A pesar de que el GTO fue inventado en el inicio de la década de los años 60, ha sido poco empleado debido a sus reducidas prestaciones. Con el avance de la tecnología en el desarrollo de dispositivos semiconductores, se han encontrado nuevas soluciones para mejorar tales componentes que hacen que hoy ocupen una franja significa dentro de la electrónica de potencia, especialmente en aquellas aplicaciones de elevada potencia, con dispositivos que alcanzan los 5000 V y los 4000 A.
Como se ha visto en los apartados anteriores, uno de los inconvenientes de los tiristores tipo SCR o TRIAC es que no tenemos control externo por parte del usuario del paso de conducción a bloqueo. Para aquellas aplicaciones en las que nos interese poder bloquear un interruptor de potencia en cualquier instante es necesario utilizar otro tipo de semiconductores diferentes a los SCRs o TRIACs.
El GTO es un tiristor con capacidad externa de bloqueo. La puerta permite controlar
las dos transiciones: paso de bloqueo a conducción y vicevers
Principio de funcionamiento
El GTO tiene una estructura de 4 capas, típica de los componentes de la familia de los tiristores. Su característica principal es su capacidad de entrar en conducción y bloquearse a través de señales adecuadas en el terminal de puerta G.
El mecanismo de disparo es parecido al del SCR: suponiendo que está directamente polarizado, cuando se le inyecta corriente a la puerta, circula corriente entre puerta y cátodo. Como la capa de la puerta es suficientemente fina, gran parte de los portadores se mueven hasta la capa N adyacente, atravesando la barrera de potencial y siendo atraídos por el potencial del ánodo, dando inicio a la corriente anódica. Si ésta corriente se mantiene por encima de la corriente de mantenimiento, el dispositivo no necesita de la señal de puerta para mantenerse en conducción.
La figura 2.13 muestra una representación simplificada de los procesos de entrada y salida de conducción del GTO.
La aplicación de una polarización inversa en la unión puerta-cátodo puede llevar a la abertura o bloqueo del GTO. Portadores libres (agujeros) presentes en las capas centrales del dispositivo son atraídas por la puerta, haciendo que sea posible el restablecimiento de la barrera de potencial en la unión J2.
Aparentemente tal comportamiento también sería posible en el SCR. Pero, en realidad, las diferencias están en el nivel de construcción del componente. El funcionamiento como GTO depende, por ejemplo, de factores como:
- Facilidad de extracción de portadores por el terminal de puerta – esto es posible debido al uso de impurezas con alta movilidad.
- Rápida desaparición de portadores en las capas centrales – uso de impurezas con bajo tiempo de recombinación. Esto indica que un GTO tiene una mayor caída de tensión en conducción, comparado a un SCR de dimensiones iguales.
- Soportar tensión inversa en la unión puerta-cátodo, sin entrar en avalancha – menor dopado en la región del cátodo.
- Absorción de portadores de toda la superficie conductora – región de puerta-cátodo con gran área de contacto.
Al contrario del SCR, un GTO puede no tener la capacidad de bloquear tensiones
inversas
Si la corriente por la puerta es positiva, el semiconductor pasará del estado “OFF” al estado “ON”. Por el contrario, si la corriente por la puerta es negativa, el semiconductor dejará de conducir, pasando del estado de “ON” a “OFF”.
Con ello se tiene un control total del estado del semiconductor en cualquier momento. Nótese que al tratarse de un tiristor, la corriente sólo puede circular de ánodo a cátodo, pero no en sentido contrario. Evidentemente, este dispositivo es más caro que un SCR y además el rango de tensiones y corrientes es más pequeño que en el caso de los SCRs. En general se suelen llegar a potencias entorno a los 500kW como máximo. La tensión ánodo-cátodo en conducción directa también es más elevada que para los tiristores convencionales
