-а. .1 Ul

Рис. 3.24. Поперечное сечение кольцевой конструкции регенеративного управляющего электрода: J - управляющий электрод;

2 - управляющий тиристор;

3 - основной тиристор

скольку ток управления течет в р-базе под областями как вспомогательного, так и основного управляющего переходов, общее сопротивление между управляющим электродом и катодом оказывается при кольцевой конструкции управляющего электрода больше, чем при его обычной конструкции. Это приводит к большему падению напряжения в направлении от управляющего электрода к катоду при включении (см. рис. 3.24):

(3.42)

Рассмотрим теперь влияние на процесс включения тиристора воздействия dv/dt или тока утечки регенеративного управляю щего электрода. Для тиристора с центральным управляющим электродом можно определить зависимость критической плотности тока при включении от этих эффектов, которые связаны с геометрией управляющего электрода.

Для вспомогательного тиристора

Л(.),=

ДЛЯ основного тиристора

41/,

(3.43)

(3.44)

Ps{d2 - r%)

Даже при ложном включении, обусловленном эффектом dv/dt или током утечки, желательно, чтобы само включение происходило на внутренней границе вспомогательного тиристора с целью обеспечить максимально возможную защиту прибора на этой стадии. Речь идет о выполнении условия Jc (z) р </<, (z) д, и, следовательно, соотношения

rs2-rh<:rsi-rl. (3.45)

Для тиристора с центральным управляющим электродом важным требованием является обеспечение меньшего значения критического тока для вспомогательного тиристора по сравнению с главным тиристором.

X--Ш

Рис. 3.25. Пример разветвленного управляющего регенеративного электрода

Хотя ДЛЯ большинства типов тиристоров широко используется простой кольцевой регенеративный управляюший электрод, часто отдается предпочтение комбинации регенеративного управ ляющего электрода с разветвленным или распределенным управляющим электродом (рис. 3.25).

Поскольку ток нагрузки усиливает сигнал управления при на личии регенеративного управляющего электрода, можно увели чить периметр разветвленного электрода, сохранив в то же время приемлемую чувствительность к сигналу управления. Как показано на рис. 3.25, при включении ток управления, поступая из нагрузки, течет вдоль ветви разветвленного управляющего электрода. Для того чтобы иметь равномерное распределение тока управления, сопротивление ветви управляющего электрода должно быть достаточно низким.

За счет этого можно также существенно предотвратить разрушение прибора, обусловленное чрезмерной плотностью тока в ветвях в течение фазы включения. Разветвленный регенеративный управляющий электрод широко используется для быстродей ствующих тиристоров, которые имеют низкие потери при включении, высокую стойкость к эффекту di/dt и быстрое включение [Assalit, Tobin, Wu, 19781, [Boster Ling, Sommer, 1980] и [Voss, 1974].

Глава 4

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ ТИРИСТОРОВ

Для многих областей применения весьма важно, чтобы ти-ристор обладал малым падением напряжения в проводящем со-стоянии. В ряде случаев не существует более важного параметра, чем время выключения прибора. Наряду с этим для некоторых видов оборудования существенно значение блокирующего на-L пряжения тиристора. Конечно, детальные требования к тиристо-I - 93

рам изменяются в зависимости от их конкретных областей применений. Не удивительно поэтому, что в последние годы создано большое количество разнообразных модификаций этих приборов, некоторых из которых рассматриваются в этой главе.

4.1. Тиристоры с комбинированным выключением 1ТКВ)

В ходе проектирования многих мощных электронных схем очень важно обеспечить малые потери при высокой рабочей частоте. Это позволяет уменьшить размеры, массу и стоимость устройств и дает реальную возможность улучшения эффективности преобразования. Применение тиристоров на этих частотах ограничивается временем выключения прибора.

Для обычных тиристоров уменьшение времени выключения может быть достигнуто за счет ухудшения их остальных характеристик: возрастает падение напряжения в открытом состоянии и уменьшается скорость распространения включенного состояния. Например, для тиристора с напряжением 1200 В типичное время выключения 15 мкс. Тиристор с комбинированным включением имеет время выключения меньше 6 мкс при напряжении 1200 В [Shimizu, Ока, Funakawa, 1976].

Принцип комбинированного выключения аналогичен механизму улучшения времени выключения при введении распределенных шунтов эмиттерного перехода тиристора. Как показано в § 3.4, шунты катодного эмиттера действуют в течение этапа прямого восстановления, отводя одновременно ток восстановления и ток смещения, обусловленный эффектом dv/dt, из тиристора без прямого смещения перехода п-эмиттер - р-база (J3).

В тиристорах с комбинированным выключением управляющий электрод выполняет те же функции, что и в обычном тиристоре, но при. этом управляющий электрод смещается в обратном направлении, обеспечивая, таким образом, противодействие некоторому прямому смещению -эмиттерного перехода (рис. 4.1). Поскольку цепь управляющего электрода разомкнута, ток восстановления протекает непосредственно через п-эмиттер ранее смещенного в прямом направлении эмиттерного перехода и вызывает его разрушение в течение процесса выключения.

В случае же отрицательного смещения управляющего электрода ток восстановления течет к управляющему электроду вдоль р-базы. В результате еще больше увеличивается напряжение прямого смещения Vs п-эмиттерного перехода, если сопротивление р-базы слишком высоко. Для линейного катода шириной S [Shimizu, Ока, Funakawa, 1976]

Vs==-, (4.1)

где / (z) - сумма токов смещения и восстановления запирающей способности; р, - поперечное сопротивление р-базы.