МОЩНЫЙ ТИРИСТОР С ПОВЫШЕННОЙ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬЮ

Предлагаемая полезная модель относится к области силовых полупроводниковых приборов и может быть использована в конструкции полупроводниковых ключей тиристорного типа.
GD
GD
GD
В настоящее время значительная часть мощных преобразователей электрической энергии работает в условиях с высоким уровнем электрических помех в цепях управления тиристоров. К ним следует отнести: тиристорные преобразователи тяговых двигателей электровозов, главных приводов прокатных станов и т.п. Тиристоры, используемые в этих преобразователях, должны отличатся высокой устойчивостью к воздействию электрических помех. Одним из важнейших параметров тиристоров определяющих уровень их помехоустойчивости является неотпирающее напряжение управления U величина которого составляет несколько десятых долей вольта. Несоответствие величины неотпирающего напряжения U уровню помех, наведенных в цепях управления тиристоров, а именно, когда U тиристоров меньше напряжения наводимого помехами в цепи управления, может привести к сбоям в работе преобразователей и к аварийным ситуациям системы в целом. Величина неотпирающего напряжения управления тиристора в основном определяется конструкцией зоны управления тиристорной структуры. В настоящее время в ряде преобразователей электрической энергии требуется, чтобы неотпирающее напряжение управления используемых тиристоров было достаточно большим не менее 0,7…0,8 В.
Наиболее близким техническим решением является [1], согласно которому в конструкции зоны управления полупроводникового элемента силового тиристора, изготавливаемого на основе монокристаллического кремния n-типа проводимости, используется вариант регенеративного управления с центральным управляющим электродом (Фиг.1). Конструкция зоны управления этого изделия включает:
+
+
- основную p-n-p-n 1 и вспомогательную 2 n-p-n-p структуры, изготовленные одновременно диффузионным способом;
- алюминиевую металлизацию центрального управляющего электрода 3, выполненную в виде круга, контуром 4 которого является окружность с центром, совмещенным с центром полупроводникового элемента;
+
+
- n-эмиттерную область вспомогательной np-n-p структуры 5, покрытую алюминиевой металлизацией 6, выполненную в форме кольца с центром, совмещенным с центром полупроводникового элемента.
GD
Максимальное значение U этой конструкции не превышает 0,5 В. В случае высокого уровня помех в цепи управления тиристоров этого часто бывает недостаточно.
Целью полезной модели является увеличение неотпирающего напряжения управления тиристоров до значения 0,7-1,0 В.
+
+
+
+
+
Указанная цель достигается за счет того, что в мощном тиристоре, состоящим из монокристаллической пластины кремния имеющей основную p-n-p-n структуру с центральным управляющим электродом и вспомогательной n-p-n-p структурой с металлизированной n-эмиттерной областью дополнительно между управляющим электродом и металлизированной n-эмиттерной областью расположен барьерный n-слой кольцевой формы.
На Фиг.2 показана область управления мощного тиристора с повышенной помехоустойчивостью.
+
+
+
+
+
Тиристор состоит из основной p-n-p-n структуры 1, изготовленной диффузионным методом на пластине монокристаллического кремния n-типа проводимости. В центральной части структуры нанесен слой алюминия 2, выполняющий роль управляющего электрода. Вокруг управляющего электрода расположена вспомогательная n-p-n-p структура 3 с n-эмиттерной областью 4, на поверхность которой нанесен слой алюминия 5. Между управляющим электродом и n-эмиттерной областью создан барьерный n-слой 6 кольцевой формы.
GD
Созданный барьерный слой увеличивает электрическое сопротивление в цепи управления тиристора, увеличивая тем самым величину неотпирающего напряжения управления. Величина приращения U зависит от выбора места расположения барьерного слоя, его глубины и ширины.
Данное техническое решение позволяет увеличить неотпирающее напряжение управление в 1,5-2 раза.
Проведенные испытания конструкции тиристоров с использованием предлагаемого технического решения подтвердили факт увеличения неотпирающего напряжения управления тиристоров до заданного расчетного значения 0,7-1,0 В. Это должно положительно отразится на надежности работы преобразовательного оборудования, эксплуатируемого в условиях высокого уровня помех в цепи управления тиристоров.
Источники информации
[1] А.Блихер. Физика тиристоров. Ленинград, Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1981, стр.111.