)Ано8

о Катод

Рис. 4.38. Использование диодного тиристора (/) для защиты силового тиристора

. ~

Рис. 4.39. Тиристор с интегральным защитным диодным тиристором: / - зоны с контролируемым сопротивлением; 2 - электроды демодуляции; 3 - усилива-

ЮН1ИЙ УЭ

теристику обычного тиристора. Прибор переключается в проводящее состояние, когда его напряжение превысит напряжение Уво-Главней особенностью при проектировании диодных тиристоров, которые отличаются от обычных тиристоров значением прямого напряжения переключения, является точная реализация их структуры. Основные факторы, определяющие прямое напряжение переключения тиристора, обсуждались ранее. Так, в п. 2.2.2 приводилось следующее выражение:

VBo = VB(l-cc p -ap p)/ , (4.26)

устанавливающее взаимосвязь между прямым напряжением переключения Уво напряжением лавинного пробоя Ув перехода 12 и коэффициентами передачи составных транзисторов прибора.

При проектировании диодных тиристоров одна из этих трех переменных с успехом может использоваться для контроля Уво> например, Уво зависит от параметров сопротивления п-базы тиристора, а р изменяется при различной толщине слоя р-базы или геометрии катодных щунтов, а а.р р определяется толщиной п-слоя.

в случае приборов, рассмотренных в [Chu, Johnson, Brewster, 1976], диодные тиристоры проектировались для переключения в проводящее состояние с площадью эффекта dv/dt, а не путем превыщения их напряжения по сравнению с Уво- В этом случае геометрия катодных шунтов становится критичной для уровня переключения. Катодные шунты также определяют уровень тока переключения /о, этот параметр можно вычислить для некоторых специальных видов геометрии катодных шунтов, если использовать выражения из § 3.4.

Диодные тиристоры иногда объединяются с высоковольтными тиристорами. В принципе это просто монолитная реализация

схемы, представленной на рис. 4.38, где мощный тиристор, сопротивление и диодный тиристор объединены в одном кристалле [Temple, 1981, 1982] и [Przybysz, Schlegel, 1981]. I, На рис. 4.39 приведена одна из возможных конструкций ти-f ристора. Заметим, что УдоОбласть легко реализуется в структуре диодного тиристора. В этом случае уровень напряжения Vbo устанавливается исходя из ширины р-базы. Эта область окружена областью с высоким омическим сопротивлением, которая поддерживается в немодулированном состоянии вблизи управляющего электрода тиристора, что аналогично сопротивлению, использованному в структурах, чувствительных к свету (см. п. 4.5.2), и выполняет такие же функции по обеспечению защиты при высоких di/dt, когда области первоначального включения сравнительно малы. Как было показано, регенеративный управляющий электрод и последующая область сопротивления используются для обеспечения высоких значений di/dt при включении. Интегральная защита по напряжению используется для тиристоров, работающих в электрически сложных условиях, например в высоковольтных блоках ВЛ постоянного тока, где вероятны сильные перенапряжения и условия высоких dv/dt.

Следующей разновидностью р-п-р-п-прибора, не содержащего управляющего электрода, является диак. Это двунаправленный диодный тиристор, который обладает способностью переключаться в обоих направлениях: прямом и обратном. В конструкции диака объединены два включенных встречно-параллельно диодных тиристора. Они чаще всего применяются в качестве переключающих элементов триаков в низковольтных схемах, где требуется обеспечить уровень напряжения Vbo от 20 до 40 В (см., например, [Blicher, 1978]).

4.9. Гибридные соединения попевых транзисторов и тиристоров

Комбинация тиристора и МОП- (металл - оксид - полупро-одник) транзистора позволяет создать несколько новых типов иощных приборов. Рассмотрим две наиболее распространенных из них - тиристор с шунтами, управляемыми МОП-транзисторами [Stoislek, Patalong, 1985], и тиристор - МОП-транзистор [Leipold е. а., 1980].

4.9.1. Шунты, управляемые МОП-транзисторами

В тиристоре катодные шунты используются для повышения стойкости dv/dt. Введение эмиттерных шунтов ухудшает другие параметры приборов, а именно: падение напряжения во включенном состоянии, время включения и чувствительность к сигналу управления. При наличии в каждом катодном шунте элементарного МОП-транзистора появляется возможность эффек-

п+ \п+\

vzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzypzzi

Рис. 4.40. Катодные эмиттерные шунты, управляемые МОП-транзистором: / - катод; 2 - МОП-управляющий электрод; 3 - зашунтированная область; 4 - анод

Рис. 4.f 1. Структура тиристор - МОП-транзистор

тивно включать или выключать шунты, подавая сигнал управления на затвор транзистора.

Катодные шунты, управляемые МОП-транзисторами, показаны на рис. 4.40. Катодный эмиттер тиристора состоит из отдельных элементов, изолированных от шунтов участками р-базы. Управляющий электрод с МОП-транзистором располагается над этой изолирующей областью р-базы, и, когда МОП-управляющий электрод смещается в прямом направлении, происходит формирование п-канала, электрически связывающего эмиттер и шунтирующую область.

Такую структуру можно также предложить для осуществления запирания тиристора по управляющему электроду [Temple, 1984]. Когда шунты включены, ток будет протекать в основном через них, а не через катодный эмиттер, что приводит к восстановлению эмиттерного перехода; и прибор выключается. Продольный ток в р-базе под эмиттером будет смещать эмиттер в прямом направлении. Тем не менее для достижения полного выключения прибора сопротивление р-базы должно быть малым. Это предполагает высокий уровень легирования в р-базе и небольшие продольные размеры катодного эмиттера.

Таким образом, применение шунтов, управляемых МОП-транзистором, позволяет либо улучшить характеристики включения-выключения обычных быстродействующих тиристоров, либо отключить тиристор с помощью МСЗП-транзисторных шунтов. Последнее предпочтительнее в случае использования комбинации тиристор - МОП-транзистор.

4.9.2. Тиристор - МОП-транзистор

Прежде всего необходимо отметить, что этот прибор можно классифицировать только как тиристор [Leipold е. а., 1980], [Temple, 1984]. По своей конструкции (рис. 4.41) тиристор -