2.2 Jõutüristorid

Türistor on selline pooljuhtelement, mis päripinge olemasolul pärast lühikese tüürvoolu impulsi andmist tüürelektroodile juhib voolu anoodilt katoodile. Türistor jääb avatud (juhtivasse) olekusse ka pärast tüürimpulsi lõppu. Türistor sulgub siis, kui anoodvool väheneb nullilähedaseks. Türistore valmistatakse kõigist pooljuht-lülituselementidest suurimale voolule ja lubatavale vastupingele.

Sõltuvalt türistori pinge-voolu tunnusjoone kujust eristatakse mitut liiki jõutüristore:

Türistore juhitakse tüürvooluga (SCR, GTO) või tüürpingega (SITH, MCT), kuid saadaval on ka valgusega tüüritavad türistorid LTT (light trigered thyristor).

Kuna üheoperatsioonilisi türistore saab tüürelektroodi kaudu ainult sisse lülitada, siis sobivad nad hästi sellistesse muunduritesse, kus väljalülitumine toimub vahelduvpinge mõjul, nagu näiteks võrguga sünkroniseeritud tüüritavad alaldid, vaheldid ja lihtsad vahelduvpingeregulaatorid. Tavalisi türistore kasutatakse ka akulaadijates, keevitusagregaatides, kõrgepingelise alalisvoolu ülekandeliinide muundurites, suurevõimsuselistes ja kõrgepingelistes sagedusmuundurites, takistusahjude pingeregulaatorites, asünkroonmootorite pehme käivitamise seadmetes, reaktiivvõimsuse aktiivkompensaatorites, induktsioonkuumutusseadmetes, kontaktivabades käivitites, lülitites, releedes jne.

Türistoride kasutamisel alalisvooluahelates, näiteks autonoomsetes vaheldites, tuleb türistori sulgemiseks kasutada sulgeahelaid ehk sundkommutatsiooni ahelaid. Seetõttu pole türistoride kasutamine alalisvooluahelates levinud. Erandiks on väga suure pinge ja vooluga rakendused.

Lisaks traditsioonilistele üheoperatsioonilistele ehk SCR-türistoridele ilmusid kaheksakümnendatel aastatel kaheoperatsioonilised ehk suletavad jõutüristorid - GTO-türistorid ja MCT-türistorid. Suletavaid türistore saab tüürelektroodi kaudu sulgeda. Seega langeb ära vajadus sulgeahelate järele, mis teeb muundurid kompaktsemaks, odavamaks ja energeetiliselt efektiivsemaks. Suletavaid türistore kasutatakse kaasaegsetes elektriajamites, katkematu toite allikates, elektroonilistes keevitusseadmetes, alalisvoolumuundurites, sagedusmuundurites ja mujal.
 

2.2.1 Üheoperatsiooniline jõutüristor (SCR)

Ehitus ja tööpõhimõte

Üheoperatsioonilise jõutüristori pooljuhtkristallil on neljakihiline struktuur (vt. joonis 2.7) tugevasti legeeritud väliste kihtide ja nõrgalt legeeritud sisemiste kihtidega. Nõrgalt legeeritud kihid vähendavad vastupingestatud siirde ruumilaengut ja vähendavad elektrivälja tugevust suurendades siirete lubatavat vastupinget.

Kui türistor on vastupingestatud, s. t. UAK<0, läbib türistori ainult väga väike vastuvool, kuna välimised siirded on vastupingestatud. Kui vastupinge on suurem kui türistori läbilöögipinge URSM, siis vastuvool kasvab järsult. Vastupinge ei tohi läbilöögipinget kunagi ületada. Türistori pinge-voolu tunnusjoon on kujutatud joonisel 2.8.

Päripingestatud olekus on türistoril kaks stabiilset olekut - suletud olek või avatud olek. Kui tüürelektroodi vool IG=0, siis türistor ei avane ja jääb suletuks. Anoodahelas voolab vastupingestatud keskmise siirde vastuvool. Kui tüürelektroodile anda katoodi suhtes positiivse pingega tüürimpulss IG>0, siis türistor avaneb ehk hakkab juhtima voolu ja päripingelang siirdel muutub väikseks (1,5 - 3 V). Türistor võib avaneda ka päripinge mõjul, kui päripinge ületab blokeerpinge UB0 või kui päripinge kasvab kiiremini lubatud du/dt väärtusest. Selline avanemise tulemusel võib türistor rikneda. Blokeerpinge väärtus sõltub tüürvoolust IG. Tüürvoolu suurendamisel blokeerpinge UB väheneb lähenedes päripinge UF väärtusele (ca 1 V). Päripinge saab arvutada valemiga 2.1.

a b

Joonis 2.7. Jõutüristor: a) struktuur, b) tingmärk

Joonis 2.8. Türistori pinge-voolu tunnusjoon

Türistori sulgemiseks tuleb anoodvoolu IA vähendada hoidevoolust IH väiksemaks (vt. joonis 2.8). Üheoperatsioonilist türistori pole võimalik sulgeda tüürelektroodi kaudu.

Türistori sisselülitumist päripinge mõjul võib selgitada ka türistori transistoraseskeemiga (joonis 2.9).
 

Joonis 2.9. Türistori transistoraseskeem

Keskmise pn-siirde vastuvool toimib nagu npn-transistori baasivool; npn-transistori kollektorivool vastab pnp-transistori baasivoolule. Kui päripinge kasvab, siis vastupingestatud pn-siirde vastuvool ja npn-transistori baasivool suurenevad. Blokeerpinge saavutamisel npn-transistor avaneb (muutub juhtivaks) avades ühtlasi ka pnp-transistori. Blokeerpinge väärtus sõltub tüürvoolust IG, mis suurendab npn transistori baasivoolu. Mõlemad transistorid lähevad küllastusse ja türistor hakkab juhtima voolu (avaneb). Transistoride avatud olek jääb positiivse tagasiside tõttu stabiilselt püsima nagu trigeris.

Üheoperatsiooniliste jõutüristoride liigid

Toodetakse mitut liiki üheoperatsioonilisi türistore, mis on mõeldud kasutamiseks erinevates muundurites.

Dünaamilised omadused

du/dt omadused

Suletud türistorile päripinge rakendamisel tekib türistori keskmise vastupingestatud pn-siirde alas siirde mahtuvusest C põhjustatud ruumilaeng. Pingemuutus du/dt tekitab mahtuvusliku voolu
 
.
(2.5)

See vool toimib nagu tüürvool ja võib tekitada türistori soovimatu avanemise, mis rikub muunduri tööreþiimi. Türistori kataloogis antakse suurim lubatav päripinge kasvamiskiiruse väärtus du/dt (mõnisada V/ms).
 

di/dt omadused

Türistori pooljuhtkristall on enamasti suure diameetriga tableti kujuline. Tüürvool juhitakse türistori ühes punktis. Türistori avanemine algab tüürelektroodi all ja anoodvool laieneb kiirusega umbes 0,1 mm/ms kogu läbimõõdule. Avanemise kiirendamiseks kasutatakse jõutüristori kahekordset (regeneratiivse tüürelektroodiga) struktuuri, mis võimendab tüürvoolu ja jaotab selle kogu kristalli pinnale nii, et efektiivne juhtelektroodi ümbermõõt on 0,5 m või rohkem ning vahemaa regeneratiivse tüürelektroodi otste vahel on 5 ... 10 mm. Türistori kahekordse struktuuriga pooljuhtkristalli pealtvaade ja selle aseskeem on kujutatud joonisel 2.10.

Joonis 2.10. Türistori kahekordse struktuuriga (regeneratiivse tüürelektroodiga) pooljuhtkristalli pealtvaade ja aseskeem

Avanemise hetkel on võimalik siirde lokaalne ülekuumenemine, seetõttu on mõnikord vajalik di/dt väärtust piirata. Selleks võib näiteks kasutada türistoriga jadamisi lülitatavat induktiivsust. Türistori di/dt lubatud väärtus antakse kataloogis. di/dt väärtuseks on tavaliselt sadakond A/ms.
 

Sulgumine

Üheoperatsioonilise türistori sulgumine ehk üleminek juhtivast olekust suletud olekusse sarnaneb dioodi sulgumisega. Türistori sulgemiseks tuleb türistori anoodvoolu vähendada allapoole hoidevoolu IH (mõnikümmend mA). Üheoperatsioonilise türistori voolu graafik sulgumisel on kujutatud joonisel 2.11.

Joonis 2.11. Voolu graafik üheoperatsioonilise türistori sulgumisel: sulgeomadused tõkkesuunas taastuvad taastumisaja trr (reverse recovery time) ja pärisuunas sulgumisaja tq möödumisel

Voolu kahanemiskiirus sõltub ahela induktiivsusest: diA/dt=-u/L. Laengukandjate arv türistoris väheneb rekombinatsiooni teel. Türistor jääb avatuks (voolujuhtivaks) ja voolu suund muutub vastupidiseks. Türistor jääb elektron-auk-plasma jääklaengu tõttu avatuks hetkeni, mil vastuvool saavutab maksimumi. Selle hetkeni on pinge türistoril nullilähedane, s. t. türistor juhib voolu (vt. joonis 2.11). Edasi sulguvad aja trr (reverse recovery time) jooksul järgemööda mõlemad välimised pn-siirded. Türistori vastupinge stabiliseerub. Väljalülitumise lõpus on keskmises pn-siirdes laengukandjad veel alles. Need laengukandjad peavad rekombineeruma, enne kui tohib rakendada päripinget. Türistori sulgeomadused taastuvad sulgumisaja tq jooksul. Sulgumisaega tq arvestatakse hetkest, kui vool muutub negatiivseks kuni hetkeni, kus vastuvool on kahanenud väärtuseni 0,1 IRM.

Sulgumisaeg tq on türistori üks olulisemaid parameetreid, sest sellest sõltub otseselt türistori suurim lülitussagedus.
 

Sulgeahelad

Üheoperatsiooniliste türistoride kasutamisel alalisvooluahelates, näiteks autonoomsetes vaheldites, tuleb türistori sulgemiseks kasutada spetsiaalseid sulgeahelaid ehk sundkommutatsiooni ahelaid. Need ahelad peavad tagama türistori sulgumise muutes voolu nulliks ja rakendades türistorile vastupinge minimaalselt taastumisaja trr jooksul. Türistori väljalülitamist sulgeahelaga nimetatakse sundkommutatsiooniks. Mõned lihtsamad sulgeahelad on näidatud joonisel 2.12.

Joonis 2.12. Türistori sulgeahelad: a) RC-ahela ja abitüristoriga, b) LC-võnkelüliga

Joonisel 2.12, a kujutatud sulgeahel töötab järgmiselt. Põhitüristori T1 avatud (voolujuhtivas) olekus voolab vool läbi koormuse RL. Kondensaator C laadub läbi takisti R ja pinge UC tõuseb praktiliselt toitepingeni. Põhitüristori T1 sulgemiseks avatakse abitüristor T2. Selle tulemusel ühendatakse kondensaator C negatiivse potentsiaaliga. Et kondensaatori pinge UC ei saa hetkeliselt nulliks muutuda, siis muutub pinge türistori T1 anoodil katoodi suhtes negatiivseks. Kui pinge türistoril T1 on negatiivne, siis ei saa ta voolu juhtida ja ta sulgub. Koormusvool kommuteerub kondensaatorile ja kondensaator laadub läbi koormuse ja türistori T2 ning pinge türistori anoodil muutub uuesti positiivseks. Selle ajaga peavad türistori sulgeomadused jõudma taastuda. Koormusvool kahaneb nullini. Takisti R väärtus peab olema valitud selline, et türistori T2 vool jääks lõppolekus hoidevoolust IH väiksemaks, mis tagab ka T2 sulgumise. Sulgeahela (joonis 2.12, a) puuduseks on see, et türistori avatud oleku kestust ei saa perioodi jooksul suures ulatuses muuta, kuna kondensaator peab põhitüristori avatud oleku jooksul laaduma läbi suure takistuse.

Joonisel 2.12, b kujutatud sulgeahel on eelnevast tunduvalt kiirem ja võimaldab sisselülituskestust muuta laiades piirides. Skeem töötab järgmiselt. Kui abitüristor T2 on avatud, siis kondensaator C laadub pingeni UC=Ud. Kui kondensaator on täis, siis T2 sulgub. Põhitüristori T1 avamisel kondensaator C tühjeneb läbi ahela T1 - D - L. Induktiivsuse tõttu vool selles ahelas jätkub ja kondensaator laadub vastupidiselt esialgsele seisule pingeni UC=-Ud. Põhitüristori T1 sulgemiseks avatakse abitüristor T2. Koormusvool kommuteerub kondensaatorile C. Pinge põhitüristoril T1 muutub negatiivseks ja ta sulgub. Kondensaator laadub läbi koormuse ja türistori T2 uuesti pingeni UC=Ud. Edasi protsess kordub.

Kondensaatori C vajalik mahtuvus:
.
(2.6)
LC-ahela ümbervõnke aeg:
(2.7)

Tüürlüli

Türistori avamiseks tuleb tüürelektroodile anda katoodi suhtes positiivse pingega tüürvoolu impulss. Tüürelektroodi ja katoodi vahelise pn-siirde tüürkarakteristiku näide on kujutatud joonisel 2.13.

Joonis 2.13. Türistori a) tüürkarakteristikud, b) tüürlüli aseskeem

Tüürlüli parameetrid valitakse nii, et tüürvool jääks joonisel 2.13, a kujutatud tüürparameetrite hajumistsooni (viirutatud ala) keskele. Tüürvool ja pinge peavad ületama minimaalseid türistori avavamiseks vajalikke väärtusi, mis vastavad madalaimale töötemperatuurile. Ühtlasi peab tüürimpulsi vool kasvama piisavalt kiiresti (ca 1 A/m s), et türistor avaneks kiiresti ja täielikult. Tüürimpulsi vool, pinge ja kestus peavad tagama türistori avanemise kogu töötemperatuuri alas.

Sõltuvalt muunduri skeemist antakse türistorile kas üks või mitu lühikest tüürimpulssi. Tüürimpulsi kestus on olenevalt türistori liigist ca 5 - 20 m s. Lühema kestusega tüürimpulsi korral võib kasutada suuremaid tüürvoolu väärtusi. Tüürimpulss võib olla kas ristkülikukujuline või forsseeritud esifrondiga ristkülikukujuline, vt. joonis 2.14, mis tagab türistori kiirema sisselülitumise ja väiksema tüürimisvõimsuse.
Joonis 2.14. Türistori tüürimpulsi kujud: ülal ristkülikukujuline, all forsseeritud esifrondiga ristküliku-kujuline tüürimpulss Joonis 2.15. Türistori impulsstrafoga tüürlüli forsseeritud esifrondiga tüürimpulsside saamiseks

Tüürlüli võimendab juhtseadmes moodustatud ristkülikimpulsse ja formeerib nende vajaliku kuju.
Joonisel 2.15 on kujutatud levinud impulsstrafoga tüürlüli, mis muudab ristkülikimpulsid forsseeritud esifrondiga tüürimpulssideks. Transistori VT1 avanemisel tekib vool läbi impulsstrafo primaarmähise. Kondensaatori C laadumise tõttu kasvab vool algul järsult. Kondensaatori pinge tõustes tüürvool väheneb ja saavutab lõpuks takistiga R ja toitepingega määratud väärtuse. Impulsstrafo kannab impulsi üle tüürlülisse ja tagab ühtlasi jõu- ja juhtahelate galvaanilise eraldamise. Trafo väljundis on alaldi mis blokeerib transistori sulgumisel tekkiva negatiivse impulsi. Täisperioodalaldi kasutamisel tekib täiendav tüürimpulss. Tüürvoolu piirav takisti on otstarbekas paigutada impulsstrafo primaarpoolele, sest nii saab läbi väiksema impulsstrafoga.

Juhtsüsteem ja jõuahelad tuleb reeglina galvaaniliselt eraldada. Selleks kasutatakse impulsstrafosid või optroneid. Kõrgepingelistes rakendustes kasutatakse galvaaniliseks eralduseks ka valgusega tüüritavaid türistore (LTT).

Tänapäeval on saadaval ka mitmesuguseid integraalseid tüürlülisid (draivereid), mis täidavad lisaks impulsi formeerimisele ka hulgaliselt muid funktsioone. Paljudel juhtudel on ühtses integraalskeemis realiseeritud nii juhtsüsteem kui türistoride tüürlülid. Muunduri juhtsüsteem peab tagama türistoride õigeaegse lülitumise. Juhtsüsteemide skeeme vaadeldakse lähemalt 8. peatükis.
 

Liigpingekaitse ahelad

Türistori sulgumisel tekib suur voolu muutus di/dt. Skeemi induktiivsuste tõttu võib tekkida liigpinge u=L di/dt. Liigpingeid saab vähendada RC-ahelatega (vt. joonis 2.16, a).

a   b   c   d

Joonis 2.16. Türistori lülitus-liigpingete vähendamise ahelad: a) RC-ahel, b) varistoriga kombineeritud RC-ahel, c) mittesümmeetriline RCD-ahel, d) sildalaldiga RC-ahel, mis normaalse töö olukorras praktiliselt energiat ei tarbi

Enamasti on soovitavad R ja C väärtused türistori kataloogis antud. Kondensaatori C mahtuvus valitakse näiteks 0,01 ... 1 m F ja takisti R takistus 1 ... 100 W. Kuna kondensaatorit pidevalt laetakse ja tühjendatakse, siis tekib RC-ahelas suur kaovõimsus, mis sõltub kondensaatori mahtuvusest ja takistusest R. Otstarbekas on valida võimalikult väiksem mahtuvus ja suurem takistus. RC-ahela lõplikud parameetrid määratakse enamasti katseliselt, sest voolujuhtide ja elementide parasiitinduktiivsusi on raske hinnata.

Liigpingekaitseks võib edukalt kasutada ka nt. ZnO-varistore. RC-ahel vähendab pinge kasvamiskiirust ja varistor piirab liigpingeid. Varistoriga kombineeritud kaitseahelas saab läbi väiksemate mahtuvuste (10 ... 50 nF) ja suuremate takistustega (600 ... 300 W) ning ahela kaovõimsus väheneb. Joonisel 2.16, b on toodud RC-ahel, mis on kombineeritud varistoriga [25]. Kasutatakse ka kiire dioodiga mittesümmeetrilist RCD-ahelat (joonis 2.16, c), mis väldib laetud kondensaatori tekitatud voolutõuget türistori avamisel. Dioodiga jadamisi võidakse lülitada täiendav takisti.

Joonisel 2.16, d on kujutatud sildalaldiga RC-ahel (powerless snubber), mis normaalse töö olukorras praktiliselt energiat ei tarbi, sest kondensaatorit ei laadita pidevalt ümber nagu teistes skeemides. Selline kaitseahel kaitseb hästi üksikute suure energiaga liigpingeimpulsside eest. Kasutada tuleb kiireid dioode. Alaldiga kaitseahelaid võib lülitada ka muunduri toitetrafo väljundisse.

Mõningatel juhtumitel võib RC-ahela, mis kaitseb korraga kõiki türistore, paigutada ka muunduri alalispingeklemmidele, näiteks kui tegemist on alaldiga. Selline RC-ahel ei kaitse aga liigpingete eest, mis tekivad trafo primaarmähise kommutatsioonil siis, kui muundur ei tööta. Seega sobib sedasi ühendatud kaitseahel siiski eelkõige mittetüüritavate alaldite puhul.

Liigpinged võivad tekkida toitetrafo primaarmähise kommutatsioonil, avariireþiimides, ilmastiku mõjul (äike) jne. Suure energiaga liigpingeimpulsid võivad türistoris tekitada pöördumatu soojusläbilöögi. Kaitseks suure energiaga liigpingete eest võidakse kasutada laviindioode või -türistore, mille siirde ehitus on selline, et teatud liigpingeimpulsi energia piirini pole läbilöök neile ohtlik. Laviintüristore kasutatakse ka vahetult jõuahelates tüüritavate ventiilidena.
 

Jada- ja rööpühendus

Jõutüristoride jada- ja rööpühenduse probleemid (pingete ja voolude ühtlustamine) on üldiselt samad mis jõudioodidel. Lisaks on tarvis tagada türistoride üheaegne avanemine. Selleks tuleb türistoridele ühise tüürlüliga anda võimsad järsu frondiga tüürimpulsid, et üksik kõige aeglasem türistor ei peaks enda kanda võtma kogu pinget või voolu. Jadaühendusel vähendatakse ühele türistorile langevat arvutuslikku vastupinget minimaalselt 10 % [25]. Rööpühendusel tuleb türistori arvutuslik voolu väärtus võtta 70 - 80 % võrreldes üksiku türistori kestvalt lubatud vooluga [25].
 

Türistoride olulisemad kataloogiandmed

Punktis 2.1 toodud jõudioodide andmetele lisanduvad üheoperatsioonilistel jõutüristoridel järgmised olulisemad kataloogiandmed:
 
tq türistori sulgumisaeg,
(du/dt)cr päripinge suurim lubatav kasvamiskiirus suletud olekus,
(di/dt)cr anoodvoolu suurim lubatav kasvamiskiirus avanemisel,
IH hoidevool, millest väiksemal anoodvoolul türistor sulgub,
tg türistori avanemisaeg,
VGT avav tüürpinge,
IGT avav tüürvool.

 

2.2.2 Suletav jõutüristor (GTO)

Ehitus ja tööpõhimõte

Suletav ehk kaheoperatsiooniline GTO-türistor (Gate Turn Off) lülitub sisse täpselt samuti nagu üheoperatsiooniline türistor, s. t. tüürelektroodile antakse lühike katoodi suhtes positiivse pingega tüürvoolu impulss. Suletava türistori sulgemiseks antakse tüürlülitusse katoodi suhtes negatiivse pingega võimas tüürvoolu impulss. Kaasaegsetes vaheldites kasutatakse suletavaid türistore üha rohkem (näiteks elektriajamite toiteks). GTO-türistorid on tunduvalt kiiremad üheoperatsioonilistest türistoridest. GTO-sid kasutatakse sagedusteni kuni ca 500 kHz [13]. Suletava türistori tingmärk on kujutatud joonisel 2.17.

Kaheoperatsiooniliste türistoride pooljuhi struktuur on keerukam kui üheoperatsioonilisel türistoril koosnedes paljudest rakkudest. Väljalülitumise võime saavutatakse katoodide saarekestena hajutamise ning katoodi ja tüürelektroodi vahelise distantsi vähendamisega.

Joonis. 2.17. GTO-türistori kristallisegmendi ristlõige ja tingmärk

Suletava türistori pinge-voolu tunnusjoon on kujutatud joonisel 2.18.

Joonis 2.18. Suletava türistori pinge-voolu tunnusjoon

Suletava GTO-türistori väljalülitumine on kujutletav türistori päritunnusjoone päripäeva pinge teljele maha pöördumisena, s. t. türistori takistuse järsu suurenemisena. Ülejäänud osas vastab GTO-türistori pinge-voolu tunnusjoon üheoperatsioonilise türistori pinge-voolu tunnusjoonele.
 

Avamine

Kuna GTO-türistoril regeneratiivne tüürelektrood puudub, siis peab avamise tüürimpulss olema võimsam kui üheoperatsioonilisel türistoril. Avamise tüürimpulsi vool peab olema suurem minimaalsele töötemperatuurile vastavast tüürvoolu väärtusest (näiteks 5 korda [29]). Avamise tüürimpulsi vool peab kasvama piisavalt kiiresti, enamus juhtudel ca 100 A/m s [29] ja selle kestus peab olema vähemalt pool kataloogiandmetes antud minimaalsest sisselülituskestusest [29]. Sellega tagatakse türistori piisavalt kiire ja täielik avanemine kogu töötemperatuuri alas ning väiksed kaod avamisel. Avamise tüürimpulsi voolu maksimaalväärtus on piiratud tüürelektroodi suurima lubatud kaovõimsusega PFGM.

Avatud olek

GTO-türistori avatud (voolujuhtivas) olekus peab säilima teatud suurusega positiivne tüürvool, mis tagab türistori avatud oleku ka väikestel voolu väärtustel. Väikestel anoodvoolu väärtustel võivad muidu osa katoodsaarekesed sulguda ning voolu suurenemisel võivad avatuks jäänud saarekesed liigvoolu tõttu läbi põleda. Kui anoodvool võib järsult kahaneda (suur negatiivne diF/dt), siis tuleb tüürvoolu avatud olekus suurendada. Türistori temperatuuri kasvades võib avatud oleku tüürvoolu vähendada.

Sulgemine ja dünaamilised omadused

Suletava türistori sulgemiseks antakse tüürlülitusse katoodi suhtes negatiivse pingega võimas tüürvoolu impulss. GTO-türistori sulgemise võib jaotada kolmeks perioodiks. Esimesel perioodil eemaldatakse tüürelektroodi laeng, teisel toimub tüürelektroodi Avalanche laviinläbilöök ja kolmanda perioodi jooksul anoodvool kahaneb. Suletava türistori voolu ja pinge diagramm väljalülitumisel on kujutatud joonisel 2.19.

Joonis 2.19. RCD-kaiseahelaga (snubberiga) varustatud suletava türistori voolu ja pinge diagramm sulgemisel [29]

Sulgemise esimesel perioodil viite tS jooksul eemaldatakse türistori katoodi lähedastest siiretest elektron-auk plasmas salvestunud laeng. See laeng on seadme konkreetne suurus, mis ei sõltu praktiliselt tüürlüli parameetritest, kuid sõltub tüürvoolu kahanemiskiirusest diG/dt, mis on määratud tüürlüli parameetritega. Sulgemise esimesel perioodil peab negatiivne tüürvool kiiresti kahanema oma vähima väärtuse lähedaseks.

Teisel perioodil toimub tüürelektroodi Avalanche laviinläbilöök ja anoodvool hakkab kahanema läbi tüürlüli. Tüürlülisse lülitatakse läbilöögi tekitamiseks jadamisi induktiivsus, mis ühtlasi määrab tüürvoolu kahanemise kiiruse. Türistori katoodisaarekeste alt eemaldatatakse põhiline osa laengukandjaid, voolujuhtiva plasma ala tõmbub kokku ja anoodahela takistus kasvab järsult. Anoodvool hakkab vähenema ja aja tfi möödumisel sulgeomadused taastuvad.

Kolmandal perioodil hakkab sulgemise tüürvool lähenema nullile. Türistor on peaaegu suletud, kuid anoodilt tüürelektroodile voolab veel nn. sabavool (tail current). Tähtis on, et tüürlüli oleks sellel ajal piisavalt madala sisetakistusega, et sabavool saaks kiiresti ära voolata. Juba veidi enne selle perioodi lõppu tohib türistori vajaduse korral uuesti avada.

Sulgemise negatiivse tüürvoolu impulss peab olema küllaltki tugev ulatudes väärtuseni 0,2 ... 0,3 IA. Sulgemise tüürimpulsi kestus on suurusjärgus kümmekond ms. Tüürimpulsi pinge ei tohi siiski ületada suurimat lubatud väärtust. GTO-türistori sulgemisvõime sõltub tugevalt sulgemisahela parameetritest.

GTO-türistorid suudavad välja lülitada ainult teatud maksimaalsest väärtusest väiksemat voolu. Voolu IA väljalülitamiseks vajalik negatiivne tüürvool
(2.8)
kus boff - vooluvõimendus väljalülitumisel (turn off gain).
 

Suletud olek

GTO-türistor on suletud siis, kui sabavool on kahanenud nulliks. Suletud olekus jäetakse tüürelektrood vastupingestatuks, mis tagab maksimaalse blokeerpinge ja du/dt mõju vähenemise. Vahel nõutakse ka takisti ühendamist katoodi ja tüürelektroodi vahele.
 
Liigpingekaitse

Induktiivkoormusel on tingimata vajalik RCD-kaitseahel, mis piirab du/dt väärtust sulgemisel (vt. ka p. 2.2.1). Üks võimalik RCD-ahel on kujutatud joonisel 2.20.

 

Joonis 2.20. Suletava türistori RCD-kaitseahel, mis piirab du/dt väärtust sulgemisel

Tüürlülitus

Suletava türistori tüürlülitus on keerukam kui üheoperatsioonilisel türistoril. Üks näide on toodud joonisel 2.21.

Joonis 2.21. Suletava GTO-türistori tüürlülitus

Tüürlülitus töötab järgmiselt. Avamise algul antakse tüürelektroodile ca 10 ms kestusega 10 A algimpulss [20], mis peab tagama türistori täieliku avamise. GTO-türistori avatud (sisselülitatud) olekus jääb rakendatuks 2 A tüürvool, mis tagab türistori avatud oleku ka väikestel anoodvoolu väärtustel. Türistori sulgemiseks antakse tüürelektroodile transistori VT4 avamisega negatiivne tüürimpulss. Negatiivse tüürvoolu kasvamiskiirus pannakse paika induktiivsusega LG. Tüürvoolu kasvamiskiirusel on oma optimaalne väärtus, mille korral türistor sulgub kõige kiiremini ja temasse jääb kõige vähem jääklaenguid, mis tekitavad aeglaselt kahaneva nn. sabavoolu (tail current). Sabavool väljub samuti VT4 kaudu.

Tüürlüli täiendavatest toitepingetest saab loobuda kasutades impulsstrafoga lülitust. Ka GTO-türistoridele on saadaval mitmesuguseid valmis tüürlülisid.
 

GTO-türistoride olulisemad kataloogiandmed

Lisaks üheoperatsiooniliste türistoride andmetele on GTO transistoride olulisemad kataloogiandmed järgmised:
 
IGQ sulgeva tüürvooluimpulsi väärtus,
VGQ sulgeva tüürpinge väärtus,
IQM suurim võimalik väljalülitatav vool,
b off vooluvõimendus väljalülitumisel (turn off gain),
tS sulgeva tüürvoolu kasvamise kestus,
tfi anoodvoolu kahanemise kestus.