GTO “çoğalma tekniği” (crowbarring) denilen yöntemle korunur.Böyle bir devrede , bir tristör GTO’ya paralel bağlıdır (şekil 2.9(b)) ve tristörün aniden iletime geçmesiyle sigorta atar.Çoğalma tekniği olmadan şekil 2.9 (b) ‘deki devrede GTO’yu korumanın tek yolu ,daha büyük akım değerlerindeki bir GTO kullanmaktır fakat bu da pahalıdır.






    Şekil 2.9 (c)’de gösterildiği gibi bir üç faz konfigürasyonunda ,altı adet GTO’nun da aynı anda iletime geçmesiyle çoğalma tekniği elde edilebilir.Üç koldaki GTO’ların hepsinin aynı anda iletime geçmesiyle sigortadan geçen akım 3 kola ayrılır ve GTO da sigorta atıncaya kadar bu akımı taşıyabilecek kapasitededir.



    GTO UYGULAMALARI:




    Şekil 2.10. GTO DC Amfi.

    Yukarıdaki devre (Şekil 2.10) GTO DC amfidir.Giriş uçlarına pozitif gerilim uygulandığında , C1 kapasitesi , R1 direnci ve uygulanan gerilime bağlı olarak belirli bir değere kadar şarj olur.Eğer uygulanan gerilim (4 katmanlı D) diyodu devrilme geriliminden yükaaaae , belirli bir zaman sonra ( t1) diyot iletime geçer.

    t1 = R1.C1.loge[Vgiriş/(Vgiriş – VB0 )] saniye


    GTO’da meydana gelen akım geçişi , onun iletime geçmesini sağlar ve akım yük direnci RL ‘den akar.
    Aynı zamanda , C3 kapasitesi yük gerilimi +E değerine kadar şarj olur ve C2 kapasitesi R2 direnci üzerinden şarj olur. C2 üzerindeki gerilim , zener diyot devrilme gerilimini aştığında TH tristörünün kapısından bir akım geçecektir . Yükte gerilimin görüldüğü noktaya kadar olan
    zaman gecikmesi t2’dir:

    t2 = R2.C2.loge[E/(E – V2)] saniye

    Tristör iletime geçer ve yük akımı bir anlık GTO kapısından geçer ve GTO iletimden çıkar.Tam bir iletimden çıkmayı gerçekleştirmek için C3 kapasitesi sayesinde GTO kapı-katot geri gerilimi sürdürülür (korunur).C1 kapasitesinde yeterli yük depolanmışsa TH tristörü 4 katmanlı D diyodunun iletime geçmesine neden olacaktır.Böylece devre resetlenir ve işlemler tekrarlanır.

    Ortalama çıkış gerilimi , giriş gerilimi Vgiriş ‘nin bir fonksiyonu olduğu için devre bir DC amfi gibi davranır.Ortalama çıkış gücü { Vçıkış = [t2/( t1+t2)].E } volttur ve bu da :







    Şekil 2.11 . Giriş Gerilimi (Vin) ile Çıkış Geriliminin Değişimi.

    Bu ilişki şekil 2.11‘de grafiksel olarak gösterilmiştir.Daha lineer bir ilişki istenirse , bir geri besleme sistemi kullanılmalıdır.Şekil 2.12’de bir yüksek güç solenoid sürücüsü gösterilmiştir.Giriş uçlarına pozitif bir gerilim darbesi uygulandığında , GTO iletime geçer ve solenoid üzerindeki gerilim (E) ,kaynak gerilimine doğru üstel bir şekilde artar .Bununla birlikte , bu seviyeye ulaşılmadan önce , 4 katmanlı diyot (D) devrilme gerilimine ulaşır ve bir anlık olarak GTO kapısına gelen akım GTO’yu iletimden çıkartır.
    Darbe uzunluğu:




    Şekil 2.12.Yüksek Güçlü Solenoid Sürücü ve Devre Dalga Şekilleri



    Şekil 2.13. Sabit Gerilim Motor Sürme Devresi


    Bir başka uygulama ise şekil 2.13’ de gösterilmiştir.Bu düzenleme ,bir DC motor armatür (rotor) geriliminin sabit tutulması için tasarlanmıştır.Güç uygulandığında ,C1 kapasitesi gerilimi , zener diyot ZD ‘nin zener gerilimini aşmasına kadar GTO kapamada kalır .Bu olay olursa GTO kapısından akım geçer ve böylece GTO iletime geçer.C2 kapasitesi şarj olur ve- 4 katmanlı D diyodu devrildiğinde- GTO iletimden çıkar.Daha sonra C1 şarj olur ve GTO’ nun tekrar iletime geçmesine neden olur.Böylece motor üzerindeki gerilim istenen değer üzerinde salınır.



    FOTOTRİSTÖR (LASCR)


    TANIM VE ÖZELLİKLERİ:


    Fototristör (LASCR, Light Activated SCR ) , normal bir tristör gibi bir kapı elektrodu bulunan 4 katmanlı p-n-p-n yapısına sahip bir elemandır . Tristörle arasındaki fark , tetiklemenin sadece kapı akımı veya bir devrilme gerilimi UB0 ile sağlanmaması altında yatar .Ayrıca fototristörde , tetikleme etkili yoğunluktaki ışık şiddeti φefT ile gerçekleştirilebilir (silisyumun doğrudan ışıkla radyasyonu vasıtasıyla ).Bu değer genellikle (W.m-2) cinsinden verilir.

    Fototristörler , diyot şeklinde 2 uçlu veya 3, 4 uçlu da olabilir.3 ve uçlu olanlar ayrıca bir elektriksel akım darbesiyle de iletime geçirilebilirler . 4 uçlu olanlar ise bu 4. ucu sayesinde iletimden çıkarılabilir.

    Işık fototristöre uygulandığında akım taşıyıcılar aktif olur.Bu oluşan akım eğer tutma akımından (IH) büyükse fototristör iletime geçer.

    Fototristör bir bistabil elemandır ve duyarlı bir röle ile birlikte ya foto voltaik ya da foto rezistif tipteki sıradan bir fotosel yerini alır.Bir DC kaynakda çalışırken , eleman , bir kilitleme rölesi olarak davranır ve kapamayı sağlamak için devrede ekstra elemanlara ihtiyaç duyulur.

    Elemanı geçirmeye sokan ışık seviyesi kapı kontrolüne ön gerilim uygulanmasıyla değiştirilebilir.Bir küçük pozitif kapı akımı , geçirme ışık seviyesini değiştirecek ve fototristörün daha düşük bir ışık yoğunluğunda iletime geçmesine neden olur.Zıt olarak , elemanı daha yüksek bir ışık yoğunluğunda iletime sokmak için küçük bir negatif kapı akımı kullanılır.

    Genelde, bu ışık duyarlı tristörler , çok yüksek kazançlı elemanlardır.Küçük bir kapı akımı iletime geçmeye neden olur.Emniyetli bir çalışma için , kapı açık devre bırakılmamalıdır , ve şönt bir direnç kapı katot arasına bağlanmalıdır.Yoksa , anottaki yerel manyetik alanlar veya geçici sinyallerden endüksiyon istenmeyen bir geçirmeye neden olabilir.Buradan da anlaşılacağı üzere , geçirme ışık seviyesi kesin değildir.Böylece eleman bir tam ışık referansı olarak kullanılamaz.

    Fototristörler , lojik devrelerde , sinyal verme ve güvenlik sistemleri , yüksek gerilim elde etmek için seri bağlanmış güç tristörleri anahtarlamalarında , yüksek gerilimli DC taşıma sistemlerinde , statik reaktif güç (VAR) kompanzasyonunda , ve bu gibi benzer durumlarda uygulama bulurlar.Burada , devreler ve optik olarak birbiriyle bağlantılı donanımlar arasında bir galvanik bölme oluşturulmalıdır.Bir kontrol devresinde elde edilen ışık darbesi özel bir iletkenle taşınarak fototristör gövdesindeki pencereden geçirilerek uygulanabilir. Böylece parazitler sebebiyle oluşabilecek istenmeyen tetiklenmelerin de önüne geçilmiş olur ve kontrol devresi ile yüksek gerilim ana akım devresi arasında tam bir elektriksel izolasyon sağlanmış olur . LED gibi pratik ışık kaynaklarından yararlanarak tetiklemeyi gerçekleştirmek için kapı yapısı , yeterli hassasiyet sağlanacak şekilde planlanmalıdır.Burada da di/dt ve du/dt kabiliyetlerinin korunmasına çalışılmalıdır.

    TEMEL YAPI VE KARAKTERİSTİKLERİ:


    Fototristör için farklı tetikleme faktörlerini birleştirmek mümkündür.Kendine özgü kullanımı , tetiklemeyi gerçekleştirmek için kapı akımı IG ve etkili yoğunluktaki ışık şiddeti φef <φefT ‘nin birleştirilmesiyle gerçekleştirilendir. IG ve φef ‘nin birleştirilmiş etkisi şekil 3.1’de verilmiştir.Aynı sütundaki değerler daima tetiklemeye neden olur.

    IG 0 < IG1 < IG2 < IGT
    φef φefT > φef1 > φef2 > 0



    Şekil 3.1. IG ve φefBirleştirilmiş Etkisi


    Temel olarak , radyasyon etkisiyle oluşan elektron-delik çiftleri , elektriksel alanın etkisi altında tetikleme akımını üretir ve tetiklenme gerçekleşir.
    Şekil 3.2‘de , fototristörün yapısı ve temel çalışması gösterilmiştir.Uygulanan ileri gerilimle birlikte , J1 ve J3 jonksiyonları ileri gerilimlidir ve yeterli serbest yük mevcutsa iletebilirler.J2 jonksiyon geri gerilimlidir ve akımı tıkar.Silisyuma gelen ışık ,-daha sonra J2’ye süpürülecek (atılacak ) olan– J2 boşaltma bölgesi çevresinde serbest delik-elektron çiftleri oluşturur.Işığın arttırılmasıyla , şekil 3.2 (c)’deki geri gerilimli diyottaki akım artacaktır.Yapıdaki n-p-n ve p-n-p transistörlerinin akım kazançları da akımla artar.Bazı noktalarda net akım kazancı (α1+α2) biri aşar ve tristör iletime geçer.





    Şekil 3.2. LASCR, Fototristör.
    (a) – (b) Fototristörün Basitleştirilmiş Fiziksel Tertipi,
    (c) Fototristör Transistör Eşdeğeri.



    IP = Foton akımı (Düşen ışık tarafından üretilen akım)
    IG = Kapı akımı
    ICB(1) + ICB0(2) = Sızıntı akımı
    α = Akım kazancı
    α1 , IA + ( IP ) ile değişir;
    α2 , IA + ( IP ± IG ) ile değişir;
    α1 + α2 → 1 , IA → ∞ .

    Fototristör karakteristikleri , şekil 3.3’de gösterilmiştir.


    Şekil 3.3. Fototristörün karakteristiği




    Işığa karşı makul bir hassasiyet sağlamak için tristör çok düşük bir akım yoğunluğu ile tetiklenebilecek şekilde yapılmalıdır.Bu da , küçük boyutlardaki oldukça ince bir silisyum çipin kullanımını gerektirir.Böylece , yüksek akım elemanları , ışık tetiklenmesi için kullanışlı görülmez . Fototristörün yüksek duyarlılığı, ayrıca , iç akımlara neden olan diğer etkilere karşılık vermesine neden olur.Sonuç olarak , LASCR ,ısıya ,uygulanan gerilime , bu gerilimin değişme hızına karşı yüksek bir hassasiyete sahiptir ve normal bir tristörden daha uzun bir serbest kalma zamanı (tq) vardır. Tetikleme seviyesi , en düşük jonksiyon sıcaklığında en yüksek olduğundan , verilen bir sistemde sağlanmış ışık miktarı , (çalışmanın umulduğu ) en düşük jonksiyon sıcaklığını göz önüne almalıdır.Zıt olarak , maksimum hassasiyet , maksimum jonksiyon sıcaklığında elde edilir.Bununla birlikte , fototristörün tetiklenemeyeceği durumlar altında , sistem tarafından sağlanan maksimum ışık yoğunluğu en yüksek çalışma jonksiyon sıcaklığı için verilen bir değerin altında olmalıdır.
    Direk ışınım , J2 bölgesine ulaşmak için silisyumun önemli bir kalınlığına sızmalıdır. Silisyumun emmesi , görülebilir bir spektrumda (0,4-0,7 mikron ) oldukça yüksek olduğundan bu bantta ışık dağılımına ait cevap oldukça düşüktür. Yerleşimden dağılan ışık çipin kenarına yakın J2 çevresine ulaşır , ve buradan ,daha kısa dalga boyunun daha azı jonksiyona ulaşmadan emilir.
    Yüksek gerilimlerde , eşdeğer transistör devresinin kazancında gerilim etkisinin bir sonucu olarak , tetikleme için gereken ışık yoğunluğu önemli derecede azalır. 6 V’luk bir anot gerilimi ile HET normal olarak belirlendiğinden daha yüksek veya daha düşük gerilimlerdeki çalışma bu değeri değiştirecektir.Eğer uygulanmış gerilim sinüsoidal ve ışıklandırma düşük bir seviyeden yavaşça arttırılırsa , tetikleme ilk olarak uygulanmış dalga şeklinin tepesinde meydana gelir .Işıklandırmadaki daha fazla artış , tetikleme noktasını ,uygulanmış dalganın başlangıcına doğru getirecektir.
    Tipik ışık hassasiyeti , kapıdan katota direnç ile ters orantılıdır. Kapı katot direncinin amacı J1 çevresindeki akımı bypass etmek içindir . Böylece elemanın hassasiyetini azaltmak için n-p-n transistör bölgesinin kazancı da azalmış olur.Isıya duyarlı dirençlerin (termistörlerin) , kapı katot arasında kullanımı veya bir ileri gerilimli silisyum diyodu + direnç ağının kullanımı , hassasiyetteki değişimlere karşı bazı derecede sıcaklık kompanzasyonu sağlayabilir. Bununla birlikte , hassasiyet üzerindeki sıcaklık etkisi , bir elemandan diğerine farklılık gösterebilir.Bu nedenle ,çalışma sıcaklık sahası üzerinde ışık hassasiyet sabitini koruyan sıcaklık kompanzasyonu sağlamak için genel bir kural elverişli değildir.

    BAZI FOTOTRİSTÖR UYGULAMALARI:



    Şekil 3.4. Fototristör Işık Anahtarı


    Yukarıdaki devre (şekil 3.4 (a)), fototristörün üzerine ışığın düşmesi yolu ile bir lambanın yakılmasıyla fototristörün bir ışık dedektörü ve güç rölesi olarak kullanımını gösterir.Kaynağın her pozitif yarım dalgasında , fototristör ışıklandırıldığında iletime geçer ve lamba veya yük güçlenir.Işıklandırma biterse , lamba söner . Kapı direnci RS ,fototristörün çalışmasını dengelemek ( stabilize etmek ) için gereklidir.Bunun nedeni , eleman yüksek kazançlı bir eleman olması ve bir açık devre kapı ile kaynaktaki gerilim dalgalanmalarında istenmeyen tetiklemenin meydana gelebilmesidir. Kapı direnci , elemanın hassasiyetini azaltıcı olarak görev yapar emniyetli ateşleme karakteristiklerinin elde edilmesini sağlar.
    Eğer ışıkla büyük bir yük kontrol edilecekse , aşağıdaki devre kullanılır(şekil 3.4 (b)).
    Burada, ana yük akımını geçiren iki yüksek güç tristörü için fototristör kapı akımını kontrol eder.

    ASİMETRİK TRİSTÖR (ASCR)


    Bazı uygulamalarda , özellikle bazı kıyıcı ve inverter devrelerinde tristörün kapama yönündeki gerilimleri tutması istenmez ve tristöre ters paralel bir diyot bağlanır.
    Asimetrik tristörlerin , temel belirgin karakteristiklerinden biri , önemli geri gerilimleri tıkamamasıdır .Bu gerilim değeri sınırlı , küçük bir değerde tutulmuştur. Böylece iletime geçme zamanı , iletimden çıkma zamanı ve iletimdeki gerilim düşümü azaltılmıştır.. 400-2000 V arası geçirme yönünde tutma yeteneğine sahip olacak şekilde tipik olarak tasarlanırlar.Geri gerilimi 20 V’ un altında tutan ters paralel geri besleme doğrultucularına ihtiyaç duyan birçok gerilim beslemeli inverter devresinde uygulama bulur.1500 V’ luk bir asimetrik tristörün iletimden çıkma zamanının tipik değeri 10-15μs’ dir . Halbuki bu değer normal bir tristörde 20-30μs mertebesindedir.

    Şekil 4.1.Simetrik ve Asimetrik Tristör Yapıları

    Şekil 4.1 , ASCR’ nin ana yapısını ,sıradan bir tristörle karşılaştırır. Ana fark , n bazı ve p+ anodu arasında bir n tampon tabakasının ilave edilmiş olmasıdır. Tampon n tabakası bir “ alan durdurucusu “ gibi davranır ve n baz bölgesinin sıradan bir tristörün genişliğinin yarısına indirilmesine izin verir. Tristör üzerindeki gerilim ( d2/Dτ ) ‘ye bağlı olduğu için –burada d , n bazı genişliği ; D , difüzyon katsayısı ; τ , azınlık taşıyıcı ömrüdür ki – aynı ileri düşümü sürerken d ‘yi yarıya indirmek ömrün 4 kat azalmasına izin verir . Şekil 4.2 ‘de bir 1200 V simetrik ve asimetrik tristör için serbest kalma zamanı tq’ya karşı tipik ileri gerilim düşümü karşılaştırılmıştır.Buna göre , yukarıda anlatılanlar , şekil 4.2’de gösterilen kapama süresindeki %50’lik veya daha fazla bir gelişmeyi açıklar. Daha ince n bazı genişliği geçirme süresince di/dt yeteneğini düzeltir
    çünkü yayılma hızı , n bazı genişliği ile ters orantılıdır.




    Şekil 4.2. 1200 V Asimetrik ve Simetrik Tristör İçin Tipik İleri İletme Geriliminin Serbest Kalma Zamanına Oranı.

    Normal tristörler tıkama yönünde zorlanmazlar fakat ASCR’lerin diğer özellikleri daha iyidir.
    Asimetrik tristörlerin özel bir tipi RCT ‘dir.RCT , bir p-n-p-n yapısına sahiptir (şekil 4.3).



    Şekil 4.3.Ters Paralel Diyot ile Bir RCT Yapısı.

    Eleman genelde aynı yarı iletken yapı içindeki ters paralel bağlı n1p2 diyodu ile tasarlanır. Böylece normal tristörün ters tutma özelliği kaybettirilmiştir , soğutucu elemanları miktarı azalmıştır ve bulunduğu devre daha az elemandan oluşmuş olacaktır.Ayrıca bu şekilde bir kullanımla ,tristörle diyodun oluşturduğu kapalı devrenin kaçak endüktansının istenmeyen etkisi ortadan kaldırılmıştır.
    J1 ve J3 jonksiyonlarının her ikisinin de geri tutma yeteneği yoktur.

    STATİK ENDÜKSİYON TRİSTÖRÜ (SİTH)


    Statik endüksiyon tristörü , güç alan tristörü (Field Controlled Thyristor) olarak da anılır.GTO gibi kontrol edilerek iletime sokulup çıkarılabilir.Bu elemanın yapısı şekil 5.1’de gösterilmiştir.Bu elemanın tasarımı, fabrikasyonu ve karakteristiği , onu yüksek akımların yüksek hızdaki anahtarlanmasında kullanılması maksadıyla yapılmıştır. (Normalde kapalı tip statik endüksiyon tristörü için)Eleman çipinin büyüklüğü 7 ve 10 mm2 ‘ dir ; 9000 kanal içerir ve bu kanalların her biri 1,5μm genişliğinde ve 250μm uzunluğundadır . Bu tip elemanın fabrikasyonunda çift LOCOS tekniği kullanılmıştır.100 A gibi bir değerde 1,2 V değerinde bir düşük ileri gerilim düşümü meydana gelir . Düşük kayıplar ,yüksek anahtarlama hızı gereken ve yüksek güçlü uygulamalarda tercih edilebilir.


    Şekil 5.1. Statik Endüksiyon Tristörünün Yapısı ve Gerilim Kontrollü Triyoda Benzeyen Elektriki Çıkış Karakteristikleri.


    SİT ’in kapı katot arası gerilimi sıfır olduğu için SİT , normalde iletimde olan bir elemandır . Bu durumda çoğunluktaki taşıyıcılar , katot ve anot arasında akar ve kanal direnci elemanın uçları arasında bir gerilim düşümüne neden olur.Eğer kapı katot arası gerilim negatif yapılırsa büyük bir ön gerilim oluşur ve kanal tamamen akımı keser .SİT normalde iletimde olduğundan anot gerilimi pozitif yapılır ve kapı ucu da açık bırakılırsa SİT diyot gibi davranır.

    SİT ‘in yüksek hızda çalışabilmesi için negatif anot gerilimlerini tutma özelliği verilmemiştir . Ayrıca yüksek anahtarlama hızları elde etmek için kuyruk akımı süresi azaltılabilir.Eğer bu işlem gerçekleştirilirse iletimdeki gerilim düşümü artacaktır.
    İletimden çıkma karakteristiği GTO ‘ya benzer . Negatif kapı akımı büyüktür ve anot devresinden bir kuyruk akımı geçer.GTO ‘ya göre iletimdeki gerilim düşümü daha fazladır. di/dt ve du/dt değerleri daha yüksektir.Anahtarlama frekansı daha yüksektir.Güvenli çalışma bölgesi daha elverişlidir.

    Bu elemanların fabrikasyonu , n tipi silisyum ince tabakadan yola çıkılarak yapılır ve bu tabakanın bir tarafında p+ anot bölgesi düzenlenir . n+ katodu ve p+ bölgeleri zıt yüzeyde oluşturulur .Güç JFET ’ lerinde olduğu gibi , p+ kapı bölgeleri ,n+ katot bölgelerini tümüyle çevirmelidir çünkü SİT’in ileri tıkama yeteneği JFET’ te olduğu gibi elde edilir (anot akım geçişini önlemek için n+ katodu altında bir potansiyel bariyer oluşturmak için , uygulanan bir negatif kapı gerilimi kullanılır).Bununla birlikte , geçirmede , p+ anot bölgesinin varlığından dolayı , SİT’in çalışması JFET’ten önemli derecede farklıdır . Elemanın akım iletme süresince , bu p+ bölgesi , çok yüksek bir konsantrasyondaki azınlık taşıyıcılarını n birikme tabakasına enjekte eder . Bu , n birikme tabakası direncini ciddi bir şekilde azaltır ve SİT ‘in GTO ‘dakine benzer yüksek akım yoğunluklarında çalışmasına izin verir . SİT ‘deki p+ anot jonksiyonu J2 , bu elemanlarda bu elemanlarda geri tıkama yeteneğini de sağlar.Bu elemanların n birikme tabakası ,GTO ‘nun kullanımına benzer bir şekilde dizayn edilmelidir (kapı ve anot bölgeleri arasında oluşmuş olan açık baz p-n-p transistöründen dolayı).

    İlk SİT elemanlarının çok düşük tıkama kazançları vardı ( 5’ten küçük ) .Kapı yapısındaki gelişmeler , elemanların 50 ‘nin üstünde kapama kazancına sahip olmalarına neden olmuştur. Bu elemanların avantajları , yüksek bir ileri iletme akım yoğunluğu (GTO ‘dakine benzer olarak) ve bir yenileyici 4 tabakalı yapının bulunmayışıdır.Bu yapının bulunmayışı , SİT ‘in GTO ‘nun dv/dt ‘sinden daha fazla (yaklaşık 10 kat ) dv/dt ‘de çalışmasına izin verir.Bu elemanlar , daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilirler ve daha iyi bir radyasyon toleransı sergilerler.Bunların güç anahtarlama uygulamalarındaki kullanımı , onların normal geçirme karakteristikleri tarafından azaltılmıştır.

    SİT , endüksiyonla ısıtma , yüksek frekans ara devreli DC-DC konverterler , aktif güç şebeke düzenleyicileri , statik VAR kompanzatörleri ve gürültüsüz PWM inverterli tahrik sistemleri gibi uygulamalarda kullanılır.


    FET KONTROLLÜ TRİSTÖR



    FET kontrollü tristör , normal bir tristörün anot ve kapı uçları arasına bir MOSFET ‘in paralel bağlanmasından meydana gelir .MOSFET ’in kapısına bir gerilim uygulanmasıyla FET-CTH iletime geçirilir.MOSFET’in kapısına tipik değeri 3 V olan bir gerilim uygulandığında , anot ve katot arasındaki gerilim tristörün kapı devresinden akım geçmesine neden olur ve FET CTH tetiklenir .GTO ‘daki gibi kapıdan kesime sokulma yeteneği yoktur .Anahtarlama hızı,kritik akım ve gerilim yükselme hızları yüksek değerdedir.Giriş empedansı bakımından bir MOSFET , iletimdeki gerilim düşümü bakımından da bir tristör gibi davranır . Bu eleman , bir entegre devre vasıtasıyla optik olarak da tetiklenebilir.Böylece kontrol devresi ve yüksek gerilimli an akım devresi arasında tam bir elektriksel izolasyon sağlanmış olur.



    Şekil 6.1. FET Kontrollü Tristörün Eşdeğer Devresi .




    MOS KONTROLLÜ TRİSTÖR (MCT)


    MCT , güç elemanlarını yeni bir sınıfıdır . MOS ve tristör elemanlarının optimal bir şekilde birleştirilmesine dayanır .Birbirinin aynı binlerce mikro hücrenin aynı çip üzerinde paralel bağlanmasıyla oluşturulur. Davranışı bakımından GTO ‘ya benzer . Bu sınıftaki elemanlar ,yapılarındaki tristör nedeniyle kilitlenme özelliğine sahiptir ve tristörden ayırt edilemez bir biçimde geçirme ve tıkama durumlarında çalışır . MOS kapısına bir gerilim uygulanmasıyla tıkamadan geçirmeye ve geçirmeden tıkamaya sokularak anahtarlanabilir .Uygulama da büyük du/dt değerlerinden dolayı istenmeyen iletime veya kesime geçme olaylarını engellemek için kapılarına sinyal uygulanmaya devam edilir. Böylece , eleman , son derece düşük ileri gerilim düşümü (yapılarındaki tristörden dolayı) , yüksek darbe akımı yeteneği sergiler .
    Anahtarlama hızı , GTO ‘larla karşılaştırılırsa benzerdir ve diğer bipolar elemanlarda olduğu gibi , başlıca , taşıyıcı tekrar birleşme zamanı , eleman kalınlığı ve kapama di/dt değerine bağlıdır. Anahtarlama süreleri tipik olarak 1μs mertebesindedir.
    Bir yapı içinde iki MOSFET , bir tristörden oluşur. Bu MOSFET ‘lerden bir ON-FET , diğeri de OFF-FET ‘tir. ON-FET , MCT ‘yi iletime sokmaya ,OFF-FET de iletimden çıkarmaya yarar.

    İki tip MCT vardır.Bunlar P-MCT ve N-MCT’dir.Her iki tipin de statik akım gerilim karakteristikleri prensip olarak GTO ‘ya benzer.
    MCT’yi iletime geçirmek için , ON-FET iletime geçirilir.Bu anda , OFF-FET kesimde tutulur.Bir P-MCT’de ON-FET’İ iletime geçirmek için yani MCT’yi iletime geçirmek için kapısına , anoduna göre negatif bir gerilim uygulanır.Anoduna göre pozitif bir gerilim uygulanırsa kesime geçer.Bu gerilim yaklaşık olarak –7 V olursa yeterlidir.Bu gerilimin üst sınırı –20 V ‘ tur . Anoda göre pozitif gerilim kapıya uygulandığında eşdeğer devredeki n-p-n transistörün tabanından akım geçer ve bu transistör iletime geçer.N-p-n transistörün kollektör akımı p-n-p transistörün tabanından geçer ve böylece p-n-p transistör de iletime geçerek MCT kilitlenir.MCT iletimde iken kapısına aynı gerilimin uygulanmasıyla istenmeyen kesime geçme engellenir.



    Şekil 7.1. (a) P-MCT ‘nin Eşdeğer Devresi , Şekil 7.2. (a) N-MCT’nin Eşdeğer Devresi
    (b) Sembolü. (b) Sembolü.

    Güvenli bir kesim için kapıya uygulanacak pozitif gerilimin en az +10 V olması gerekir.Bu gerilimin yükselme hızının yeteri kadar hızlı olmalıdır . Bu değer 200 ns ‘den küçük olmalıdır. Böylece iletimden çıkma sırasındaki istenmeyen akım yığılmaları engellenmiş olur.

    Bu olay N-MCT’de tam tersi şekildedir.Yani anoduna katota göre pozitif bir gerilim uygulanırsa iletime;negatif bir gerilim uygulanırsa kesime geçer.

    P-MCT’ nin maksimum kontrol edilebilir anot akımı N-MCT ‘nin değerinin yaklaşık 3 katıdır (Maksimum kontrol edilebilir anot akımı OFF-FET ‘in karakteristiğine bağlıdır).Anot katot gerilimi büyük değerler aldığında bu akım değeri azalır.
    N-MCT’yi kesime geçirmek için , MCT kapısına pozitif gerilim uygulanır ve böylece p kanallı OFF-FET iletime geçer.Eşdeğer devredeki n-p-n transistörün taban emiter arası kısa devre olmuştur.Sonuçta bu transistör taban akımı OFF-FET’ten geçmeye başlar.Transistör iletimden çıkmaya meyleder.N-p-n transistörün akım kazancı çok düşük değerlere inince kilitlenme olayı gerçekleşmez ve tristör iletimden çıkar.







  3. 3
    elemanım
    Yeni Üye
    Alıntı için sağol yalnız konu içinde bahsedilen şekil ve çizelgeleride koysaydınız iyi olurdu







  4. 4
    ahn
    Yeni Üye
    Çok güzel bir döküman elinize sağlık.şekil ve şamalar olmadığından fazla birşey anlaayamadım.

+ Yorum Gönder
5 üzerinden | Toplam : 0 kişi