Схема шунтировки

Схема шунтировки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) 3аявлено 300580 (21) 2934947/18-25 ($$) М Кд з с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Н 01 1 23/52.

Н 01 ь 29/74

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

l (33} УДК 621.382 (088.8) Опубликовано 07.06.82. Бюллетень ¹ 21

Дата опубликования описания 070682 (72) Авторы изобретения

Р.Э.Аязян, E.М.Гейфман, И.В.Грехов и Д.И.Куракина

) i

Ордена Ленина физико-технический институт .им. А.Ф.Иоффе АН СССР (71) 3а яв ите ль (54) СХЕМА ШУНТИРОВКИ

Изобретение относится к мощным полупроводниковым приборам и может быть использовано в запираемых ти ристорах (3T), в которых переключение из проводящего состояния в непроводящее осуществляется отрицательным базовым током для достижения высокого уровня динамических и статических параметров.

10 Известен тиристор, в котором для увеличения статического напряжения переключения и повышения устойчивости к быстрому нарастанию анодного напряжения осуществлена шунтировка катодного эмиттерного перехода (КЭП), выполненная в виде соединения равно мерно распределенных по площади этого перехода шунтирующих каналов, выходящих от узкого базового слоя с катодным эмиттерным слоем тиристо ра металлическим покрытием. Равномерное распределение шунтирующих каналов по площади катодного эмиттерного перехода (КЭП) способствует уменьшению сопротивления шунтировки и увеличению тем самьм критического заряда ВК((1).

Недостатком этого тиристора является то, что в его конструкции невозможно эффективно воздействовать отрицательным током управления на всю площадь катодного эмиттерного перехода вследствие пробоя периферийных областей катодного эмиттерного перехода и паразитной утечки в них отрицательного тока управления.

Наиболее близкой к предлагаемой является схема шунтировки катодного эмиттерного перехода тиристора, выполненная в виде цепи, содержащей диод, проводящее направление которого совпадает с проводящим направлением эмнттерного перехода, емкость и резистор (2).

Недостатком известной схемы является неэффективное .использование мощности, поступающей в цепь управления при подаче отрицательного тока управления, вследствие шунтирования . источника управления емкостью схемы шунтировки, приводящее в свою оче" редь к существенному увеличению времени выключения запираемого тиристора, что также нецелесообразно.

Цель изобретения - повышение предельного значения скорости нарасс10 тания найряжения у, уменьшение времени выключения и остаточного паде934558 ния напряжения нри выключении тиристора отрицательным током управления.

Указанная цель достигается тем, что в схеме шунтировки катодного эмиттерного перехода тиристора, выполненной в виде цепи, содержащей диод, проводящее напряжение которого совпадает с проводящим направлением эмиттерного перехода, емкость и резистор, диод соединен последовательно с цепью параллельно соеди- 10 ненных емкости и резистора.

На чертеже изображена схема шунтировки катодного эмиттерного перехода тиристора.

Схема выполнена в виде цепи,сос 15 таящей из параллельно соединенных емкости 1 и резистора 2 и последовательно подключенного к ним диода

3, причем проводящее направление диода совпадает с проводящим направле- 20 нием катодного эмиттерного перехода

4. Указанная цепь соединяет шунтирующий канал 5, выходящий из узкого базового слоя б с эмиттерным слоем

7 тиристора. 25

При приложении к тиристору статического прямого напряжения — на клемме 8 (-), на клемме 9 (+) часть тока утечки коллекторного перехода 10, попадающего в шунтирующую цепь Тщ,протекает по узкому базовому слою б,далее через диод 3 и по кажкаждой из ветвей параллельного соединения резистора и емкости. При этом емкость заряжается до напряжения, равного 35 падению напряжения на резисторе.

Величина тока Iù, при коТором эмиттерный переход еще не инжектирует> примерно равна току удержания и определяется выражением 40

Уаттс 9& 8 ш МД З R+R где I — ток удержания тиристора;

I — доля тока утечки коллекэ торного перехода 10, те- 45 кущего через катодный эмиттерный переход тиристора 4;

U — прямое падение напряжения

2 диоде при протекании через него тока Х „,.

R — эффективное сопротивление узкого базового слоя в направлении протекания отрицательного тока управления;

U — положительное напряжение на катодном эмиттерном переходе тиристора, соответствующее точке пересечения прямой, продолжающей учас- 60 ток с малым дифференциальным сопротивлением на вольт-амперной характеристике диода с осью напряжений; 65

U — прямое падение напряжения эмм на катодном эмиттерном переходе тиристора, соответствующее доле тока утечки коллекторного перехода 10, текущего через катодный эмиттерный переход тиристора

R — сопротивление резистора 2.

Для увеличения тока удержания тиристора до необходимой величины при прочих равных условиях нужно обеспечить, чтобы U U -U ьтс уми эмм при этом максимальное значение номинала сопротивления растекания узкого базового слоя не должно превышать величины

Потс эмм — Пэмм — U

Х

Для того, чтобы исключить возрастание остаточного падения напряжения (U T ), необходимо, чтобы величина тока I на этапе стационарного протекания анодного тока не возрастала вследствие модуляции (уменьшения) сопротивления узкого базового слоя протекающим через тиристор анодным током, и определялась величиной номинала немодулируемого резистора. В этом случае R y R+.Точнее

R можно оценить иэ соотношения

R g (kn-1) и (1-k) где ) — отношение тока в цепи шунтирующей схемы в немодулированном состоянии узкого базо вого слоя I к току I, соответствующему наивысшей степени модуляции узкого базового слоя;

n — отношение немодулированного сопротивления узкого базового слоя к модулированному с мод

Роль емкости заключается в следующем.

При приложении к тиристору, находящемуся в невключенном состоянии, быстро нарастающего импульса напряжения в прямом направлении — (-) на клемме 8, (+) на клемме 9 — емкостной ток коллекторного перехода протекает через диод и емкость, минуя резистор и обеспечивая тем самым шунтировку катодного эмиттерного перехода тиристора более эффективно, чем в отсутствие емкости, что способствует резкому возрастанию предельного значения

dU с)

При приложении отрицательного импульса управления для запирания тиристора — (-) на клемме 11, (+) на клемме 8 - к диоду прикладывается напряжение в запорном направлении, что препятствует паразитному затеканию тока управления по цепи (диод — параллель934558

Формула изобретения

l. Патент ФРГ 9 2123322, кл. 21 g 11/02, опублик. 1971.

5О 2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2854843,кл.Н 01 ) 29/74, 1979 (прототип). ное соединение емкости и резистора) °

При этом шунтирующая цепь перестает проводить ток, и предварительно заряженная емкость разрезается через резистор. Таким образом, диод должен не только удовлетворять условию

Uorñ ъмм V i "о H должен быть достаточно быстродействующим.

В качестве диода могут быть применены быстродействующий германиевый диод или диод ШОТТКИ, являющийся 10 практически безынерционным.

Величина емкости определяется

+ч е из условия С», где длительность импульса управления, )5 т.е. к моменту окончания импульса управления емкость должна полностью разрядиться, обеспечивая открывание диода, что, в свою очередь, обеспечивает рассасывание части остаточ- 20 ного заряда в структуре через шун,.тирующую цепь. Это позволяет существенно сократить длительность импульса управления, необходимую для осуществления процесса запирания, а сле-25 довательно, и время выключения.. В противном случае, когда емкость разряжена не полностью, напряжение на емкости — (+) на левой обкладке, (-) на правой обкладке — прикладывается к диоду в запорном направлении, выключая из работы шунтирующую цепь даже после прекращения импульса тока управления.

Настоящая схема шунтировки катодного эмиттерного перехода тиристора может быть применена и в запираемОм тиристоре с регенеративным электродом управления. В этом случае принцип действия шунтирующей схемы подобен вышеописанному, а сама схема включается между катодным эмиттерным слоем тиристора и регенеративным управляющим электродом, соединенным со слоем узкой базы, смежным с эмиттерным.слоем тиристора общим метал - 45 лическим покрытием.

Пример 1. Изготавливают тиристоры с эмиттерным слоем 7 в виде круга ) 2,4 мм,отделенного окисной канавкой от окружающей его базовой металлиэации. Сопротивление растекания узкого базового слоя составляет 1-2 Ом. Удельное сопротивление широкого и-базового слоя р =3540 Ом,см, время жизни дырок в нем

2-3 мкс. Расчетное значение напряжения переключения П„ 1-1,5 кВ.

Параметры схемы шунтировки следующие: R - =1 Ом, С = 1 мкФ; в качестве диода использован германиевый диод Д-310.

Пример 2. Изготавливают тиристоры с эмиттерным слоем 7 в форме полос шириной 0,2 мм и длиной б мм. Шунтировку в них осуществляют согласно предлагаемой схеме со следующими параметрами R = 2,0 м, С =

0,5 мкФ. В схеме также используют диод Д-310. Конструкция и технологические параметры у этих тиристоров такие же, как и в примере 1.

Осуществление шунтировки предлагаемой схемой позволяет в 10-100 раэ увеличить предельную величину

1 выключения и на 10-20Е остаточныЕ падения напряжения по сравнению с известными.

Схема шунтировки катодного эмиттерного перехода тиристора, выполненная в виде цепи, содержащей диод, проводящее направление которого совпадает с проводящим направлением эмиттерного перехода, емкость и резистор, отличающаяся тем, что, с целью повышения предельного значения скорости нарастания прямого напряжения dU/dt, уменьшения времени выключения и остаточного падения напряжения при выключении тиристора отрицательным током управления, диод соединен последовательно с цепью параллельно соединенных емкости и резистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

934558

Составитель С. Асина

Редактор Е. Дичинская Техред Т.Маточка Корректор Л. Бокшан

Заказ 3950/49

Тираж 761 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4