режиме выключения [Но and Sen, 1984]. Типичная форма управляющего тока и напряжения показаны на рис. 4.11.

Для обеспечения надежного включения пркбора требуется импульс с амплитудой, в 5-10 раз превышающей минимальный отпирающий ток управления. Во включенном состоянии полезно <-поддерживать длительный управляющий ток, чтобы запираемый тиристор оставался во включенном состоянии, даже если ток прибора на короткое время снизитса до уровня-ниже тока удержания.

В процессе выключения р- -переход управляющего электрода смещается в режим лавинного пробоя напряжением L{di/dt) цепи управления. Это напряжение ускоряет восстановление эмиттерного перехода, но если оно прикладывается достаточно долго, то возможно разрушение прибора, обусловленное большой мгновенной мощностью.

Когда тиристор находится в выключенном состоянии, существует возможность возникновения мгновенного напряжения на электродах. Поскольку катодный эмиттер запираемого тиристора не имеет внутреннего шунтирования, прибор защищается от ложного включения путем обеспечения длительного обратного смещения между управляющим электродом и катодом, экстрагирующего емкостной ток Cd{dv/dt) или ток утечки из базы.

4.4. Тиристор с обратной проводимостью ТОП]

В случае необходимости пропускания переменного тока для упрощения основной схемы инвертора, показанной на рис. 4.7, и ряда других схем с встречно-параллельной комбинацией тиристора и диода, следует применять тиристор с обратной проводимостью. Базовая структура однокристального ТОН показана на рис. 4.20.

УЭ Катод 1

1 I I-

Тиристор

Диод

Катод о

-ОУЭ

Анод

Область изоляи,ии Рис. 4.20. Структура ТОП:

Э - управляющий электрод, / - канавка, вытравленная для увеличения сопротивления изоляции

Поскольку топ не обладает обратной блокирующей способностью, возможно уменьшение толщины кремниевой пластины за счет уменьшения глубины обычно обратно блокирующего р-эмиттера приблизительно до 80 мкм и замены его тонким р-эмиттером с малым блокирующим напряжением Более того, анодный эмиттер может быть выполнен с распределенными шунтами (см. п. 3.4.3), позволяющими уменьшить коэффициент передачи р- п-р-транзистора, а также создать основу для дальнейшего уменьшения ширины п-базы и обеспечения прямого блокирующего напряжения.

Таким образом, ТОП имеет более тонкую структуру и соответственно меньшую мощность потерь во включенном состоянии для заданного времени жизни неосновных носителей заряда, чем ранее рассмотренные приборы. Кстати, уменьшенная толщина структуры и - если используются - анодные шунты позволяют иметь меньшее время жизни неосновных носителей заряда, чем у обычных приборов без ухудшения прямой блокирующей характеристики и характеристики во включенном состоянии. Меньшее время жизни неосновных носителей заряда и толщина прибора способствует его быстрому выключению [Matsuzawa, Usunaga, 1970]. ,

Преимуществом ТОП по сравнению с парой диод - тиристор является его поведение в течение процессов выключения. При встречном включении пары тиристор - диод между этими компо центами неизбежно возникает паразитная индуктивность. Во время выключения тиристора ток течет в диод, создавая падение напряжения в приборе, равное сумме прямого напряжения на диоде и произведения L{di/dt). Это напряжение имеет отрицательный знак на протяжении всего периода, перед тем как ток диода достигает своего максимального значения.

Однако в ТОП отсутствует индуктивность между интегрально-встроенными диодом и тиристором. Поэтому обратное напряжение на тиристоре определяется при обратном протекании тока как прямое напряжение на диоде и остается отрицательным в течение периода полной проводимости диода.

Таким образом, в ТОП обратное напряжение прикладывается к тиристору в течение длительного промежутка времени и помо гает восстановлению запирающей и блокирующей способности прибора, обеспечивая меньшие времена выключения [De Bruyne, Jaeckiin, 1979].

Очень важным при проектировании ТОП является получение хорошей изоляции между диодной и тиристорной областями. В обычном режиме работы тиристорная область не проводит тока и восстанавливает способность к блокированию только во время этапа проводимости диода. Изоляция необходима для того, чтобы избыточные носители в диоде в течение этого времени не проникали в тиристор, поскольку избыточный заряд приводил 114

бы к его разрушению во время выключения [Gama, Funakawa, Shimizu, 1977].

Существует три подхода к созданию изоляции. Во-первых, это получение изолирующей области за счет высокого сопротивления р-базы между приборами (рис. 4.20), во-вторых, высокого сопротивления п-базы и, в-третьих, с помощью области с понижен-ным временем жизни неосновных носителей заряда. Высокое со- противление р-базы обеспечивается путем введения канавки (см. на рис. 4.20) или за счет увеличения сопротивления п-базы в результате продвижения р-эмиттера в изолирующую область. Локальная область с уменьшенным временем жизни неосновных носителей заряда может быть создана облучением электронами или локальной диффузией золота.

И в тиристорной, и в диодных областях требуется контролировать времена жизни неосновных носителей заряда для того, чтобы получить меньшее время выключения тиристора и регулировать заряд восстановления диода. К сожалению, в общем случае времена жизни неосновных носителей заряда для диода и тиристора не одинаковы [Huang, Barnes, 1985]. Однако эта проблема решена в [Toda е.а., 1983], где использована диффузия золота для регулирования времени жизни носителей в тиристоре и диффузия платины для регулирования времени жизни носителей в диоде.

При проектировании ТОП выбор относительных размеров площади диода и тиристора зависит от условий применения прибора. Целесообразно проектировать диод и тиристор с идентичными характеристиками падения напряжения во включенном состоянии для одинакового уровня тока. Чаще всего ТОП используется в преобразователях электрической тяги [lida е.а., 1980].

4.5. Тиристоры, включаемые светом

Оптически включаемые силовые тиристоры, являются весьма желательными в будущем для высоковольтных схем, где необходима высоковольтная изоляция цепей управления и для применения в условиях, где электрические наводки создают помехи в цепи управления. В особенности это важно для тиристоров, применяющихся в преобразователях высоковольтных линий электропередач постоянного тока, где требуется изоляция, превышающая 100 кВ относительно потенциала земли.

Приемлемым решением для электрически включаемого тиристора является использование оптически связанной системы, включающей в себя светоизлучающий диод (LED), передающий излучение через оптический волоконный кабель фототранзисторному детектору. Недостаток такого решения связан с наличием Детекторной системы и источника питания, находящихся в схеме Под напряжением того же самого потенциала, что и тиристор. При