Способ переключения тиристора с обратной проводимостью

 

СГЮШБ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ТИРИСТОРА С ОБРАТНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ , налсооятаегося в прямом бпоквн руюшем состоянии, допопшггепьным .. пупьсоы иапряжения, о т п и ч а ю ш и ft с я тем, что, с цепью увепичевиа коммуьттфуемой мощности и скорости ее комму твшга, к тиристору с обратной проводимостью прикяадывают дополн|ггепьнь1й ймпупьс обратного анодного напряжения, амплитуду и дпитепьность которого выбирают так, чтобы амплитуда и дпигепьность обратного тока удовлетворяли соотношеншо . itii . где Зо5р- - амплитуда обратного тока; t, - время начала протека тя обратвого токе; i.2 - время окончания -ттротекания обратного тока; заряд электрона; Wr - w -базовой области (Л TBpecTojpa; 5 - i рабская шющадь тиристора; с N kp - средняя крнтвчеосвя концентрация веравврвесных носит пей в П -базовой области, достаточная для включения Т1фвстора, а затем прикладывается импульс прямого шяряжения. 00 9д со СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

)(у Н 01 29/743

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ, СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 0THPbfTHA (21) 3250445/1 -25 (22) 20.02.81 (46) 23.10.83. Бюп. Ж 39 (72) А. В. Горбатюк, И.В. Fpexos, С.В. Коротков и Н. С. Яковчук (71) Ордена Ленина физико-технический институт им. А. Ф.Иоффе (53) 621.382 (088.8) (56) 1. R, А. Konosa, 8.8. ТЦИ, А hi qhчо 1tage. hiпll-temperature reverse

conducting thyristor ЕЕЕ trans, on Electron Derices. 1970, V ED-17

II 9 рр. 667-672.

2. E.Hoper, 5.R.Bird, 6а11 solid state Modulation for ARSR - 3 transmitor IEEE Trans on Electron Devi-

ces. 1979. ч ED-26, Ф 10, р. 496-99 (прототип). (54) (57) . CllOGOB ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ

THPHCTOPA C ОБРАТНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ, находящегося в прямом бпокируютем состоянии, допопнитепьиым .им -=. пупьсом напряжения, о т п и ч а ю m и йс я тем, что, с цепью увепичения комму тируемой мощности и скорости ее коммутации, к тиристору с обратной проводи(19) (И), SU А мостью црикпадывают до Опндте пьный импупьс обратного анодного напряжения, амплпитуду и дпитепьность которого выбирают так, чтобы амппитуда и дпитепь ность обратного тока удовпетворяпи соотношению

tz 1„,.3t,= o é 6 .р л где. 3 g> - амппитуда обратного тока;

- время начапа протека1щя о ратного токе, - время окончания протекания обратного тока;

- заряд епектрона: п - ширина гл -базовой обпасти тиристора; б - iрабочая ипощадь тиристора;

Nzp средняя кяГйическая KONleRt рация неравновесных носитепей в и базовой обцасти, достаточная дпя вкпючения тиристора, :а затем ирикпадывается ммпуцьс прямого иазцяже нине

10036

Изобретение относится к области попупроводниковой техники, бопее конкретно к способам переключения мощны» шмпупьс

" ных тиристоров, используемых при разработке систем питанш мощных лазеров, ускорйтвпей электронов и r.n.

Известен способ перекпючения тиристора, эакпючакхдийся в том,. что в цепи управления между катодом и управияющим электродом прикладывают импульс напри« кения, вызывающий протекание прямого тока через катодиый п р - переход f1) °

Инжектируемыв этим пвреходош электроны, пройдя узкий р-базовый спой, по-, падают в широкий д-базовый спой и вызывают встречную .инжекщпо дырок р п - . эмиттером, что, в конечном счете, приводит к переключению тирисюора в:проводящее состояние.

Недостатком этого способа является локализация процесса переключения в .

: узкой области у границы между п4 рэмиттером н управляющим эпектродом, что нв позволяет осуществлять быструю коммутацию бопыпой мощности. . Наиболее близким к изобретению явпя ется способ переключения тиристора с обратной проводимостью, находящегося . в прямом блокирующем состоянии, допопни: теиьным импульсом напряжения $2(.

За счет высокой скорости нарастания импульса напряжения коипекторный переход генерирует большой емкостной ток 3q Cd )dt, однородно распределенный по ппощади..Этот. ток вызывает однородную, М по площади инхекцию эмиттерных перехо.дов, и пврекпючение начинается по значительно.бопьшей площади, чем в аналоге.

Недостамом этого способа является то, что количество заряда, которое может4О быть введено в базовые сион тнристора за время быстрого нарастания напряжения, не может .быть больше, чем копичество заряда пвгирующей примеси в msроКоМ р базовом слое. Действительно, 45 ширина области обьемного заряда коппек- . тора 4< дри.напряжении пробоя Ющ со; ставияет в правильно сконструированном тиристоре примерно 2/3 от ширины и -. баэового опоя + Рабочее напряжение 50

0 0,50п, а расширение области обьемного заряда при росте напряжения от

0 до Ощ составиявт..h 1. 4 О;7ЬрР ."- 0,2 Ф, поэтому количество введенных р+ 5 -эмиттером дырок s ответ на таков М расширение b L. составляет 0,2 Фп И .(Ц - концентрация прваеси в и -сисе,,5 - пдощадь прибора). Это количество:

99 3

;по порядку вепичины сравнимо с критр : ческшч зарядом включения тнристора и поэтому Be. может обеспечить быстрое и однородное вкпючвиаэ по всей рабочей ппощади, что сильно ограничивает seasчину и скорость коммутации мощности.

Этщм способом можно пврекпючать как обычный тиристор, так и тирвотор с обратной шоводимостью.

Оепь изобретения - увеличение коммутируемой мощиостиии скорости коммутации тиристора с обратной проводимостью.

Указанная цель достигается тем, что в способе переключении тиристора с обратсной проводимостью, находящегося в прямом блокирующем состоянии, прикладывается допопнитеиыый импульс обратного .анод ного напряжения, амплитуда н .длительность которого выбираются так, чтобы амплитуда и дпйтепьность обратного тока удовнетворяпи соотношению . 2

J >,, dt

8 - рабочая площадь тиристора;

М - средняя критическая концен радия неравновесных носите ивй в И -базовой области, достаточная дпя включения тнристора, а затем прикпащывавтся импуиьс прямого напряжения. На фиг. 1 изображено поперечное сечение структуры тиристора и блок схема перекпкнения . на фиг. 2 и 3 - переход« ные характеристики переключения (эпюры напряжения и тока). Структура содержит тиристор 1 с об ратной проводимостью, шунтирующив каналы 2,. метаииические контакты 3, источник энергии 4, накопитель 5, ключ 6, отсвкающую индуктивность 7, нагрузку 8, Способ осуществляется спедукхцвк образом е

К тиристору 1 с обратной проводимостью (см. фиг. 1) п P . и р й, эмиттеры которого имеют шунтировку и виде

«айапов 2, от р- и 11-слоев к метаппичвс«им «онтактам 3, от источника энергии

4 прикладывается напряжение 0 в пря

3 1003699 4 мом sanpasaesw (плюем на анодный ность переключения позволяет быстро электрод). -Затем от накопителя 5. через коммутщювать мощность, на 1-2 пор»ключ 6 прнкладывают импульс напряжения : док большую, чем в щютотипе. Для того

13< с О, в противоположном надравл .энни - чтобы носители, инжектнрованные s и(мсиент времени E,ä на фиг. 2). Прн g базовый слой при иротеканни обр, равно» этом И -ф- р «структура тирнстора 1 - -. мерно заполнялн этот слой в районе кол-. оказывается смещенной s проводящем на; лектора, шунтнруютие каналы 2 тнрнсто- . правленнн (момент времени 4 ) н через ра 1 (см. фнг. 1) доакны быть выполюе начинает протекать ток Зоб, т.е. пены так, чтобы расстояннэ между нх начпйается пропесс инжекпни электронов 19 краямн нз превышало удвоенной толщии дырок в базовую 1" -область. Амплитуду ны этого слоя %п,. тока добр . и длительность- его протека-. Способ коммутапии осуществлен на нмя <оба необходимо выбирать так, mTo тнрнсторе с обратной проводимостью с средняя ко»ив»трап»я введенных носнте- рабочей площадью 5 **. 20 см, Wn телей в И -базовом слое;.по крайней -мере,>5 - 8 ° 10 см, Й кр 1 10 см и м -з на порядок превышала критическую кон-):шунтнрующнин каналамн в .обоих крайннх пентрапню кр, необходимую а»а нннлн- переходах. Параметры нагружи -8, ию

- нрования пропесса переключения; т.е. точника 4 н нндуктивности 7 выбраны г .:так, чтобы при нащищсении 0 * 2.кВ

> Ж (04(ф, 5 Щ Ze в пепи мог протекать прямой ток leap Ь, - . * 50 кА, нарастал»пий за 10 мкс. ДпаИндуктивность 7 препятствует протека- тельность протекання прямоугольного нм нню ыпульса тока в пепи. нагрузки 8. пульса обратного тока+ogy. выбрана рав " После протекання o6ð н разряда на- . ной i 1 мкс, чтобы aoga <@р, отвез

: копнтеля .S.к тнристору 1:снова прнкла- 25 влякилаяся в meia нагрузки, была мала. дывается iMnymo напряжен»я в прямом Для того чтобы обеспечить среднюю коп. : н»правлении от источника энергии 4 . пентрапию носителей в. И -базовом слое, . 4 !

5 (момент времени ). -Поскольку в И- - равной 10, необходимо создать,.3 д базовом слое к етому времени накоплен > Q ®и Ьх О".. сф" - .4,4 Ю .4.

:заряд, по крайней мере, sa порядок боль- Зо Способ.обесючивает коммутапню -.òîêà" ше крнтнческого тнристор быстро н одно- 50кА со скоростью нарасщ;ння 5 М

Э .родео по всей шющади переключается в к 10 А/мкс, что на порядок иьпае, чем проводящее состояние. Это требования,: - при коммутации тнристора нэвестнымспо .аналогично тому, как в обычном тиристо- . собом, н может быть рекомендован щй . ре .рекомендуемый ток управлеущ должен З переключения щшульсных тнрнсторов, но- . превышать нэ менее чем на порядок ток .. пользуемых в системах питания мощных управления - с рямл. Такая oasopce- лазеров.

1 0036i99 1003б99

Редактор О. Юркова Техред ИЛЪргель Коррйстор:.С.Черви

Заказ 8078(8" . % ирак 703 . Пощшапюе

ВНИИПИ Росударсгвеав ю комитета СССР во делам юобрежяий .к ожрв аий

113035, Москва, Ж-38, Рауаскам:маб., д. 4/5

4Фапнаи ППП ПатМг, г. Уза ород, уи.: Проектам, 4