GTOw

เกท เทนิ ออฟ สวทิ ช์ (Gate Turn Off switch ; GTO)

เกท เทนิ ออฟ สวทิ ช์ (Gate Turn Off switch ; GTO) ข้อมูล GTO เบือ้ งต้น เรียกอีกช่ือหน่ึงว่า เกท คอนโทรล สวิทช์ หรือ GCS โครงสร้างประกอบด้วยสารก่ึง ตวั นา PNPNรวม 4 ตอน เหมือนขอ้ ดีกว่า SCR มีขาต่อออกใช่งาน 3 ขา คือ ขาแอโนด (A) ขา แคโถด (K)และขาเกท (G) มีขอ้ ดีกว่า SCR คือ G ของ GTO สามารถควคุมให้ GTO ทางานหรือ หยดุ ทางานได้ ตวั SCR ขา G ควบคุมใหห้ ยดุ ทางานไม่ได้ SCS มีขาใชง้ าน 4 ขา การควบคุมให้ ทางานและหยดุ ทางานตอ้ งตอ่ วงจรยงุ่ ยาก โครงสร้างและสัญญาลกั ษณ์ของ GTO (ก) โครงสร้าง (ข) สญั ลกั ษณ์ (ก) โครงสร้างพ้ืนฐานของ GTO ประกอบดว้ ยสารกึงตวั นา 4 ตอน PNPNเรียง ซ้อนสลบั กนั มีขาต่อใชง้ าน 3 ขา คือ ขา A ต่อมาจากสารก่ึงตวั นาชนิด P ตอนนอก ขา K ต่อจากสารกึงตวั นาชนิด N ตอนนอกและขา G ต่อมาจากสารกึงตวั นาชนิด P ตอนใน โครงสร้างเหมือนกบั SCR ทง่ั โครงสร้างและขาต่อใชง้ าน สัญลกั ษณ์ของ GTO ตามภาพ (ข) คลา้ ยทรานซิสเตอร์ ขา A เป็ นหัวลูกศรช้ีเขา้ ขา K เป็ นหัวลูกศรช้ี ออก ส่วนขา G เหมือนขา B ของทรานซิสเตอร์ การทํางาน การทางานและการหยดุ ทางานของ GTO สามารถควบคุมการจ่ายแรงดนั ไดท้ ่ี ขา G เพียง ขาเดียว แต่ตอ้ งใชก้ ระแสเกทท่ีกระตุน้ GTO สูงกวา่ ของ SCR ปกติแลว้ SCR ใชก้ ระแสกระตุน้ เกทประมาณ 30µA ส่วนของ GTO ตอ้ งใชก้ ระแสเกทสูงถึงประมาณ 10mA ดงั น้นั กระแสเกทท่ี

ทาให้GTO หยดุ นากระแสตอ้ งสูงมากข้ึนไปอีก ข้ึนอยกู่ บั ชนิดของ GTO ท่ีนามาใชง้ าน GTO ที่ ถกู สร้างมาใชง้ านจะทนกระแสไดส้ ูงสุดประมาณ 3A และทนกาลงั วตั ตไ์ ดป้ ระมาณ 20W คุณสมบตั ิ คุณสมบตั ิที่สาคัญของ GTO คือ นาไปใช้เป็ นสวิทช์ความไวสูง เพราะเวลาท่ี GTO นากระแสและหยุดนากระแสเร็วมาเพียง 1µS เวลาหยุดนากระแสของ SCR จะนานกว่า (5- 30µS) GTO เม่ือนากระแสแลว้ จะนากระแสตลอดไป การทาให้ GTO ท่ีนากระแสแลว้ หยดุ นากระแสทาไดด้ งั น้ี 1.ใชว้ ธิ ีการหยดุ นากระแสของ SCR 2.ป้อนแรงดนั ลบคา่ สูงใหข้ า G ของ GTO เทียบกบั ขา K การนาํ ไปใช้งานเบื้องต้น วงจรกาเนิดสัญญาณฟันเลื่อยโดย GTO ควบคุมการใหแ้ รง ดนั ใหต้ วั เก็บประจุตวั GTO ถูกควบคุมการทางานโดยซีเนอร์ไดโอดอีกทอดหน่ึง วงจรแสดงดงั ภาพ

การทํางานของ วงจรกาํ เนดิ สัญญาณฟันเล่ือยโดย GTO วงจรกาเนิดสัญญาณฟันเล่ือยใช้ GTO วงจรประกอบดว้ ยตวั ตา้ นทาน R1เป็นตวั กาหนด กระแสใหผ้ า่ นซีเนอร์ไดโอดไม่มากเกินไป ซีเนอร์ไดโอด D2จะกาหนดแรงดนั คงที่ VZ ใหข้ า G ของ GTO มีศกั ยต์ กคร่อม DZขา K เป็นบวกและขา A เป็นลบ ตวั เก็บประจุ C1และตวั ตา้ นทาน R2, R3 เป็นวงจรกาหนดเวลาคงที่ ทาหนา้ ที่กาหนดเวลาในการทางานและหยดุ การทางานของ GTO การเปล่ียนเวลาคงท่ีใหม่สามารถปรับเปลี่ยนค่าความตา้ นทาน R2 การทางานของวงจร เม่ือจ่ายแรงดนั V เขา้ วงจร GTO จะนากระแสทนั ที เพราะมีแรงดนั บวก VZ ให้เป็ นไบอสั ตรง ใหข้ า G ขา A ไดศ้ กั ยบ์ วกจากแหลง่ จ่าย V ขา K ต่อรับแรงดนั ลบจากแหลง่ จ่าย V ทาใหค้ า่ ความ ต้านทานระหว่างขา A และขา K ของ GTO ต่าลงมาก มีศกั ยบ์ วกให้ตวั เก็บประจุ C1 ประจุ แรงดนั ไวบ้ นบวกล่างลบมากข้ึนเร่ือยๆ ถา้ แรงดนั ท่ีประจุใน C1 มีค่าสูงกว่างแรงดนั ท่ีตกคร่อม ตวั ซีเนอร์ไดโอด DZ(VZ) ทาใหข้ า G ไดร้ ับไบอสั กลบั เทียบกบั ขา K กระแสเกท IGจะเป็นลบ ทาให้GTO หยุดนากระแส ตวั เก็บประจุ C1จะเริ่มคายประจุผ่านมาทาง R 2, R 3แรงดนั ท่ีตก คร่อม C1จะค่อยๆลดลง มีค่าเวลาคงท่ี (T) เท่ากบั R 2,R 3 C1 ถา้ เลือกค่า R 2,R 3และ C1ที่ ถกู ตอ้ งเหมาะสม ทาใหไ้ ดส้ ญั ญาณรูปฟันเล่ือยส่งออกเอาทพ์ ทุ (ข) ตวั เกบ็ ประจุ C1จะคายประจุ ทาจ่ายแรงดนั ตกคร่อม C1คอ่ ยลดลงจนมีศกั ยต์ กคร่อม C1ลดลงเท่ากับค่าแรงดัน VZขา G ของ GTO จะได้รับไบอสั ตรงอีกคร้ังหน่ึง GTO จะเริ่ม นากระแสอีกคร้ังหน่ึง จนค่าแรงดนั ตกคร่อม C1มากกว่า VZตวั GTO จะหยดุ นากระแสและ C1 จะคายประจุผา่ น R 2,R 3อีก การทางานจะเป็นเช่นน้ีเรื่อยไป รูปตัวอย่างจริงของ GTO

ข้อดแี ละข้อเสียเม่ือเทียบกบั SCR จากขอ้ ดอ้ ยของ SCRs ที่มีอยู่ ทาให้วิศวกรพยายามที่จะคิดคน้ สวิตช์สารก่ึงตวั นากาลงั ท่ี คลา้ ยกบั SCRs ในแง่ของพิกดั กาลงั ท่ีมีค่าสูง แต่สามารถท่ีจะควบคุมการหยดุ นากระแสไดด้ ว้ ย ขาเกต และผลท่ีไดก้ ็คือสวติ ชส์ ารก่ึงตวั นากาลงั ท่ีมีชื่อวา่ GTOs GTOs เป็ นสวิตชส์ ารก่ึงตวั นากาลงั ที่เป็ นไทริสเตอร์และมีสามขาเช่นเดียวกบั SCRs คือ แอโนด (Anode), แคโทด (Cathode) และเกต (Gate) และมีคา่ พกิ ดั กาลงั สูงใกลเ้ คียงกบั SCRs แต่ มีขอ้ ได้เปรียบตรงที่สามารถควบคุมการหยุดกระแสได้ด้วยขาเกต ดังน้ันจึงนับว่าเป็ นข้อ ไดเ้ ปรียบเป็ นอย่างมากเน่ืองจากไม่จาเป็ นตอ้ งใชว้ งจรบงั คบั ให้ GTOs หยดุ นากระแส หรือไม่ ถูกจากดั ใหใ้ ชเ้ ฉพาะกบั งานท่ีมีลกั ษณะของการบงั คบั ใหห้ ยดุ นากระแสโดยธรรมชาติ เช่น การ ใช้งานกบั ไฟสลบั ที่เป็ นรูปไซน์ (ดงั เช่นการนาเอามาใช้กบั วงจรเรียงกระแสควบคุม)ถึงแม้ GTOs จะมีคุณสมบตั ิที่เหนือกว่า SCRs แทบจะทุกดา้ น แต่อย่างไรก็ตาม GTOs ก็ยงั มีขอ้ ดอ้ ย หลายจุดดงั เช่น การขบั นาท่ีต้องการกระแสเกตจานวนหน่ึงตลอดเวลาท่ีต้องการให้ GTOs นากระแส (SCRs ตอ้ งการกระแสจุดชนวนช่วงแรกเท่าน้ัน แต่หลงั จากน้นั ก็สามารถนากระแส เกตออกได)้ ดงั น้นั ในการขบั นา GTOs จะตอ้ งใหก้ ระแสเกตคา้ งอยทู่ ่ีค่า ๆ หน่ึง หลงั จากที่ผ่าน การจุดชนวนไปแลว้ ซ่ึงถา้ หากมีการนาเอากระแสเกตออก หรือลดกระแสเกตใหม้ ีค่าต่าเกินไป GTOs อาจจะหยดุ นากระแส หรือจะเกิดลกั ษณะของการนากระแสเป็ นบางจุด และจะเกิดความ ร้อนเป็นบางจุด (Hot Spot) ซ่ึงเป็นสาเหตทุ าให้ GTOs พงั เสียหายไดใ้ นท่ีสุด

นายพลพล มณีรัตน์ ทล.บ.อิเล็กทรอนิกส์ 6241050105