GTO

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

ข้อมูล GTO เบอื้ งต้น เรียกอีกชื่อหนง่ึ วา่ เกท คอนโทรล สวทิ ช์ หรือ GCS โครงสร้างประกอบด้วยสารกง่ึ ตวั นา PNPNรวม 4 ตอน เหมือนข้อดีกวา่ SCR มีขาตอ่ ออกใช่งาน 3 ขา คือ ขาแอโนด (A) ขา แคโถด (K)และขาเกท (G) มีข้อดีกวา่ SCR คือ G ของ GTO สามารถควคมุ ให้ GTO ทางาน หรือหยดุ ทางานได้ ตวั SCR ขา G ควบคมุ ให้หยดุ ทางานไมไ่ ด้ SCS มีขาใช้งาน 4 ขา การควบคมุ ให้ทางานและหยดุ ทางานต้องตอ่ วงจรยงุ่ ยาก

โครงสร้างและสัญญาลักษณ์ของ GTO (ก) โครงสร้าง (ข) สญั ลกั ษณ์

โครงสร้างและสัญญาลักษณ์ของ GTO (ก) โครงสร้างพืน้ ฐานของ GTO ประกอบด้วยสารกงึ ตวั นา 4 ตอน PNPNเรียงซ้อนสลบั กนั มีขาตอ่ ใช้งาน 3 ขา คือ ขา A ตอ่ มาจากสารกงึ่ ตวั นาชนิด P ตอนนอก ขา K ตอ่ จากสารกึงตวั นาชนิด N ตอนนอกและขา G ตอ่ มาจากสารกึงตวั นาชนิด P ตอนใน โครงสร้างเหมือนกบั SCR ทงั่ โครงสร้างและขาตอ่ ใช้งาน สญั ลกั ษณ์ของ GTO ตามภาพ (ข) คล้ายทรานซสิ เตอร์ ขา A เป็นหวั ลกู ศรชีเ้ข้า ขา K เป็น หวั ลกู ศรชีอ้ อก สว่ นขา G เหมือนขา B ของทรานซิสเตอร์

การทาํ งาน การทางานและการหยดุ ทางานของ GTO สามารถควบคมุ การจ่ายแรงดนั ได้ที่ ขา G เพียงขาเดียว แตต่ ้องใช้กระแสเกทที่กระต้นุ GTO สงู กวา่ ของ SCR ปกติแล้ว SCR ใช้กระแสกระต้นุ เกทประมาณ 30µA สว่ นของ GTO ต้องใช้กระแสเกทสงู ถงึ ประมาณ 10mA ดงั นนั้ กระแสเกทท่ีทาให้GTO หยดุ นากระแสต้องสงู มากขนึ ้ ไปอีก ขึน้ อยกู่ บั ชนิด ของ GTO ที่นามาใช้งาน GTO ที่ถกู สร้างมาใช้งานจะทนกระแสได้สงู สดุ ประมาณ 3A และทนกาลงั วตั ต์ได้ประมาณ 20W

คุณสมบัติ คณุ สมบตั ิท่ีสาคญั ของ GTO คือ นาไปใช้เป็นสวทิ ช์ความไวสงู เพราะเวลาท่ี GTO นากระแสและหยดุ นากระแสเร็วมาเพียง 1µS เวลาหยดุ นากระแสของ SCR จะนาน กวา่ (5-30µS) GTO เม่ือนากระแสแล้วจะนากระแสตลอดไป การทาให้ GTO ที่นากระแสแล้วหยดุ นากระแสทาได้ดงั นี ้ 1.ใช้วธิ ีการหยดุ นากระแสของ SCR 2.ปอ้ นแรงดนั ลบคา่ สงู ให้ขา G ของ GTO เทียบกบั ขา K

การนําไปใช้งานเบอื้ งต้น วงจรกาเนิดสญั ญาณฟันเลือ่ ยโดย GTO ควบคมุ การให้แรง ดนั ให้ตวั เกบ็ ประจตุ วั GTOถกู ควบคมุ การทางานโดยซีเนอร์ ไดโอดอกี ทอดหนงึ่ วงจรแสดงดงั ภาพ

การทาํ งานของ วงจรกาํ เนิดสัญญาณฟันเล่ือยโดย GTO วงจรกาเนิดสญั ญาณฟันเลอ่ื ยใช้ GTO วงจรประกอบด้วยตวั ต้านทาน R1เป็นตวั กาหนด กระแสให้ผา่ นซีเนอร์ไดโอดไมม่ ากเกินไป ซีเนอร์ไดโอด D2จะกาหนดแรงดนั คงที่ VZ ให้ ขา G ของ GTO มีศกั ย์ตกคร่อม DZขา K เป็นบวกและขา A เป็นลบ ตวั เก็บประจุ C1 และตวั ต้านทาน R2, R3 เป็นวงจรกาหนดเวลาคงที่ ทาหน้าท่ีกาหนดเวลาในการทางาน และหยดุ การทางานของ GTO การเปลีย่ นเวลาคงท่ีใหมส่ ามารถปรับเปล่ยี นคา่ ความ ต้านทาน R 2การทางานของวงจร เมื่อจา่ ยแรงดนั V เข้าวงจร GTO

การทาํ งานของ วงจรกาํ เนิดสัญญาณฟันเล่ือยโดย GTO จะนากระแสทนั ที เพราะมีแรงดนั บวก VZ ให้เป็นไบอสั ตรงให้ขา G ขา A ได้ศกั ย์บวกจาก แหลง่ จ่าย V ขา K ตอ่ รับแรงดนั ลบจากแหลง่ จา่ ย V ทาให้คา่ ความต้านทานระหวา่ งขา A และขา K ของ GTO ต่าลงมาก มีศกั ย์บวกให้ตวั เกบ็ ประจุ C1 ประจแุ รงดนั ไว้บนบวกลา่ ง ลบมากขนึ ้ เร่ือยๆ ถ้าแรงดนั ที่ประจใุ น C1 มีคา่ สงู กวา่ งแรงดนั ที่ตกคร่อมตวั ซีเนอร์ไดโอด DZ(VZ) ทาให้ขา G ได้รับไบอสั กลบั เทียบกบั ขา K กระแสเกท IGจะเป็นลบ ทาให้ GTO หยดุ นากระแส ตวั เก็บประจุ C1จะเริ่มคายประจผุ า่ นมาทาง R 2, R 3แรงดนั ที่ตก คร่อม C1จะคอ่ ยๆลดลง มีคา่ เวลาคงที่ (T) เทา่ กบั R 2,R 3 C1 ถ้าเลอื กค่า R 2,R 3 และ C1ท่ีถกู ต้องเหมาะสม ทาให้ได้สญั ญาณรูปฟันเลื่อยสง่ ออกเอาท์พทุ

การทาํ งานของ วงจรกาํ เนิดสัญญาณฟันเล่ือยโดย GTO (ข) ตวั เกบ็ ประจุ C1จะคายประจุ ทาจา่ ยแรงดนั ตกคร่อม C1คอ่ ยลดลงจนมีศกั ย์ตก คร่อม C1ลดลงเทา่ กบั คา่ แรงดนั VZขา G ของ GTO จะได้รับไบอสั ตรงอีกครัง้ หนง่ึ GTO จะเริ่มนากระแสอีกครัง้ หนงึ่ จนคา่ แรงดนั ตกคร่อม C1มากกวา่ VZตวั GTO จะ หยดุ นากระแสและ C1จะคายประจผุ า่ น R 2,R 3อีก การทางานจะเป็นเชน่ นีเ้รื่อยไป

รูปตวั อย่างจริงของ GTO

ข้อดแี ละข้อเสียเม่ือเทยี บกับ SCR จากข้อด้อยของ SCRs ท่ีมีอยู่ ทาให้วศิ วกรพยายามที่จะคิดค้น สวิตช์สารกง่ึ ตวั นากาลงั ท่ีคล้ายกบั SCRs ในแง่ของพกิ ดั กาลงั ท่ี มีคา่ สงู แตส่ ามารถที่จะควบคมุ การหยดุ นากระแสได้ด้วยขาเกต และผลท่ีได้กค็ ือสวิตช์สารก่งึ ตวั นากาลงั ทม่ี ีชื่อวา่ GTOs

ข้อดแี ละข้อเสียเม่ือเทยี บกับ SCR GTOs เป็นสวติ ช์สารกึ่งตวั นากาลงั ท่ีเป็นไทริสเตอร์และมีสามขาเช่นเดียวกบั SCRs คือ แอโนด (Anode), แคโทด (Cathode) และเกต (Gate) และมีคา่ พกิ ดั กาลงั สงู ใกล้เคียงกบั SCRs แตม่ ีข้อได้เปรียบตรงท่ีสามารถ ควบคมุ การหยดุ กระแสได้ด้วยขาเกต ดงั นนั้ จงึ นบั วา่ เป็นข้อได้เปรียบเป็นอยา่ ง มากเนื่องจากไมจ่ าเป็นต้องใช้วงจรบงั คบั ให้ GTOs หยดุ นากระแส หรือไมถ่ กู จากดั ให้ใช้เฉพาะกบั งานที่มีลกั ษณะของการบงั คบั ให้หยดุ นากระแสโดย ธรรมชาติ เช่น การใช้งานกบั ไฟสลบั ที่เป็นรูปไซน์ (ดงั เช่นการนาเอามาใช้กบั วงจรเรียงกระแสควบคมุ )

ข้อดีและข้อเสียเม่ือเทยี บกับ SCR ถงึ แม้ GTOs จะมีคณุ สมบตั ทิ ี่เหนือกวา่ SCRs แทบจะทกุ ด้าน แตอ่ ยา่ งไรก็ ตาม GTOs ก็ยงั มีข้อด้อยหลายจดุ ดงั เช่น การขบั นาที่ต้องการกระแสเกต จานวนหนงึ่ ตลอดเวลาท่ีต้องการให้ GTOs นากระแส (SCRs ต้องการกระแส จดุ ชนวนชว่ งแรกเทา่ นนั้ แตห่ ลงั จากนนั้ ก็สามารถนากระแสเกตออกได้) ดงั นนั้ ใน การขบั นา GTOs จะต้องให้กระแสเกตค้างอยทู่ ่ีคา่ ๆ หนง่ึ หลงั จากที่ผ่านการ จดุ ชนวนไปแล้ว ซง่ึ ถ้าหากมีการนาเอากระแสเกตออก หรือลดกระแสเกตให้มีคา่ ต่าเกินไป GTOs อาจจะหยดุ นากระแส หรือจะเกิดลกั ษณะของการนากระแส เป็นบางจดุ และจะเกิดความร้อนเป็นบางจดุ (Hot Spot) ซงึ่ เป็นสาเหตทุ าให้ GTOs พงั เสยี หายได้ในที่สดุ

นายพลพล มณีรัตน์ ทล.บ.อิเลก็ ทรอนิกส์ 6241050105