CN203150555U - 快开通晶闸管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的名称为快开通晶闸管。属于晶闸管器件技术领域。它主要是解决现有条状、工字型、辐射状条状放大门极的晶闸管快开通效果不好的问题。它的主要特征是：包括管壳和封装在该管壳内的半导体芯片，半导体芯片为PNPN四层三端结构，芯片上设有短路点、中心门极G、放大门极G、阴极K和阳极A，放大门极G为旋转环绕中心门极G、且一端均匀分布并与中心门极G连接的渐开线指条。改善了快开通晶闸管的门极控制开通时间、di/dt耐量、快开通的均匀性，使其动态特性得到较好的控制，达到同步开通的效果。本实用新型具有提高放大门极延长线、提高初始导通面积、并使延长线所处阴极区周围均匀分布的特点，主要应用于串联逆变电源、脉冲功率器件等装置。
Description
技术领域
本实用新型属于晶闸管器件技术领域。具体涉及一种半导体快开通晶闸管器件，主要应用于串联逆变电源、脉冲功率器件等装置。
背景技术
传统的晶闸管器件，多采用条状门极、工字形门极，此类门极的设置相对阴极面都不是均匀分布。而提高快速晶闸管的快开通效果，首先要提高快开通晶闸管的开关速度和初始导通面积大小。可以缩短快速晶闸管的关断时间和开通时间来提高开关速度，但器件关断时间和开通时间的缩短，同时将引起通态压降、扩展速度、di/dt、开关损耗等对于频率特性至关重要的一系列动态特性参数的变化。
现有技术中通过加长放大门极线，使快速晶闸管阴极面的放大门极呈现辐射状，该辐射结构可由多条渐开线构成，虽然能够在一定范围内提高工作性能，但由于渐开线多指条放大门极很长，在渐开线多指放大门极触发导通的动态过程中，放大门极条本身电阻限制了指条末端的晶闸管阴极区的触发电流强度，导致放大门极指条各区域控制开启时间不均匀、di/dt耐量低、门极控制开启均匀性差、开启动态热对称性差等缺点。
渐开线形排列的短路点间距具有不均等性，而短路点的分布对开通扩展速度有直接的影响。
快开通晶闸管是PNPN四层三端结构的半导体器件，经过特殊放大门极线的平面结构设计和少数载流子控制技术，使其比普通晶闸管具有更高的开关速度，从而适用于200Hz~5kHz的电力变流器。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是采用提高放大门极延长线，提高初始导通面积，并使延长线所处阴极区周围均匀分布结构的快开通晶闸管。
本实用新型的技术解决方案是：快开通晶闸管，包括管壳和封装在该管壳内的半导体芯片，半导体芯片为PNPN四层三端结构，芯片上设有短路点、中心门极G、放大门极G、阴极K和阳极A，其特征在于：所述的放大门极G为旋转环绕中心门极G、且一端均匀分布并与中心门极G连接的渐开线指条。
本实用新型技术解决方案中所述的半导体芯片由硅片、钼片焊结而成，或由下钼片、硅片、上钼片压接而成。
本实用新型技术解决方案中所述的环绕中心门极G的渐开线指条为圆弧形渐开线指条。
本实用新型技术解决方案中所述的环绕中心门极G的渐开线指条为分段渐开线指条。
本实用新型技术解决方案中所述的短路点为呈渐开线指条或圆弧形渐开线或分段渐开线指条排列的阴极图形，短路点直径0.06∽0.6mm，最近短路点间距为0.5∽3.5mm。
本实用新型技术解决方案中所述的分段渐开线指条为分段变宽渐开线指条。
本实用新型技术解决方案中所述的环绕中心门极G的分段渐开线指条为半正六边形渐开线指条，短路点为呈正六边形排列的阴极图形，短路点直径0.06∽0.6mm，最近短路点间距为0.5∽3.5mm。
本实用新型技术解决方案中所述的半正六边形渐开线指条外侧指段宽度小于中间指段宽度，内侧指段宽度大于中间指段宽度。
本实用新型技术解决方案中所述的渐开线指条或圆弧形渐开线或分段渐开线指条为顺时序或逆时序排列。
本实用新型技术解决方案中所述的渐开线指条或圆弧形渐开线或分段渐开线指条为4∽6条。
本实用新型基于对晶闸管开通面积及开通均匀性方面考虑，采用旋转环绕中心门极G、且一端均匀分布并与中心门极G连接的渐开线指条作为放大门极，明显提高了大面积晶闸管门极延长线的长度，且使其均匀分布，提高初始导通面积，并使延长线所处阴极区周围均匀分布，使放大门极都能均匀同时开通，提高快速开通的效果。本实用新型改善了快开通晶闸管的门极控制开通时间、di/dt耐量、快开通的均匀性，使其动态特性得到较好的控制，达到同步开通的效果。本实用新型具有提高放大门极延长线、提高初始导通面积、并使延长线所处阴极区周围均匀分布的特点。本实用新型主要应用于串联逆变电源、脉冲功率器件等装置。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的结构示意图。
图2是本实用新型实施例2的结构示意图。
图3是本实用新型实施例3的结构示意图。
图4是本实用新型实施例2、实施例3中短路点排布示意图。
图5是本实用新型实施例4的结构示意图。
图6是本实用新型实施例2的阴极结构示意图。
图7是本实用新型实施例5的阴极结构示意图。
具体实施方式
实施例1如图1、图4所示。快开通晶闸管上设有中心门极G 1、 放大门极G 2、阴极K 3和阳极A。放大门极G 2为6条旋转环绕中心门极G 1的圆弧形渐开线指条，呈渐开线状分布，中心门极G 1作为控制端，它起到阴极K 3开通的驱动作用。每个圆弧形渐开线指条的起端都位于晶闸管的阴极内边，另端位于晶闸管外边缘外。短路点为呈圆弧形渐开线指条排列的阴极图形，短路点直径0.06∽0.6mm，最近短路点间距为0.5∽3.5mm。由于每渐开线指条间距相同，由此可以使各条渐开线指条门极控制开启时间一致，提高di/dt耐量及门极控制开启均匀性、开启动态热对称性等作用。
实施例2如图2、图6所示。与实施例1的不同在于放大门极G 5半正六边形渐开线指条，短路点4为呈正六边形排列的阴极图形，短路点4直径0.06∽0.6mm，最近短路点间距为0.5∽3.5mm，其沿着晶闸管中心向外侧方向，顺正六边形方向旋转，类似于渐开线结构。由于该放大门极线与短路点排列方向一致，使得放大门极边缘距第一排短路点均匀，使得放大门极开通时各向均匀，达到同步开通的效果。图6是实施例2的阴极结构示意图。
实施例3如图3所示。与实施例2的不同在于放大门极G 6的外侧指段6c、中间指段6b和内侧指段6a宽度不同，内侧指段6a较宽，大于中间指段宽度，外侧指段6c较窄，小于中间指段宽度，也自然加大了短路点4与放大门极间距，减少了因放大门极指条电阻值对开通的影响，使放大门极G 6末端仅需较小的触发电流就可使用晶闸管开通，提高了开通的一致性。
实施例4如图5所示。与实施例1的不同在于圆弧形渐开线指条是逆时序排布的。
实施例5如图7所示。与实施例2的不同在于放大门极G是逆时序排布的。图7是实施例5的阴极结构示意图。
表一是同规格的Φ100mm圆弧形渐开线指条快开通晶闸管和半正六边形渐开线指条快开通晶闸管主要动态特性指标测试对比：
数据表明，在相同的正向断态电压设计时，圆弧形渐开线放大门极较半正六边形渐开线指条放大门极控制开通时间长约3.5%。恢复特性，圆弧形渐开线门极恢复时间比半正六边形渐开线门极图形恢复时间长7%。其开通扩展电压较半正六边形渐开线低25.6%。这表明在运行中圆弧形渐开线有更低的开通损耗。
表二是开通di/dt参数抽样测试对比。从中看到：半正六边形渐开线门极与圆弧形渐开线门极器件极限di/dt都能达到1200A/us。都能达到快速开通。
以上试验结果表明，两种门极图形芯片，扩展电压、di/dt特性无明显区别，其它特性参数大体相当。半正六边形渐开线与圆弧形渐开线门极可以达到同样的快开通效果，关断时间小于120μs，电流上升率di/dt达500∽2000A/μs。
Claims (10)
1.快开通晶闸管，包括管壳和封装在该管壳内的半导体芯片，半导体芯片为PNPN四层三端结构，芯片上设有短路点、中心门极G、放大门极G、阴极K和阳极A，其特征在于：所述的放大门极G为旋转环绕中心门极G、且一端均匀分布并与中心门极G连接的渐开线指条。
2.根据权利要求1所述的快开通晶闸管，其特征在于：所述的半导体芯片由硅片、钼片焊结而成，或由下钼片、硅片、上钼片压接而成。
3.根据权利要求1或2所述的快开通晶闸管，其特征在于：所述的环绕中心门极G的渐开线指条为圆弧形渐开线指条。
4.根据权利要求1或2所述的快开通晶闸管，其特征在于：所述的环绕中心门极G的渐开线指条为分段渐开线指条。
5.根据权利要求1或2所述的快开通晶闸管，其特征在于：所述的短路点为呈渐开线指条或圆弧形渐开线或分段渐开线指条排列的阴极图形，短路点直径0.06∽0.6mm，最近短路点间距为0.5∽3.5mm。
6.根据权利要求4所述的快开通晶闸管，其特征在于：所述的分段渐开线指条为分段变宽渐开线指条。
7.根据权利要求4所述的快开通晶闸管，其特征在于：所述的环绕中心门极G的分段渐开线指条为半正六边形渐开线指条，短路点为呈正六边形排列的阴极图形，短路点直径0.06∽0.6mm，最近短路点间距为0.5∽3.5mm。
8.根据权利要求7所述的快开通晶闸管，其特征在于：所述的半正六边形渐开线指条外侧指段宽度小于中间指段宽度，内侧指段宽度大于中间指段宽度。
9.根据权利要求1或2所述的快开通晶闸管，其特征在于：所述的渐开线指条或圆弧形渐开线或分段渐开线指条为顺时序或逆时序排列。
10.根据权利要求1或2所述的快开通晶闸管，其特征在于：所述的渐开线指条或圆弧形渐开线或分段渐开线指条为4∽6条。
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| CN 201220324574 CN203150555U (zh) | 2012-07-06 | 2012-07-06 | 快开通晶闸管 |
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| CN104409491A (zh) * | 2013-08-26 | 2015-03-11 | 湖北台基半导体股份有限公司 | 高压快开通晶闸管及其制造方法 |
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- 2012-07-06 CN CN 201220324574 patent/CN203150555U/zh not_active Expired - Lifetime
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| CN104409491A (zh) * | 2013-08-26 | 2015-03-11 | 湖北台基半导体股份有限公司 | 高压快开通晶闸管及其制造方法 |
| CN104409491B (zh) * | 2013-08-26 | 2017-10-27 | 湖北台基半导体股份有限公司 | 高压快开通晶闸管及其制造方法 |
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