JPS6126260A - Gtoサイリスタ - Google Patents

Gtoサイリスタ

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JPS6126260A
JPS6126260A JP14709384A JP14709384A JPS6126260A JP S6126260 A JPS6126260 A JP S6126260A JP 14709384 A JP14709384 A JP 14709384A JP 14709384 A JP14709384 A JP 14709384A JP S6126260 A JPS6126260 A JP S6126260A
Authority
JP
Japan
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gate
current
turn
voltage
switch
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP14709384A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuhide Hayashi
林 泰英
Tsugunori Matsuse
松瀬 貢規
Yoshisuke Takita
滝田 義介
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication of JPS6126260A publication Critical patent/JPS6126260A/ja
Priority to US07/083,706 priority patent/US4792838A/en
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42308Gate electrodes for thyristors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/74Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H01L29/744Gate-turn-off devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thyristors (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はGTOサイリスタに関する。
従来の技術 最近パワーエレクトロニクスの分野では転流回路を必要
とするサイリスタに代わって自己消弧デ2、バイス(例
えばGTOサイリスタ)が使用されるようになって来た
。GTOサイリスタ(以下GTOと略称する)は高耐圧
、大電流化が容易であり、すでに各機器に使用されてい
る。GTOの重要な評価項目に上記の他に可制御電流が
ある。この電流はゲート信号によってGTOがしゃ断可
能なアノード電流のことである。特にGTOではアノー
ド電流しゃ断の失敗は素子の永久破壊になるおそれがあ
るため、前記可制御電流は大きい程好ましい。しかし、
可制御電流はNベース幅、カソード幅、Nベース中の少
数キャリアのライフタイムなどのGTO素子内部条件や
、スナバ回路のコンデンサ容量、配線インダクタンス、
ターンオフゲート電圧などの外部条件による影響を受け
る。これらの中でも特にGTOi使用するときにはスナ
バ回路のコンデンサ容量、配線インダクタンスに注意す
る必要がある。例えば、コンデンサ容量が小さいとター
ンオフ時のアノード電流上昇* (dv+、、、)が大
きくな)、また配線インダクタンスが大きいとスパイク
電圧が重畳されることになり、結局ターンオフ損失が増
大されてGTOが破壊され易くなる。このため、GTO
の使用に際してはコンデンサ容量を規定した夛、スナバ
回路の配線を短くして配線インダクタンスを低減させた
シしてスパイク電圧をある値以下に抑制させる必要があ
った。
発明が解決しようとする問題点 上述に関連して、最近、GTOのターンオフ時の破壊現
象が解明されるようになって来た。この現象の1つにタ
ーンオフ時、ストレージ期間(後述する)とフォール期
間(後述する)との境界前後での電流集中及び高電界領
域の発生がGTOの破壊にとって重要であることが判明
した。例えば、ストレージ期間の後期からフォール期間
中ではカソード内でアノード電流がスポット状に絞)込
まれている。このような状態のとき、ゲート電流をより
引き出しやすくすれば、可制御電流を増大させることが
できるとともにターンオフ時の A/dt耐食の向上も
可能となる。ところが、アノード電流をスポット状に絞
)込むと次に述べるような問題が発生する。この点につ
いてGToの単位エレメントの平面図及び断面図として
示す第8図a。
b〜第第1固 は定常状態で、アノード電流(図示矢印)は絞り込まれ
ないで流nているときのもので、この状態からターンオ
フさせるとアノード電流が第9図a。
bに示すようにフィラメント状に絞夛込まれる。
この第9図a,bはストレージ期間を示す。この第9図
a,bの状態からさらにアノード電流が絞)込まれてフ
ォール期間になると,アノード電流はスポット状になる
。このときのスポットの位置は第10図a,bに示すよ
うにカソードに上で。
その幅のハは中央部になる。この状態ではPベース抵抗
R0を通してゲート電流を引き出すことになる.このた
め、74g11図に示すようなGTOのターンオン、タ
ーンオフ駆動回路では上記フォール期間におけるゲート
引き出し抵抗低減に対してPベース抵抗R0が障害とな
っていた。なお、前記スポットがカソードに上でその喝
の中央に位置するのは、カソードにの両側に同時にゲー
トオフ電圧を印加するためである。また、第8図a.b
〜第10図a,b及び第11図において、人はアノード
、Xはカソード、P,Nは牛導体、Blはターンオン用
直流電源、B,はターンオフ用直流電源、S,、S,は
スイッチである。
上記のようにターンオフ過程でアノード電流がカソード
X上でその幅の中央に絞p込まれるようになるのは上記
の問題点の他にGTOの構造上からも考えられる。すな
わち、GTOは普通周囲をゲートに囲まれ九カソードエ
レメントが多数並列配置された構成になっているからで
ある。このため、GTOの破壊もアノード電流が絞シ込
まれた位置で発生する。また、この位置ではゲート電流
の引き出し抵抗が大きくアノード電流集中部から効高よ
くゲート電流を引き出すことが困難となる問題点がある
問題点を解決するための手段 この発明はGTOt−形成するPベース抵抗に2種類の
ゲートを分離して配設し、一方のゲート”に印加させる
ゲートオフ電圧を、他方のゲートに印加させるゲートオ
フ電圧より一定時間遅れて印加させるようにツェナダイ
オードあるいはアノード電流の検出信号とターンオフタ
イムからスイッチング素子をオンさせるようにしたこと
にある。
作用 上記のような構成において、まずターンオフに際して一
方のゲートにゲートオフ電圧を印加してそのゲートから
オフゲート電流が引き出される。
しかる後、一定時間経過するとアノード電流がフィラメ
ント状に絞9込まれて他方のゲートに近い領埴にアノー
ド電流が押しやられる。その後、電流集中部がフィラメ
ント状からスポット状に変化して行くとき、ツェナダイ
オードあるいはスイッチング素子がオンして他方のゲー
トにゲートオフ電圧が印加される。この電圧によシ他方
のゲートからもオフゲート電流が引きされてそのゲート
から見九ゲート引き出し抵抗が低減される。
実施例 以下図面上参照してこの発明の詳細な説明する。
第1図において、第1.第2ゲートG1. G、はPベ
ース抵抗を介して電気的に分離されて配設される。ター
ンオン用直流電源B1の負極とターンオフ用直流電源B
tの正極は共通接続されてカソードKに接続される。両
電源B、、B、の正極及び負極はスイッチ81s8tt
”介して共通接続された後、第1ゲートG、に接続され
る。前記スイッチS、 、S。
の共通接続点と第2ゲー″′)G、の電路にはMOSF
ET等の高速スイッチング素子からなるスイッチS8を
介挿させる。スイッチS1は後述のようにして第1ゲー
トGlにゲートオフ電圧が印加されてから所定時間遅れ
て第2ゲートG、にゲートオフ電圧が印加されるように
閉じられる。
次に上記実施例の動作を述べる。まず、アノードAが正
、カソードKに負の電圧が印加され九状態のとき、スイ
ッチS1を閉成させる。これによりターンオン用直流電
源B1の電圧が第1ゲートG、と゛カソードに間に印加
される。すると第1グー)G1からカソードKにオンゲ
ート電流が流れ、GTOはターンオンしてアノード電犬
は第2図a。
bに示すよう゛にカソードに全面を流れる(図中矢印)
。この第2図a、bの状態が定常状態でおる。
GTO’iターンオフさせるにはスイッチ8mを第5図
に示す時点1.で開放させスイッチ8.を閉成させる。
これによって第1ゲートG1がらオフゲート電流(第5
図の工。1.)が引き出されるとともに所定時間経過後
・(第5図に示す時点t1)にはアノード電流がフィラ
メント状に絞シ込まれると同時に第2ゲートG、に近い
領域に押しやられる。(第3図a、bに示す)その後、
アノード電流集中部はフィラメント状からスポット状に
変化して行く。一方、前記第5図に示す時点t1でスイ
ッチS、を閉成させるので、第2ゲートG麓からもオフ
ゲート電流工。21が引き出さnる。従って、アノード
電流集中部は前述のように11g2ゲートGtに近い領
域にあるため、第2ゲートG、から見たゲート引き出し
抵抗Rt  (第4図すに示す)は従来のゲート引き出
し抵抗R0に比較して大幅に低減される。すなわち低抵
抗になる。なお、i5図はスイッチ8mが開放されてか
らスイッチ8゜が閉成され、その後スイッチ8.がオン
されたときのアノード電流工 、アノード電圧MA 、
オフゲート電流工。11 # lG21  の波形図で
ある。@5図中1時点t0からアノード電流IAが減少
し始める時点までをストレージ期間と称し%またアノー
ド電流工えが減少し始める時点からその電流が零になる
までをフォール期間と称す。
前記第1図に示し九スイッチ8.を閉成させるタイミン
グとしては次のような2つの手段がある。
第1手段はアノード電流値を変流器等の電流検出器で検
出し、アノード電流の変動に合わせて。
スイッチ8.とBs’を閉成させるときの時間差を変え
、常にストレージ期間後期またはフォール期間中にスイ
ッチBst−閉じるようにするものである。この手段は
アノード電流によるターンオフタイムの変化を考慮した
ものである。
第2手段はスイッチ8富と88を閉成するときの時間差
を一定とし、大きなアノード電流をしや断する時、すな
わちターンオフタイムが長い時のみストレージ期間後期
またはフォール期間中にスイッチ811を閉成させるよ
うにしたものである。
第6図はこの発明の他の実施例を示すもので。
第1図に示したスイッチ8.に代ってツェナーダイオー
ドZDを図示極性のように接続したものである。以下第
7図によ多動作を説明するに、ターンオンさせる動作は
第1図と同様である。次にGT O’iターンオフさせ
るにはスイッチ8.全開放させ、スイッチS、を閉成さ
せると、まず第1ゲートG1からオフゲート電流が引き
出される二ターンオフ過程の進行とともにゲート・カソ
ード間に電圧V  がかか多給める。この電圧V。KK が設定電圧v0、即ち、ツェナーダイオードの降服電圧
と等しくなる時点(図示時点ts )から、第2ゲート
G鵞がらもオフゲート電流が引き出される。この時点t
、では第3図と同様にアノード電流集中部が第2ゲート
G、の極めて近傍にあるため、低抵抗で効率よくオフゲ
ート電流を引き出すことができる。
上記11E6図の実施例はゲート・カソード間の回復電
圧を利用するため、しゃ断するアノード電流が変動して
ターンオフタイムが変化しても、第2ゲートG、からオ
フゲート電流を引自出し始める時期が自動的に調節でき
る利点がある。またツェナーダイオードの降服電圧を変
えて設定電圧を変えるとゲート電流を引龜出し始めるタ
イミングを変えることができる。即ち、時点1s tス
トレージ期間後期にし九)、フォール期間中にしたシす
ることは自由である。なお、上記実施例ではツェナーダ
イオードを使用したが、電圧でトリガするダイアックや
ダイオードの直列接続回路を便用してもよい。ダイオー
ドの直列接続回路を用いる場合はツェナーダイオードの
場合と逆方向に接続する。この接続のときにはオンゲー
ト電流はiiゲートG1からのみ流れる。
発明の効果 以上述べたように、この発明によればPベース抵抗を介
して2種類のゲートを分離して形成したGTOサイリス
タの一方のゲートに、他方のゲートより一定時間遅れて
ゲートオフ電圧を印加させたので、GTOサイリスタが
破壊しやすい電流集中期間に低抵抗で、ゲート電流を引
き出せるようになシ、従来に比較して可制御電流が約2
割、C′v”at耐量が約3割も増大させることができ
る利点がある。また、一定時関連れてゲートオフ電圧を
印加させる手段にツェナーダイオードを使用するとアノ
ード電流を検出する手段や、複雑な信号処理回路を必要
としないので従来と同じゲート駆動回路を便用すること
ができる利点もある。
【図面の簡単な説明】
m1図はこの発明の実施例を述べるための構成説明図、
第2図(a) 、 (b)から第4図(a) @ (f
i)及び第5図は第1図の動作を述べるための説明図及
び波形図、第6図はこの発明の他の実施例の構成説明図
、第7図は第6図の動作を述べるための波形図、第8図
(a) 、 (blから第1O図(a) 、 (bl及
び第11図は従来例を述べるための説明図である。 Sl、S、、S、・・・スイッチ、G、、G、・・・第
1.第2ゲート、B、・・・ターンオン用直流電源、B
鵞・・・ターンオフ出直流′心源。 マー− 11\             Iゞ\−シ %−/            %ypH\     
        〆1\@        ― /m″S            I−\R− 〜1−          −一ノ 第5図 第6図 /””’%@                /””
〜−−り \−ノ               −−−一/1\
               −一11−     
   −二

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Pベース抵抗を介して2種類のゲートを分離して
    形成したGTOサイリスタにおいて、一方のゲートに、
    他方のゲートより一定時間遅れてゲートオフ電圧を印加
    させる手段を設けたことを特徴とするGTOサイリスタ
  2. (2)前記手段はアノード電流を検出回路で検出し、そ
    の検出信号をターンオフタイムにより高速スイッチング
    素子をオンさせるようにしたことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載のGTOサイリスタ。
  3. (3)前記手段はツェナーダイオードからなることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項に記載のGTOサイリス
    タ。
JP14709384A 1984-07-16 1984-07-16 Gtoサイリスタ Expired - Lifetime JPS6126260A (ja)

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JP14709384A JPS6126260A (ja) 1984-07-16 1984-07-16 Gtoサイリスタ
DE8585107198T DE3581452D1 (en) 1984-07-16 1985-06-11 Gate-abschaltbarer thyristor.
EP85107198A EP0172338B1 (en) 1984-07-16 1985-06-11 Gate turn-off thyristor
US07/083,706 US4792838A (en) 1984-07-16 1987-08-07 Gate turn-off thyristor

Applications Claiming Priority (1)

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JP14709384A JPS6126260A (ja) 1984-07-16 1984-07-16 Gtoサイリスタ

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EP (1) EP0172338B1 (ja)
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