Brevet FR2006970A1 — publié le 19700102

-i- 200697Ô l'invention concerne un circuit à thyristor comportant un thyristor dont les contacts anodique et cath.odiq.ue sont disposés sur - deux'faces opposées du corps semi-conducteur, et un dispositif de commande illuminant le corps semi-conducteur pour l'amorçage du thy-5 - ristor. S'agissant de thyristors, il est souhaitable de réduire dans "toute la mesure du possible le temps d'amorçage, c'est-à-dire le temps - mesuré à partir du début de l'impulsion de commande - qui s'écoule jusqu'à ce que la tension principale se soit abaissée à une 10 valeur suffisamment faible, par exemple 10$ de la tension principale - de sortie ; 'En éffet, ce nf esf'"^*:S^àrzï!ïE:^u^OTpE"'d'tâSdrÇa:'ge le thyristor peut conduire un courant de charge élevé sans échauf-_ £ement nuisible. En outre, lorsqu'il s'agit de circuits qui comprennent un certain nombre de thyristors activés en même temps, un bref - 15' temps d'amorçage donne lieu à une moindre superposition des instants d'amorçage des thyristors, ce qui est désirable pour éviter une répartition irrégulière des sollicitations pendant le processus d'al--- - Ismagev Si le—temps--d'amorçage-dJ-un-thya?îs%e3?--est long-, il es-t-^à-one— nécessaire de limiter la vitesse d'accroissement du courant de char-20 ge, par exemple à l'aide d'une self montée en série avec le thyristor, ce qui, entraîne souvent des inconvénients notables. Dans de nombreux genres d'applications, un thyristor est monté plus ou moins directement en parallèle avec un condensateur. Ce-lui-ci se décharge lors de l'activation du thyristor à travers ce 25 dernier. Il est fréquemment souhaitable de maintenir à un faible niveau la constante de temps du circuit et cette décharge s'effectue alors pendant la première partie du processus d'amorçage.' Afin que dans un premier stade, le thyristor puisse absorber la fraction ainsi consommée de l'énergie emmagasinée dans le condensateur, il 30 est nécessaire que l'activation s'effectue très rapidement à ce sta-—de "et sur une partie suffisamment grande de la section du thyristor. Dans les thyristors à commande optique jusqu'ici connus, le corps semi-conducteur n'est illuminé que d'un côté. Un circuit à thyristor selon l'invention est caractérisé par le fait que le dispositif 35 de commande illumine le corps semi-conducteur aussi bien du côté dé l'anode que du côté de la cathode. De ce fait, on obtient une activa-tion plus rapide, plus sûre et plus efficace du thyristor. 11752 -2- 2006970 L'invention est ci-après décrite de façon plus détaillée en référence aux figures annexées. La figure 1 est une coupe d'un thyristor selon l'invention et la figure 2 représente un tel thyristor monté dans un circuit des-j- tiné à commander le courant à travers une charge. Le thyristor représenté dans la figure 1 est constitué par une plaque-support 1 qui sert en même temps de contact anodique. Le corps semi-conducteur en silicium, uni à la plaque-support, présente quatre couches N et P alternées, désignées par 2 à 5» .que--le-thyristor.-est bloqué dans le sens direct, c'est-à-dire lors— que l'anode est positive par rapport à la cathode, la jonction PN médiane n'est pas conductrice et reçoit la tension qui est appliquée au thyristor. Si l'on illumine le thyristor par une lumière de longueur d'onde appropriée, des paires de porteurs de charge peuvent être produites dans les zones de charge d'espace dans les couches de base (3,4). De ce fait, le courant inverse à travers la jonction PN médiane et, par suite, le courant à travers le thyristor et le rendement d'injection des couches émettrices sont augmentés. 2Q Si l'intensité de l'éclairage et, par conséquent, le nombre des paires de porteurs de charge produites par unité de temps sont suffisamment grands, la somme des rendements- d'injection des deux couches émettrices devient égale à 1 et le thyristor passe à l'état conducteur. La longueur d'onde de l'éclairage doit se situer principalement dans le domaine dé 1'infra-rouge et être de préférence de l'ordre de 1 yum , le rendement de 1' éclairage atteignant alors un maximum. Pour pouvoir produire des paires de porteurs de charge, l'éclairage doit toutefois (dans le cas d'un thyristor au silicium) 69 11752 -3- 2006970 contenir suffisamment d'énergie de longueur d1 onde inférieure à l,2yum environ, valeur qui correspond à l'intervalle entre les deux bandes du silicium. A titre de source lumineuse appropriée, on peut mentionner une diode luminescente au Ga-As ou un laser au Ga-As, qui 5 produit une lumière monochromatique de longueur d'onde égale à 0,9^x^1 L'intensité de 11 éclairag^ui frappe les surfaces du corps semiconducteur doit être au moins de 1'-ordre de grandeur de 10 à 10C mW/cm , cette valeur dépendant de la répartition spectrale de la lumière . 10 Etant donné que le thyristor selon l'invention est illuminé à la fois du côté de l'anode et du côté de la cathode, on retire plusieurs avantages importants en comparaison des thyristors à commande optique jusqu'ici connus. Avec ces derniers, les porteurs de charge sont produits, dans une 15 mesure prépondérante, dans la couche de "base qui est la plus proche de la surface éclairée; par contre, avec le thyristor de l'invention, ils sont produits dans la même mesure dans les deux couches de "base. De ce fait, poux la même intensité d'illumination, il est produit beaucoup plus de paires de porteurs de charge par unité de temps dans 20 ce dernier thyristor, ce qui se traduit par un amorçage plus rapide et plus efficace (temps d'activation plus court) et, par conséquent, par une plus grande tenue vis-à-vis d'un courant de charge à croissan ce rapide. Inversement, on peut utiliser une intensité d'illumination plus 25 faible que dans le cas des thyristors éclairés d'un seul côté et, malgré cela, obtenir un amorçage aussi rapide et sûr que dans ceux-ci. Selon une forme préférée d'exécution de l'invention, le contact anodique et le contact cathodique sont munis d'orifices à travers les 30 quels l'éclairage peut frapper le corps semi-conducteur. Ces orifices sont disposés de préférence à la partie centrale de ces contacts. De la sorte, on obtient une extension aussi rapide et uniforme que possible de 1*amorçage de la fraction" illuminée au reste de la section du thyristor. 35 La figure 2 représente un thyristor selon la ligure 1, monté en vue de la commande de la puissance -d'alimentation de la charge 17 à partir de la source 16 de courant alternatif. Un dispositif de commande 11 émet selon un mode connu -des impulsions depoura^t dont 11752 -4- 2006970 la position de phase peut- être modifiée en fonction de la tension d1 alimentation au moyen d'un signal de commande TJ . La diode luminescente 12 est connectée à la sortie du dispositif d'impulsions de commande s et délivre des impulsions lumineuses qui sont dirigées, au moyen des 5 guides de lumière 13 et 14, du côté anodique et du côté cathodique du thyristor. Les conducteurs de lumière sont de préférence constitués par des faisceaux de fibres de verre optique. A partir d'une seule source d'impulsions lumineuses, on peut évidemment commander plusieurs thyristors montés en série et en parallè-10 le. Selon une autre forme d'exécution de l'invention, des sources lumineuses séparées pourraient être agencées en vue de l'éclairage des câtés anodique et cathodique du thyristor. En cas de défaillance de l'une des sources lumineuses, le fonctionnement peut se poursuivre sans 15 perturbation, bien qu'avec une tenue réduite vis-à-vis des courants de charge à croissance rapide; on dispose de ce fait d'une plus grande fiabilité. Lorsqu'il s'agit d'un circuit à plusieurs thyristors, on peut par exemple utiliser une source lumineuse pour 1'éclairage des côtés anodiques des thyristors et une autre source lumineuse pour 20 l'éclairage des côtés cathodiques. Il est du reste bien entendu que le mode de réalisation de l'invention qui a été décrit ci-dessus, en réference aux dessihs annexés, a été donné à titre purement indicatif et nullement limitatif et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans que 1' 25 on s'écarte pour cela du cadre de la présente invention. 69 11752 -5- 2006970 - REVENDICATIONS - 1.- Circuit à thyristor comportant un thyristor dont les contacts anodique et cathodique sont disposés sur deux faces opposées du corps semi-conducteur, et un dispositif de commande illuminant le corps semi-conducteur pour activer le thyristor, caractérisé par le fait que le dispositif émetteur d'impulsions de commande illumine les deux faces opposées du corps semi-conducteur. 2.- Circuit à thyristor selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les contacts anodique et cathodique du thy ristor sont munis d'orifices, le dispositif de commande illuminant 10 le corps semi-conducteur à travers ces orifices. 3.- Circuit à thyristor selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le dispositif de commande comprend deux sources lumineuses séparées, dont l'une illumine le côté anodique" et 1 ' autre le côFé^caîEëSx^ïe" du 'fhyristorT ~ ~