Способ управления тиристором

 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в качестве более эффективного способа управления полупроводниковыми приборами, например тиристорами. Цель изобретения - упрощение схемы управления за счет обеспечения гальванической развязки по цепи управления, а также уменьшение времени выключения. В способе управления тиристором, выполненным в виде полого цилиндра с коаксиально расположенными полупроводниковыми слоями и электродами, создают избыточный заряд в базовых областях. Для достижения цели ток управления наводят в электродах и внешних полупроводниковых слоях, выполненных в виде винтообразных полос, с помощью индуктора. Индуктор обеспечивает изменение магнитного потока в соответствии с выражением, приведенным в формуле изобретения. 1 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в качестве более эффективного способа управления полупроводниковыми приборами, например тиристорами. Цель изобретения упрощение схемы управления за счет обеспечения гальванической развязки по цепи управления, а также уменьшение времени выключения. На чертеже показана катушка-индуктор и полупроводниковая структура. Тиристор имеет катушку-индуктор 1, полупроводниковую структуру 2, винтообразный электрод 3, винтообразный полупроводниковый слой 4 первого типа проводимости, полупроводниковый слой 5 второго типа проводимости, полупроводниковый слой 6 первого типа проводимости, полупроводниковый слой 7 второго типа проводимости, внутренний электрод 8. Переключение тиристора осуществляется следующим образом. На катушку-индуктор 1 подается импульс тока, который наводит около нее магнитное поле. Вектор напряженности магнитного поля направлен по оси катушки 1 и полупроводниковой структуры 2. В свою очередь изменение магнитного потока катушки-индуктора приводит к появлению ЭДС взаимной индукции между витками винтообразного электрода 3. Поскольку индуктивное сопротивление винтообразного электрода 3 в начальный момент времени велико, а винтообразный полупроводниковый слой 4 разделен с полупроводниковым слоем 5 p-n-переходом, то ток, обусловленный межвитковой ЭДС, протекает вдоль слоя 5. Обтекание током p-n-перехода, прилежащего к поверхности, вызывает его смещение и инжекцию неосновных носителей заряда в полупроводниковой слой 5. Далее процесс включения развивается также, как и при подаче импульса управления в базовый слой с помощью управляющего электрода. Включение прибора может осуществляться и путем непосредственной подачи импульса тока на витки винтообразного электрода. Уменьшение времени выключения достигается синхронизацией момента выключения полупроводникового прибора и момента спада тока в катушке индуктора. При достаточно крутом заднем фронте импульса тока управления в индукторе изменяющийся магнитный поток наводит на винтообразном электроде ЭДС противоположного относительно момента включения знака. Это приводит к более быстрому рассасыванию избыточных носителей заряда в базовых областях и снижению времени выключения. Кроме того, уменьшение рабочего тока в винтообразном электроде приводит к появлению ЭДС самоиндукции между витками, что также способствует снижению времени выключения. Пример выполнения способа управления, представляющего последовательное описание этапов включения и выключения тиристора. С целью включения цилиндрического полупроводникового тиристора с винтообразным эмиттером электродом его можно располагать коаксиально внутри катушки индуктора, выполненной в виде колец Гельмгольца. Затем через индуктор пропускают импульс тока от импульсного генератора тока. Изменение тока в индукторе обеспечивало заданное изменение магнитного потока - dФ/dt≥Q_кр·R/t_кр. В свою очередь магнитный поток наводит межвитковую ЭДС, которая вызывает протекание тока управления между витками эмиттера. Ток управления, обтекая эмиттерный p-n-переход, смещает его в проводящем направлении, достаточном для включения прибора. Экспериментальные результаты показывают, что для мощного силового тиристора диаметром 4 см, высотой 4 см, имеющего три витка, при изменении магнитного потока в 13 Вб/с межвитковое напряжение составляет в начальный момент времени 12 В. При использовании ферромагнитного стержня значение межвиткового напряжения составляет 20 В. Для таких значений межвиткового напряжения и времени нарастания магнитного потока около 10 мкс величина избыточного заряда равна соответственно 8·10^-2 и 13,2·10^-2 Кл/см², что по крайней мере на порядок превышает критический заряд. При выключении индуктора изменение магнитного потока составляет около 1,2 Вб/с, а наведенное при этом отрицательное межвитковое напряжение равно 1,2 В. В этом случае при сопротивлении полупроводниковых слоев между витками электрода, равном 6 Ом и соответственно запирающем токе через базовые слои 200 мА время выключения снижается на одну треть.

Формула изобретения

Способ управления тиристором, выполненным в виде полого цилиндра с коаксиально расположенными полупроводниковыми слоями и электродами путем создания избыточного заряда в базовых областях, отличающийся тем, что, с целью упрощения схемы управления за счет обеспечения гальванической развязки по цепи управления и уменьшения времени включения, ток управления наводят в электродах и внешних полупроводниковых слоях, выполненных в виде винтообразных полос, с помощью индуктора, обеспечивающего изменение магнитного потока в соответствии с выражением где dФ/dt скорость изменения магнитного потока, проходящего внутри полой полупроводниковой структуры; Q_кр критический заряд неосновных носителей в базовых областях; t_кр время накопления критического заряда; R сопротивление полупроводниковых слоев току управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1