DE1489092C - Steuerbare Halbleitergleichrichter - Google Patents

Description

zone(n) für- den zwischen der bzw. den Steuerelektroden und der kontaktierten Kathoden- bzw. Anodenteilzone fließenden Steuerstrom so bemessen ist, daß er die zulässige Stromanstiegsgeschwindigkeit des Laststromes zwischen Kathode und Anode erhöht.

Es sei an dieser Stelle auf einen in der französischen Patentschrift 1 353 370 beschriebenen steuerbaren Halbleitergleichrichter mit einem Halbleiter-

In sämtlichen Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen'Bezugszeichen versehen. .

Der steuerbare Halbleitergleichrichter nach Fig. 1 und la besteht aus einem Halbleiterkörper mit vier aufeinanderfolgenden Zonen 1, 2, 3, 4, die zusammen eine pnpn-Zonenfolge bilden. An der p-leitenden Anodenzone 1 ist die Anode mit einem Anodenanschluß angebracht, und es ist die η-leitende Kathodenteilzone 4 mit der Kathode 5 versehen. In der

körper mit vier Zonen abwechselnd entgegengesetz- io p-leitenden Basiszone 3 ist neben der n-leitenden, ten Leitungstyp hingewiesen, bei dem zwar eben- mit der Kathode 5 versehenen Kathodenteilzone 4 falls-die kathoden- oder die anodenseitigen äußeren eine zweite η-leitende Kathodenteilzone 6 angeord-Zonen nur teilweise kontaktiert sind. Weitere nicht net, an der ein Kontakt 7 angebracht ist. Unmittelbar kontaktierte Teilzonen der äußeren Zone sind vor neben der η-leitenden Kathodenteilzone 6 ist eine jeweils einer Steuerelektrode räumlich näher angeord- 15 Steuerelektrode 10 mit einem Steueranschluß an der net als die kontaktierten Teilzonen. Die nicht kontak- p-leitenden Basiszone 3 angebracht. Der Kontakt 7 tierten Teilzonen bilden auch für den zwischen ist über einen äußeren Widerstand 8 mit der Ka-Steuerelektrode und kontaktierter Teilzone fließen- thode 5 verbunden. Der Größenwert des Widerstanden Steuerstrom einen elektrischen Widerstand. Der des 8 soll mindestens von der gleichen Größenordbekannte steuerbare Halbleitergleichrichter ist jedoch 20 nung wie ein im Anodenstromkreis des steuerbaren zur Begrenzung des Stromes nach dem Zünden auf Halbleitergleichrichters liegender .Lastwiderstand 9

sein. Durch den Größenwert des Lastwiderstandes 9 ist die Größe des Anodenstromes bestimmt.

Beim Anlegen eines Zündimpulses wird ein aus

rechte Spalte, Abs. 3, der in Betracht gezogenen 35 den Zonen 1, 2, 3 und 6 bestehender Teil des Steuer-Patentschrift). Die erfindungswesentliche Bedeutung baren Halbleitergleichrichters gezündet. Ein sodann

einen relativ niedrigen Wert ausgebildet, und es ist hierfür die teilweise Kontaktierung der Zonen erwiesenermaßen nicht funktionswesentüch (vgl. S. 3,

des Transversalwiderstandes der nicht kontaktierten Teilzonen ist auch nicht bei dem bekannten steuerbaren Halbleitergleichrichter relevant. Von diesem

von der Anode über dieZonen 1, 2, 3 und 6 und den äußeren Widerstand 8 zur Kathode 5 fließender und über den Lastwiderstand 9 weiter fließender Strom

unterscheidet sich ein steuerbarer Halbleitergleich- 30 ruft an dem äußeren Widerstand 8 einen Spannungsrichter nach der Erfindung durch eine solche Bemes- abfall hervor, welcher in dem zwischen den n-leisung des Transversalwiderstandes der nicht kontak- tenden Kathodenteilzonen 6 und 4 befindlichen Teil tierten Teilzonen für den zwischen der bzw. den der Basiszone 3 ein elektrisches Feld erzeugt, das Steuerelektroden und den kontaktierten Teilzonen von der p-leitenden Anodenzone 1 in die p-leitende fließenden Steuerstrom, daß er die zulässige -Strom- 35 Basiszone 3 injizierte Ladungsträger zur n-leitenden anstiegsgeschwindigkeit des Laststromes zwischen Kathodenteilzone 4 treibt, wodurch schließlich der Kathode und Anode erhöht. Vierzonenteil 1, 2, 3 und 4 von dem bereits strom-

Mit der Erfindung ist ein steuerbarer Halbleiter- leitenden Vierzonenteil 1, 2, 3, 6 her voll durchgegleichrichter geschaffen, der eine gegenüber den be- zündet wird. Der durch das elektrische Feld von der kannten steuerbaren Halbleitergleichrichtern erheb- 40 Kathodenteilzone 6 zur Kathodenteilzone 4 getrielich größere Einschaltbelastbarkeit und eine dement- bene Strom bewirkt die Einbeziehung eines großen sprechend größere zulässige Stromanstiegsgeschwih- Bereichs der Kathodenteilzone 4 in den Zündvorgang digkeit aufweist. Das Zuführen eines großen Steuer- durch seine parallel zu den pn-Übergängen erfol- und Zündstromes und ein dafür ausgelegter Steuer- gende Auffächerung. Hierdurch erfaßt der im steuergenerator ist bei einem steuerbaren Halbleitergleich- 45 baren Halbleitergleichrichter infolge des Zündvorrichter nach der Erfindung nicht erforderlich. ganges eingeschaltete Anodenstrom ein entsprechend

Der steuerbare Halbleitergleichrichter nach der Erfindung ist im einzelnen noch dadurch weiter gebildet, daß der Wert des elektrischem Widerstandes mindestens von der Größenordnung des Widerstandes des Laststromkreises ist, ferner dadurch, daß der äußere Widerstand eine Impedanz darstellt, sowie dadurch, daß die nicht kontaktierten Teilzonen durch einen äußeren Widerstand überbrückt sind.

Ausführungsbeispiele des steuerbaren Halbleiter- 55 p-leitenden Anodenzone 1 ist die Anode mit einem gleichrichters nach der Erfindung werden an Hand Anodenanschluß angebracht. An der n-leitenden der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt Kathodenzone 4 ist die Kathode 5 mit einem Katho-

F i g. 1 einen Querschnitt durch den Halbleiter- denanschluß angebracht. Die Kathode 5 bedeckt jekörper eines steuerbaren Halbleitergleichrichters mitvier Leitungszonen, So

Fig. la eine Draufsicht auf einen steuerbaren Halbleitergleichrichter nach Fig. 1,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen steuerbaren
Halbleitergleichrichter mit vier Leitungszonen, bei
dem die Kathodenzone nicht vollständig kontaktiert 65 in Fig. 1 dargestellten äußeren Widerstandes 8 ist ist, bei einem steuerbaren Halbleitergleichrichter nach

Fig. 2a eine Draufsicht auf einen steuerbaren F ig. 2 und 2a der Transversalwiderstand der Katho-Halbleiterslcichrichter nach Fi si. 2. denzone 4 in der nicht kontaktierten Kathodenteil-

großes Volumen, es wird die Stromdichte erheblich reduziert und die höchstzulässige Stromanstiegsgeschwindigkeit somit beträchtlich gesteigert.

An Hand der Fig. 2 und 2a wird ein steuerbarer Halbleitergleichrichter nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Der in F i g. 2 und 2 a dargestellte steuerbare Halbleitergleichrichter hat ebenfalls eine pnpn-Zonenfolge 1, 2, 3, 4. An der

doch nur eine Teilzone 12 der Kathodenzone 4. Die nicht köntaktierte Kathodenteilzone 11 ist der auf der p-leitenden Basiszone 3 angebrachten Steuerelektrode 10, welche wiederum mit einem Steueranschlußversehen ist, räumlich näher angeordnet als die kontaktierte Kathodenteilzone 12. An Stelle des

zone 11 wirksam. Der Zündvorgang breitet sich von der der Steuerelektrode 10 benachbarten, nicht kontaktierten Kathodenteilzone 11 her zu der kontaktierten Kathodenteilzone 12 hin aus. Nach F i g. 2 und 2 a hängen die kontaktierte und die nicht kontaktierte Kathodenteilzone zusammen. .

Die vorstehend beschriebenen Beispiele betreffen Ausführungen eines steuerbaren Halbleitergleichrichters mit einem pnpn-Zonenaufbau, in dem der Zündvorgang von der kathodenbenachbarten Basiszone 3 her erfolgt. Ein steuerbarer Halbleitergleichrichter nach der Erfindung kann ebenso einen npnp-Zonenaufbau aufweisen. Hier bildet die äußere p-leitende Zone 1 die Kathodenzone und die äußere n-leitende Zone 4 die Anodenzone, und es breitet sich der Zündvorgang von der anodenbenachbarten Basiszone 3 her zur Anodenzone 4 aus.

Ferner ist die Erfindung als eine Kombination der beiden an Hand der Fig. 1, la und 2, 2a beschriebenen Lösungen ausführbar, dergestalt also, daß bei einem steuerbaren Halbleitergleichrichter mit einem die Stromanstiegsgeschwindigkeit erhöhenden elektrischen ,Widerstand der nicht kontaktierten Kathodenteilzone nach Fig. 2 und 2a zusätzlich noch ein äußerer Widerstand 8 entsprechend Fig. 1 geschaltet wird, welcher den Transversalwiderstand der Kathodenteilzone 11 überbrückt. Hierbei kann sich sowohl am äußeren Widerstand 8 als auch innerhalb der Kathodenteilzone 11 ein Spannungsabfall ausbilden. Ein steuerbarer Halbleitergleichrichter nach der Erfindung muß nun keineswegs eine nahezu punktförmige oder ringförmige Steuerelektrode 10 aufweisen. Die Steuerelektrode 10 kann vielmehr jede Form haben. Sie kann auch zentral oder peripher angeordnet sein. Ferner kann eine Vielzahl von Steuerelektroden vorhanden sein.

Schließlich kann auch ein bidirektional steuerbarer Halbleitergleichrichter, bekannt unter der Bezeichnung »Triac«, der eine Fünfzonenstruktur aufweist, nach der Erfindung' ausgeführt werden, und zwar in der Weise, daß sein Anoden- und sein Kathodenteil erfindungsgemäß ausgebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

I . . 2 lastbar. Die ersten steuerbaren Halbleitergleichrichter Patentansprüche: wurden über eine nahezu, punktförmige Steuerelek trode, die an der Peripherie oder im Zentrum der

1. Steuerbarer Halbleitergleichrichter für hohe Kathode oder Anode an der benachbarten Basiszone Einschaltbelastbarkeit mit einem Halbleiterkör- 5 kontaktiert ist, gezündet. Beim Anlegen eines Steuerper mit mindestens vier Zonen abwechselnd ent- impulses an die Steuerelektrode wird jedoch nicht gegengesetzten Leitungstyps und mit einer sofort die gesamte Kathoden- bzw. Anodenzone geKathode, einer Anode und einer oder mehreren zündet und an der Stromführung beteiligt, sondern Steuerelektroden, dadurch gekennzeich- nur ein begrenzter Bereich davon. Dieser durchn e t, daß die Kathoden- oder/und die Anoden- io gezündete Bereich liegt in unmittelbarer Nähe der zone aus kontaktierten räumlich voneinander ge- Steuerelektrode. Bei sehr steil ansteigendem Anoderitrennten Kathoden- bzw. Anodenteilzonen (4, 6) strom konzentriert sich in diesem Bereich eine sehr besteht, daß die Kathode (5) oder/und die große Energiedichte, die beim Überschreiten eines Anode an eine erste. Kathoden- bzw. Anoden- höchstzulässigen Wertes zum lokalen Aufschmelzen teilzone (4) angeschlossen ist, daß die weitere(n) 15 des Halbleitergleichrichters und damit zu seiner ZerKathoden- bzw. Anodenteilzone(n) (6) zu der störung führt.

bzw. jeweils zu einer Steuerelektrode (10) räum- Es sind steuerbare Halbleitergleichrichter bekannt,

Hch näher als die erste Kathoden- bzw. Anoden- bei denen die Steuerelektrode eine Vielzahl einzelner

teilzone (4) liegt (liegen) und daß die weitere(n) Steuerelektrodenkontakte von bestimmten Formen Kathoden- bzw. Anodenteilzone(n) (6) über (je) 20 aufweist, um zu erreichen, daß ein größerer Bereich

einen äußeren Widerstand (8) mit der Kathode der Kathoden- bzw. Anodenzone bereits zu Beginn

(5) bzw. der Anode verbunden ist (sind). des Zündvorganges stromführend wird. Es läßt sich

2. Steuerbarer Halbleitergleichrichter für hohe jedoch eine Erhöhung der Einschaltbelastbarkeit Einschaltbelastbarkeit mit mindestens vier Zonen durch mehrere Steuerelektrodenkontakte oder beiabwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps und 25 spielsweise eine ringförmig die Kathode oder die mit einer Kathode, einer Anode und einer oder Anode umschließende Steuerelektrode nur dann ermehreren Steuerelektroden, dadurch gekenn- zielen, wenn die Einschaltverzugszeit für alle Steuerzeichnet, daß die Kathoden- und/oder die elektrodenkontakte gleich groß ist. Dies ist aber nur Anodenzone (4) nur teilweise kontaktiert ist, daß dann der Fall, wenn die Zonen gleich dick und die

. eine oder mehrere der nicht kontaktierten Katho- 30 Lebensdauer der Ladungsträger in den Zonen über-

den- bzw. Anodenteilzonen (11) zu der bzw. all gleich groß sind. Bei großflächigen steuerbaren

jeweils zu einer Steuerelektrode (10) räumlich Halbleitergleichrichtern ist dies aber praktisch nie

näher angeordnet sind als die kontaktierte der Fall.

Kathoden- bzw. Anoden teilzone (12) und daß Die Erfindung betrifft einen steuerbaren Halbleiter-

der elektrische Widerstand der nicht kontaktier- 35 gleichrichter für hohe Einschaltbelastbarkeit mit

ten Kathoden- bzw. Anodenteilzone(n) (11) für einem Halbleiterkörper mit mindestens vier Zonen

den zwischen der bzw. den Steuerelektroden (10) abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps und mit

und der kontaktierten Kathoden- bzw. Anodenteil- einer Kathode, einer Anode und einer oder mehreren

zone (12) fließenden Steuerstrom so bemessen ist, Steuerelektroden.

daß er die zulässige Stromanstiegsgeschwindig- 40 Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,

keit des Laststromes zwischen Kathode und steuerbare Halbleitergleichrichter derart auszubilden,

Anode erhöht. . daß unabhängig von der Beschaffenheit dor Zonen,

3. Steuerbarer Halbleitergleichrichter nach An-. insbesondere deren Homogenität, eine im Vergleich spruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß zu bekannten steuerbaren Halbleitergleichrichtern der Wert des elektrischen Widerstandes (8 bzw. 45 wesentlich schnellere Ausbreitung des Zündvorgan-11) mindestens von der Größenordnung des ges von der Steuerelektrode her möglich ist. Widerstandes (9) des Laststromkreises liegt. Eine Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungs-

4. Steuerbarer Halbleitergleichrichter nach An- gemäß darin, daß die Kathoden- oder/und die spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Anodenzone aus kontaktierten räumlich voneinander Widerstand (8) eine Impedanz darstellt. 50 getrennten Kathoden- bzw. Anodenteilzonen besteht,

5. Steuerbarer Halbleitergleichrichter nach daß die Kathode oder/und die Anode an eine erste einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn- Kathoden- bzw. Anodenteilzone angeschlossen ist, zeichnet, daß die nicht kontaktierten Kathoden- daß die weitere(n) Kathoden- bzw. Anodenteilzone(n) bzw. Anodenteilzone(n) (11) durch einen äußeren zu der bzw. jeweils zu einer Steuerelektrode räum-Widerstand (8) überbrückt ist (sind). 55 Hch näher als die erste Kathoden- bzw. Anodenteilzone Hegt (liegen), und daß die weitere(n) Kathodenbzw. Anodenteilzone(n) über (je) einen äußeren

Widerstand mit der Kathode bzw. der Anode verbunden ist (sind).

• 60 Eine zweite Lösung dieser Aufgabe besteht erfin-

Steuerbare Halbleitergleichrichter kommen in der dungsgemäß ferner darin, daß die Kathoden- und/ Schaltungstechnik in immer stärkerem Ausmaß zum oder die Anodenzone nur teilweise kontaktiert ist, Einsatz, und die an sie gestellten Anforderungen, daß eine oder mehrere der nicht kontaktierten z. B. kürzere Einschaltzeit und entsprechend höhere Kathoden- bzw. Anodenteilzonen zu der oder jeweils Einschaltbelastbarkeit bei Verwendung in Hoch- 65 zu einer Steuerelektrode räumlich näher angeordleistungswechselrichtern, werden ständig größer. net sind als die kontaktierte Kathoden- bzw. Anoden-

Infolge ihres technischen Aufbaus sind steuerbare teilzone, und daß der elektrische Widerstand der Halbleitergleichrichter nur begrenzt thermisch be- nicht kontaktierten Kathoden- bzw. Anodenteil-