บทความนี้จะอธิบายการทำงานของสวิตช์ปิดประตูในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง
สวิตช์ปิดประตู หรือที่เรียกว่าสวิตช์ควบคุมประตู (GCS) หรือไทริสเตอร์ปิดประตู (GTO) มีลักษณะคล้ายกับ SCR แต่สามารถปิดได้ด้วยสัญญาณลบที่ขั้วประตู โดยทั่วไป GTO จะจัดการกับกระแสไฟฟ้าที่ต่ำกว่า SCR มาก
GTO มีคุณสมบัติหลายประการของ SCR และทรานซิสเตอร์ และในบางแง่ก็เหนือกว่าทั้งคู่สำหรับการใช้งานการสลับกำลังไฟฟ้า GTO สลับกระแสไฟตรงโดยไม่ต้องใช้ส่วนประกอบเสริมที่ SCR ต้องการ ส่งผลให้ต้นทุนลดลงและมีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าและแม่เหล็กไฟฟ้าน้อยลง นอกจากนี้ GTO ยังล็อกเปิดหรือปิดด้วยพัลส์เดียว
แม้จะมีข้อดีหลายประการ แต่ GTO ก็ไม่ได้ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเท่าที่เคยคิด การใช้ GTO ในปริมาณน้อยอาจเป็นเพราะกระแสสูงสุดที่สามารถปิดได้อย่างน่าเชื่อถือใน GTO รุ่นแรกๆ ถูกจำกัดให้มีค่าต่ำ ข้อจำกัดนี้เกิดจากเส้นใยกระแสที่สร้างจุดร้อนเฉพาะที่ในระหว่างการปิด
อย่างไรก็ตาม GTO รุ่นใหม่จะปิดกระแสไฟฟ้าที่สูงกว่ารุ่นก่อนหน้ามาก โดยได้รับค่าพิกัดที่ควบคุมได้สูงสุดที่สูงขึ้นด้วยโครงสร้างขั้วบวกแบบลัดวงจรใหม่ การเจือปนที่แม่นยำ และรูปทรงเรขาคณิตที่สลับกันอย่างละเอียดอ่อน นอกจากนี้ GTO รุ่นใหม่ยังสลับได้เร็วกว่ารุ่นก่อนหน้า แสดงอัตราส่วนของกระแสไฟฟ้าสูงสุดต่อค่าเฉลี่ยที่สูงขึ้น และค่าเกนสถานะที่สูงกว่า นอกจากนี้ ค่าพิกัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุดยังสูงกว่าของไบโพลาร์และดาร์ลิงตันอีกด้วย
โดยทั่วไปแล้ว GTO จะไม่สามารถปิดได้สำเร็จหากมีกระแสไฟฟ้าอยู่ในช่วงระหว่างค่าพิกัดปิดสูงสุดและค่าพิกัดไฟกระชากสูงสุด อย่างไรก็ตาม ฟิวส์ที่เลือกอย่างเหมาะสมอาจช่วยปกป้องอุปกรณ์ใหม่จากความเสียหายอันเนื่องมาจากกระแสไฟฟ้าในช่วงนี้ได้
GTO นั้นคล้ายคลึงกับ SCR ตรงที่ทั้งคู่เป็นอุปกรณ์สี่ชั้น อย่างไรก็ตาม กระแสไฟเฉลี่ยของ GTO นั้นต่ำกว่า SCR ที่มีขนาดเท่ากันอย่างเห็นได้ชัด เนื่องมาจากโครงสร้างที่สลับกัน
โดยทั่วไปแล้วค่าพิกัดกระแสเฉลี่ยของ GTO จะค่อนข้างใกล้เคียงกับค่าพิกัดกระแสเฉลี่ยของ Darlington ที่มีขนาดเท่ากัน เนื่องจากมีการใช้เทคนิคการวัดแบบเดียวกันสำหรับทั้งสองแบบ แต่โดยทั่วไปแล้ว GTO สามารถปิดกระแสที่สูงกว่าได้ เนื่องจาก Darlington จะออกจากจุดอิ่มตัวเมื่อมีกระแสสูง
สวิตช์ควบคุมด้วยซิลิคอน (SCS): SCS เรียกอีกอย่างว่าไทริสเตอร์เทโทรด ไทริสเตอร์เหล่านี้มีลักษณะคล้ายกับ SCR ที่มีขั้วเกตสองขั้ว ได้แก่ เกตแอโนดและเกตแคโทด
เกตทั้งสองสามารถใช้งานได้หลายวิธี การใส่สัญญาณลบที่เกตแอโนดจะทำให้ SCS ทำงานเพื่อให้อุปกรณ์ทำหน้าที่เหมือน SCR เสริม (ซึ่งนำกระแสบวกที่มีทริกเกอร์เชิงลบ) หาก SCS เปิดด้วยสัญญาณเกตแคโทดเหมือน SCR ทั่วไป สัญญาณบวกที่เพียงพอที่เกตแอโนดจะทำให้ปิดลงในภายหลัง สัญญาณบวกที่ส่งไปยังเกตทั้งสองพร้อมกันจะทำให้ SCS เปิดได้เร็วกว่า SCR ที่เทียบเท่ากัน SCS สามารถปิดได้เหมือนกับสวิตช์ที่ควบคุมด้วยเกตโดยใส่สัญญาณลบที่แคโทด
ไตรโอดทวิภาคี (ไตรแอค): ไตรแอคสามารถทนต่อกระแสไฟฟ้าสูงได้ และมักใช้ในการควบคุมไฟฟ้ากระแสสลับ ไตรแอคมีลักษณะคล้ายกับ SCR แต่สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ในสองทิศทาง เมื่อมีแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเพียงเล็กน้อยระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ ไตรแอคก็จะปิดและไม่นำกระแสไฟฟ้า หากแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเพิ่มขึ้นเพียงพอ ไตรแอคก็จะเริ่มนำกระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าบวกที่จ่ายไปยังขั้วเกตจะควบคุมเกณฑ์การนำไฟฟ้า ยิ่งสัญญาณเกตสูงขึ้น แรงดันไฟฟ้าของไตรแอคก็จะยิ่งลดลงเมื่อเกิดการนำไฟฟ้า ไตรแอคทำงานคล้ายกันสำหรับกระแสไฟฟ้าที่ไหลในทิศทางตรงข้าม ในกรณีนี้ ขั้วของสัญญาณเกตจะต้องกลับกัน ยิ่งสัญญาณเกตเป็นลบมากเท่าไร จุดการนำไฟฟ้าก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น
ทรานซิสเตอร์ยูนิจังก์ชัน (UJT): ทรานซิสเตอร์ยูนิจังก์ชันมีขั้วสามขั้วที่เรียกว่าตัวปล่อย เบส 1 และเบส 2 วัสดุตัวปล่อยเป็น เซมิคอนดักเตอร์ชนิด pและวัสดุฐานเป็น ชนิด nใน UJT เสริม วัสดุฐานเป็น ชนิด pและวัสดุตัวปล่อย เป็นชนิด n
สัญญาณที่ส่งไปยังขั้วต่อตัวปล่อย UJT จะควบคุมความต้านทานระหว่างขั้วต่อฐาน เมื่อไม่มีสัญญาณตัวปล่อย ความต้านทานระหว่างฐาน 1 และฐาน 2 จะสูงและมีกระแสไหลน้อยมาก เมื่อแรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยเพิ่มขึ้น ความต้านทานระหว่างขั้วต่อฐานจะยังคงสูงอยู่จนกว่าแรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยจะถึงจุดที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุด V pณ จุดนี้ ความต้านทานระหว่างขั้วต่อฐานจะเริ่มลดลงเมื่อกระแสไหลเข้าสู่ขั้วต่อตัวปล่อยเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยจะลดลงเมื่อกระแสของตัวปล่อยเพิ่มขึ้นจนถึงจุดแรงดันที่จุดวัลเลย์ V vหลังจากจุดวัลเลย์ กระแสของตัวปล่อยที่เพิ่มขึ้นทำให้แรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยเพิ่มขึ้น
ทรานซิสเตอร์ยูนิจังก์ชั่นสามารถใช้เป็นตัวต้านทานเชิงลบได้เมื่อทำงานระหว่าง Vp และ Vv ลักษณะ พิเศษ นี้และกระแสไฟทำงานต่ำทำให้ทรานซิสเตอร์เหล่านี้มีประโยชน์ในวงจรออสซิลเลเตอร์และวงจรจับเวลา และ ในการกระตุ้น SCR
ไดแอก: ไดแอกประกอบด้วยไดโอดทริกเกอร์กระแสสลับและไดโอดทวิภาคี ไดโอดแต่ละตัวมีขั้วสองขั้วและทำหน้าที่เหมือนกันสำหรับกระแสในทั้งสองทิศทาง เมื่อแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กของขั้วใดขั้วหนึ่งถูกจ่ายผ่านไดแอก กระแสจะไหลเพียงเล็กน้อย ความต้านทานของไดแอกจะยังคงสูงจนกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะไปถึงจุดแรงดันไฟฟ้าพังทลาย เมื่อถึงจุดนี้ ความต้านทานของไดแอกจะลดลงและกระแสสูงจะเริ่มไหล เนื่องจากการกระทำนี้เกิดขึ้นในทั้งสองทิศทางของการไหลของกระแส อุปกรณ์นี้จึงบางครั้งเรียกว่าสวิตช์กระแสสลับ มักใช้สำหรับทริกเกอร์ไตรแอก
ไดโอดสี่ชั้น: ได โอดสี่ชั้นเรียกอีกอย่างว่าไดโอดช็อคลีย์และมีขั้วสองขั้ว เมื่อแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าเล็กน้อยถูกจ่ายผ่านไดโอดสี่ชั้น กระแสไฟฟ้าจะไหลเพียงเล็กน้อยและความต้านทานของไดโอดจะสูง ความต้านทานจะยังคงสูงจนกว่าแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าจะเพิ่มขึ้นถึงจุดสวิตช์ V sจากนั้นกระแสไฟฟ้าสูงจะเริ่มไหลและแรงดันไฟฟ้าจะลดลง เมื่อไดโอดนำไฟฟ้าไปข้างหน้าแล้ว ก็สามารถปิดได้โดยลดกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าให้ต่ำกว่าค่าคงที่
ในทิศทางไปข้างหน้า กระแสจะพบกับจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสไปข้างหน้า 2 จุดและจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสย้อนกลับ 1 จุดที่มีแรงดันพังทลายต่ำ สำหรับแรงดันที่ใช้ในทิศทางตรงข้าม ไดโอดจะบล็อกกระแสและทำงานเหมือนไดโอดแบบไบอัสย้อนกลับทั่วไป ในทิศทางนี้ กระแสจะพบกับจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสไปข้างหน้า 1 จุดและจุดเชื่อมต่อแบบไบอัสย้อนกลับ 2 จุด ซึ่งแต่ละจุดมีแรงดันพังทลายสูง
ไทริสเตอร์ควบคุมโดย MOS: ไทริสเตอร์ควบคุมโดย MOS (MCT) เพิ่มความเร็วในการสลับกำลังงาน ไทริสเตอร์นี้คล้ายกับไทริสเตอร์ปิดประตู (GTO) แต่จำเป็นต้องใช้กำลังขับน้อยกว่ามากในการปิด MCT เนื่องจากมีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าสู่ประตูเพียงเล็กน้อย MCT สามารถรองรับ 100 A ที่ 1,000 V โดยมีเวลาปิดเครื่องต่ำกว่า 2 \#181>วินาทีและเวลาเปิดเครื่อง 200 nsec นอกจากนี้ ยังมีแรงดันไฟฟ้าค้างที่ต่ำในสถานะเปิดอีกด้วย