DE2447621A1 - Thyristor mit abschaltung ueber steuerelektrode und einem pilot-siliziumgleichrichter - Google Patents

Thyristor mit abschaltung ueber steuerelektrode und einem pilot-siliziumgleichrichter

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DE2447621A1 DE19742447621 DE2447621A DE2447621A1 DE 2447621 A1 DE2447621 A1 DE 2447621A1 DE 19742447621 DE19742447621 DE 19742447621 DE 2447621 A DE2447621 A DE 2447621A DE 2447621 A1 DE2447621 A1 DE 2447621A1
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Description

Thyristor mit Abschaltung über Steuerelektrode und einem Pilot-Siliziumglelchrichter
Die Erfindung betrifft Thyristoren für hohe Stromstärken mit Piloteinrichtungen zur Erleichterung der schnellen Einschaltung der Einrichtung, welche auch noch die Eigenschaft der Abschalt barkeit über die Steuerelektrode (Gitter) (gate) besitzen.
Gesteuerte Halbleiter-Gleichrichter werden immer häufiger verwendet. Die Schaltungskonstrukteure haben eine ständig steigende Anzahl von Anwendungsmöglichkeiten für diese Einrichtungen geschaffen. Einige Anwendungsmöglichkeiten stellen sehr hohe Anforderungen und erfordern ungewöhnliche elektrische Eigenschaften der zu verwendenden gesteuerten Gleichrichter. Beispielsweise
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erfordern einige Anwendungsfälle Einrichtungen mit äußerst hohen Stromstärken, und für andere Anwendungszwecke werden Einrichtungen mit sehr schneller Ansprechzeit benötigt. Gewisse Anwendungsfälle erfordern eine Kombination von ungewöhnlichen Eigenschaften bei einer gegebenen Einrichtung. Beispielsweise wird für die Anwendung auf hohe Leistungen oft auch noch die Verarbeitung von hohen Frequenzen gefordert. Wenn jedoch der Aufbau von gesteuerten Gleichrichtern abgeändert wird, um für dieselben eine vorgegebene Eigenschaft zu erhalten, dann werden manchmal andere Eigenschaften nachteilig beeinflußt. Beispielsweise wird gewöhnlich der leitende Querschnitt allgemein vergrößert, um eine solche Einrichtung mit einer hohen Stromdurchlaßkapazität auszustatten. Eine solche Vergrößerung des stromführenden Querschnittes besitzt allgemein eine nachteilige Auswirkung auf die Ansprechzeit der Einrichtung. Dies gilt aus dem folgenden Grund: Ein gesteuerter Halbleiter-Gleichrichter ist typischerweise eine Vierschicht-Einrichtung, die drei PN-Grenzschichten bildet. Eine der äußeren Schichten ist eine Emitter-Schicht (Kathode). Im allgemeinen ist der stromdurchlässige Querschnitt des gesteuerten Gleichrichters koextensiv mit dem Querschnitt des Emitters (Kathode). Die Einschaltung des Gleichrichters ist jedoch nur an der Peripherie des Emitters
oder möglich und geschieht oft nur an einem Punkt an/wenigen Punkten an dieser Peripherie. Um den übrigen Teil des potentiell leitfähigen Querschnittes leitfähig zu machen, wird eine endliche Ausbreitungszeit oder Verteilungszeit benötigt. In großen Einrichtungen kann diese Verteilungszeit mehrere hundert Mlkrosekunden betragen. Man wird erkennen, daß eine solche lange Einschaltzeit die wirksame Verwendung von großen Einrichtungen mit Signalen hoher Leistung und hoher Frequenz verhindert. Wenn daher bei Hochleistungseinrichtungen mit hoher Frequenz ein konventioneller gesteuerter Halbleiter-Gleichrichter verwendet wird, wird die volle Leistung manchmal schneller angelegt, als die volle Leitfähigkeit erreicht werden kann. In diesem Falle kann dann die Stromdichte in dem stromleitenden Bereich oder Querschnitt die
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Sicherheitsgrenze für diese fragliche Einrichtung übersteigen und zum Defekt der Einrichtung führen. Dies ist bereits bekannt. Es wird hierzu beispielsweise auf das Buch "SCR MANUAL", 5. Auflage, Copyright General Electric Company, 1972, verwiesen.
Eine Lösung für das Problem einer unzulässig längen Ausbreitungspder Verteilungszeit bestand in der Ineinanderschachtelung (interdigitation). Dieser Lösungsweg wird ebenfalls in dem vorgenannten Buch "SCR MANUAL" erörtert. Wenn es erwünscht ist, diese Methode der Ineinanderschachtelung zu benutzen, dann wird die Peripherie des Emitters (Kathode) nicht in einer regulären Form ausgeführt, beispielsweise ein Viereck oder ein Kreis, sondern wird mit einer Vielzahl von Einbuchtungen ausgestattet, so daß alle Punkte des Emitters relativ nah zum Umfang oder zur Umrandung (Peripherie) liegen. Infolgedessen wird die Verteilungszeit weniger problematisch.
Diese Ineinanderschachtelung besitzt jedoch eine Auswirkung auf andere Eigenschaften der Einrichtung. Es wurde beispielsweise gefunden, daß für die Einschaltung des gesamten peripheren Bereiches des Kathode-Emitters ein großer Triggerstrom benötigt wird. Die benötigte Stromstärke ist abhängig von der Länge der Umfangslinie. Man wird jedoch erkennen, daß eine Einrichtung mit Ineinanderschachtelung eine äußerst lange Umfangslinie des Emitters besitzt und daher eine sehr hohe Triggerstromstärke benötigt wird, um den gesamten Umfang einzuschalten. Beispielsweise kann bei einem gesteuerten Gleichrichter mit einer Durchlaßfähigkeit für eine Stromstärke von 200 Ampere eine Triggerstromstärke im Bereich von 5 bis 10 Ampere erforderlich sein. Dies erfordert selbstverständlich, daß Triggersignale mit niedrigem Pegelwert beträchtlich verstärkt werden, um verwendbar zu sein. Hierdurch werden daher die Trigger-Schaltkreise sehr kompliziert. Wenn Jedoch die gesamte Peripherie des Emitters nicht gleichzeitig eingeschaltet wird, wird der größte Teil des Gewinns durch die Benutzung einer ineinandergeschachtelten Struktur wieder zunichte gemacht. Daher kann zusammengefaßt gesagt werden, daß die Inein-
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anderschachtelung eine Methode ergibt, um gesteuerte Halbleiter-Gleichrichter mit hoher Stromstärke für den Betrieb bei hoher Frequenz geeignet zu machen. Die hierbei erhaltenen Einrichtungen erfordern jedoch beträchtliche Trigger-Stromstärken, um wirksam zu arbeiten.
Es wurden in sich abgeschlossene Pilot-Einheiten in den gesteuerten Silizium-Gleichrichtern in einer noch nachstehend im einzelnen erläuterten Weise eingefügt, um das Erfordernis für hohe Trigger-Stromstärken für solche gesteuerten Silizium-Gleichrichter mit hoher Stromstärke zu überwinden. Kurz gesagt, ist ein Pilot-Gleichrichter ein gesteuerter Gleichrichter, der an die Quelle für den zu steuernden Strom und an die Steuerelektrode oder Startelektrode (Zündelektrode) des primären gesteuerten Silizium-Gleichrichters (SCR) gekoppelt wird. Eine geringe Trigger-Stromstärke 1st ausreichend, um den Pilot-Gleichrichter (Pilot-SCR) zu betätigen, welcher seinerseits eine beträchtliche Gitter-Stromstärke an den primären Thyristor (SCR) (gesteuerter Silizium-Gleichrichter) liefert und damit gewährleistet, daß die gesamte Peripherie des Emitters des primären SCRIs stromdurchlässig gemacht wird. Thyristoren mit Pilot-SCR's sind besonders beliebt bei Einrichtungen mit hoher Leistung und hoher Stromstärke.
Eine Eigenschaft der meisten gesteuerten Halbleiter-Gleichrichter besteht darin, daß sie stromdurchlässig bleiben, wenn sie einmal stromdurchlässig gemacht wurden, und zwar so lange bis der durchfließende Strom aufhört. Zu diesem Zeitpunkt werden sie dann wieder gesperrt und bleiben in diesem Zustand, bis die erneut getriggert werden. Daher ist kein ständig aufrechterhaltenes Triggersignal erforderlich, wenn ein gesteuerter Halbleiter-Gleichrichter während einer länger dauernden Zeit in dem stromdurchlässigen Zustand bleiben .soll. In Abhängigkeit von dem Verwendungszweck der Einrichtung kann dieses Merkmal ein Vorzug oder ein Nachteil sein. In der Erkenntnis, daß dieses "Verriegelungs"-Merkmal (latching) von SCR's manchmal nachteilig sein kann, wurden Bemühungen unternommen, um einen Abschalt- oder Sperrmechanismus zu finden, der von dem Durchgang des gesteuerten Stroms durch
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den SCR unabhängig ist.
Es wurde gefunden, daß in einigen SCR1S das Abziehen von Strom aus dem Gitter oder der Steuer- oder Zündelektrode (gate) eine Abschaltung einer solchen Einrichtung induziert. Diese Erscheinung wird ebenfalls in dem vorgenannten Buch "SCR MANUAL" erörtert. Daher wurdenjeinige Einrichtungen so angepaßt, daß sie sehr wirksam auf Sperrsignale an der Steuerelektrode ansprechen. Diese Einrichtungen wurden allgemein als Einrichtungen mit Sperrmöglichkeit an der Steuerelektrode bezeichnet (gate turnoff devices).
Es ergab sich daher die Aufgabe/ eine Einrichtung mit erwünschten -Eigenschaften für bestimmte Anweηdungsfälle für eine solche Einrichtung mit Sperrmöglichkeit über die Steuerelektrode zu schaffen. Eine solche Einrichtung soll eine hohe Stromkapazität besitzen, eine schnelle Einsehaltzeit und die Fähigkeit zur Abschaltung oder Sperrung über die Steuerelektrode. Aus noch nachstehend zu erläuternden Gründen war es jedoch bisher nicht möglich, einen Pilot-SCR in wirksamer Weise in einer solchen Einrichtung mit Sperrmöglichkeit über die Steuerelektrode zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird zur Schaffung einer Einrichtung mit den vorgenannten erwünschten Merkmalen ein Thyristor vorgesehen, welcher umfaßt:, .
eine Steuereinrichtung (Gitter) zum Empfang eines Triggersignals, eine pilotgesteuerte leitende Einrichtung, welche einen Pilotanschluß enthält, wobei diese pilotgesteuerte leitende Einrichtung zur selektiven Steuerung des Stromflusses durch den Pilotanschluß bei Vorhandensein der an der Steuerelektrode empfangenen Triggersignale eingerichtet ist, eine primäre gesteuerte stromdurchlässige Einrichtung mit primärem Anschluß, wobei diese primäre gesteuerte Einrichtung zur selektiven Steuerung des Stromflusses durch den primären Anschluß bei Vorhandensein des Stromflusses durch den Pilotanschluß eingerichtet ist, und Hilfssteuer-Elektrodeneinriohtungen, die zur selektiven Verhinderung des Strom-
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flusses durch die primäre Anschlußeinrichtung an die primäre gesteuerte stromdurchlässige Einrichtung gekoppelt sind.
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Abbildungen.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines Thyristors nach dem Stand der Technik.
Figur 2 ist eine Draufsicht des Thyristors nach Figur 1.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht eines ineinandergeschachtelten Thyristors nach dem Stand der Technik.
Figur 4 ist eine Draufsicht eines verbesserten Thyristors mit Sperrmöglichkeit über die Steuerelektrode als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 5 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thyristors.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Thyristor, der einen primären gesteuerten Halbleiter-Gleichrichter und einen gesteuerten Pilot-Halbleiter-Gleichrichter enthält. Ein Steuerelektrodenkontakt empfängt Triggersignale, und bei Vorhandenein der Triggersignale wird der gesteuerte Pilot-Halbleiter-Gleichrichter stromdurchlässig gemacht oder eingeschaltet. Der Stromdurchgang in diesem Pilot-SCR macht den primären gesteuerten Halbleiter-Gleichrichter (SCR) stromdurchlässig oder leitend. An die Steuerelektrode des primären SCR ist ein selektives Stromentnahmesystem gekoppelt. Wenn aus dem selektiven Stromentnahmesystem gemäß der nachstehenden Erläuterung Strom abgezogen wird, wird hierdurch ein Steuerelektroden-Sperrzustand oder Abschaltzustand in dem primären SCR erzeugt. Es wurde daher ein Thyristor geschaffen, welcher einen primären SCR enthält, der von einem Pllot-SCR
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getriggert wird und die Fähigkeit zur Sperrung durch die Steuerelektrode zeigt. Daher wurde ein Thyristor geschaffen, wie dies noch nachstehend im einzelnen beschrieben wird, der in der Lage ist, hohe Stromstärken zu leiten und eine schnelle Einschaltzeit zu besitzen als Ergebnis einer Einschaltung des gesamten Emitterumfanges und weiterhin eine Fähigkeit zur Sperrung oder Abschaltung über die Steuerelektorde besitzt.
Das selektive Stromentnahmesystem kann eine selektive Kopplung, beispielsweise eine Diode, zwischen dem primären SCR und dem Steuerelektrodenkontakt enthalten. Die selektive Kopplung gestattet die Verwendung des Steuerelektrodenkontaktes als Kontakt für die Sperrung über die Steuerelektrode ohne Beeinträchtigung der Fähigkeit zum Zünden des Pilot-SCR mit einer niedrigen Stromstärke. Dies wird noch im einzelnen nachstehend näher erläutert. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines selektiven Kopplungssystems besteht darin, daß das Abziehen des Stroms aus dem Steuerelektrodenkontakt über eine selektive Kopplung gewährleistet, daß der Pilot-SCR und der primäre SCR beide gesperrt werden. Wenn der Strom nicht an dem Steuerelektrodenkontakt abgezogen wird, besteht bei bestimmten ThyristorrrBauformen eine Gefahr dahingehend, daß der Pilot-SCR eingeschaltet bleibt und unbeabsichtigterweise den primären SCR zündet, wenn die' Stromentnahme aufhört.
Man wird erkennen, daß im Falle einer Forderung nach einer noch schnelleren Verteilungszeit oder Ausbreitungszeit eine Ineinanderschachtelung verwendet werden kann. Bei einer solchen ineinandergeschachtelten Bauform werden trotzdem alle vorerwähnten Merkmale und Vorteile weiterhin realisiert.
Es wird zunächst Bezug genommen auf die Figur 1, welche eine Schnittansicht eines Teils eines vorbekannten Thyristors 21 zeigt. Dieser enthält einen Körper aus Halbleitermaterial 22 mit einer Anoden-P-Zone 23, einer inneren N-Zone 24, einer Gatter- oder Gitterzone 25 des Leitfähigkeitstyps P, einer
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Emitterzone 26 des Leitfähigkeitstyps N und einer Pilot-Emitterzone 27 des Leitfähigkeitstyps N. Vier PN-Übergangsbereiche (Grenzschichten) 28, 29, 30 und 31 sind in dem Körper 22 gebildet. Ein metallischer Anodenkontakt 32 bedeckt die untere Oberfläche der Anodenzone 23·
Der Körper 22 aus Halbleitermaterial kann als ein solcher Körper betrachtet werden:» der drei horizontal beabstandete Zonen besitzt. Diese Zonen sind eine Gitterzone 33, eine Pilotzone 31I und eine primäre Zone 35.
Auf der oberen Oberfläche der Gitterzone 33 ist ein metallischer Gitterkontakt J>6 vorhanden. Das Kurzschließen eines Teils des Übergangsbereiches 31 auf der oberen Oberfläche der Pilotzone 3^ erfolgt durch einen Pilotkathodenkontakt 37, der eine äußeren Schaltverbindung zu der Pilotkathode 27 und zu einem Teil der Gitterzone 25 in der Nähe der primären Zone 35 bilden kann. Im wesentlichen koextensiv mit der Emitterschicht 26 in der primären Zone 35 ist ein metallischer Emitterkontakt 38. In der Gitterzone 25 ist schematisch ein Widerstand parallel zu dem Pilotkathodenemitter 27 gezeigt, um anzudeuten, daß die Gitterschicht 25 mindestens in der Nähe der Schicht 27 einen relativ hohen spezifischen Widerstand besitzt. Die Gründe hierfür sind noch nachstehend ausgeführt. Man wird erkennen, daß die Gitter- und Pilotzone 33 bzw. 31J einen Pilot-SCR 41 bilden und der primäre Bereich 35 einen primären SCR k2 bildet. Die Anschlüsse des Pilot-SCR umfassen den Kontakt 37 und einen Teil des Kontaktes Die Anschlüsse des primären SCR umfassen den Kontakt 38 und einen Teil des Kontaktes 32.
Die Arbeitsweise des Thyristors 21 ist die folgende: Der Anodenanschluß 32 wird auf einem positiven Potential bezüglich des Kathodenanschlusses 38 gehalten. In diesem Falle ist der Übergangsbereich 29 in Sperrichtung vorgespannt und stellt einen sperrenden Übergang dar. Um den Stromdurchlaß auszulösen, wird an dem Gitterkontakt 36 ein positives Gittersignal zugeführt.
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Das Gittersignal wird dann in Richtung des negativen Potentials auf den Kathodenkontakt 38 fließen. Das Fließen des Gittersignals erfolgt daher durch die Gitterschicht 25 in seitlicher Richtung zur Kathodenschicht 26. Ein Teil des Stroms kann um die Pilot-Kathodenschicht 27 herum und durch den rechten Teil des Hilfsgitterkontaktes 37 und dann durch die Gitterschicht 25 und von dort erneut zur primären Kathode 26 fließen. In jedem Falle wird der Strom zunächst durch den Widerstand fließen, der schematisch in der Nähe der Pilot-Kathodenschicht 27 abgebildet ist. Dieser Stromfluß wird einen Spannungsabfall der Polarität erzeugen, wie sie in der Nähe des Widerstandssymbols angedeutet 1st. Der Spannungsabfall wird einen Teil des Übergangsbereiches 31 in der Nähe der Gitterzone 33 in Durchlaßrichtung vorspannen. Daher wird der Strom durch einen Teil des Übergangsbereiches 31 und durch die Schicht 27 zum Kontakt 37 fließen. Vom rechten Teil des Kontaktes 37 aus wird der Strom erneut in die Gitterschicht 25 eintreten und seinen Weg in Richtung des Kathodenkontaktes 38 fortsetzen. Der durch den Übergangsbereich 31 fließende Strom bewirkt, daß der Pilotemitter 27 Elektronen in die Gitterschicht 25 injiziert, welche durch dieselbe hindurch zu dem Übergangsbereich 29 fließen. Daher wird der Pilot-SCR ^l eingeschaltet und es wird dann eine beträchtliche Stromstärke durch denselben und durch den Kontakt 37 fließen. Der am Kontakt 37 austretende und durch den PN-Übergangsbereich 30 zum Kathodenkontakt 38 fließende Strom besitzt eine bedeutend größere Amplitude als der Gitterstrom und ist groß genug, um eine Elektroneninjektion vom linken Ende der Schicht 26 zur Gitterschicht 25 zu bewirken. Die Elektronen werden durch die Schicht 25 zum Übergangsbereich 29 wandern (migrate). Daher wird der linke Teil des primären SCR-42 eingeschaltet und der Bereich oder Querschnitt des Stromdurchlasses verbreitert sich schnell, bis er koexten3iv mit der gesamten primären Kathode 26 ist. .
Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figur 2, die eine Draufsicht des Thyristors 21 zeigt. Man wird bemerken, daß die Kontakte 37 und 38 kreisringförmig sind. Der innere Umfang des Kontaktes
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liegt am nächsten zu dem kreisringförmigen Gitterkontakt 36, der zunächst eingeschaltet wird. Infolge der geringen Abmessung des Pilot-Emitterbereiches 27 wird dieser schnell in seiner Gesamtheit leitfähig werden. Eine beträchtliche Stromstärke fließt dann durch den Pilot-SCR 41. Diese Stromstärke besitzt eine ausreichende Amplitude, so daß der gesamte innere Umfang des Kathodenkontaktes 38 eingeschaltet wird und nicht nur isolierte Punkte auf dieser Peripherie. Daher wird man erkennen, daß der Thyristor 21 mit einem kleinen Gitterstrom betätigt werden kann und trotzdem schnell den gesamten inneren Umfang des Kathodenkontaktes 38 einschalten wird und hierdurch die Ausbreitungs- oder Verteilungszeit verbessert ist. Man erkennt daher die Nützlichkeit der Einfügung des Pilot-SCR.
Es wird nachstehend auf Figur 3 Bezug genommen, die einen vorbekannten ineinandergeschachtelten Thyristor 21a ähnlich dem Thyristor 21 zeigt, Teile des Thyristors 21a, welche ähnlich sind den Teilen des Thyristors 21, wurden mit ähnlichen Bezugsziffern mit dem Index a versehen. Die Ausbreitungszeit für den Thyristor 21 ist zu lang für bestimmte Hochfrequenzanwendungen. In diesem Falle kann dann vorteilhafterweise der Thyristor 21a verwendet werden. Der Thyristor 21a ist ähnlich dem Thyristor mit der Ausnahme, daß die Kathode 26a, der Kathodenkontakt 38 und der HiIfskathodenkontakt 37a in der gezeigten Weise ineinandergeschachtelt sind. Man wird erkennen, daß dies einen viel größeren Umfang für den Kontakt 38a ergibt. Daher wird eine sehr große Stromstärke benötigt, um den gesamten Umfang des Kontaktes 38a leitend zu machen. In der Praxis 1st es jedoch bekannt, daß der Pilot-SCR 4l eine ausreichende Stromstärke liefern kann. Man wird daher erkennen, daß der Thyristor 21a schnell eingeschaltet werden kann und die Ausbreitungszeit insofern auf ein Minimum gebracht 1st, daß sich alle Bereiche der Kathodenschicht 26a sehr nahe am Umfang derseleben befinden.
Bestimmte bekannte SCR's ohne Pilot-SCR besitzen eine Fähigkeit zur Sperrung oder Abschaltung über die Steuerelektrode oder
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da& Gitter. Eine solche Einrichtung mit Sperrung über das Gitter kann dadurch gesperrt oder abgeschaltet werden, daß aus dem Gitterköntakt ein Strom abgezogenv.wird. Dieser Sperrmechanismus kann wie folgt kurz beschrieben werden. Wenn ein Strom aus dem Gitterkontakt eines leitenden SCR's abgezogen wird, dann wird der zur Kathode fließende Strom verringert. Daher wird die Elektroneninjektion von der Kathode vermindert. Wenn eine ausreichende Stromstärke aus dem Gitter abgezogen wird, dann fällt die Elektroneninjektion von der Kathode auf einen Wert, der niedrig genug ist, so daß der PN-übergangsbereich 29 zwischen dem inneren kontaktlosen Bereich und dem Gitter auf einen gesperrten Zustand umschaltet.
Es wurde bisher als unmöglich betrachtet, diese Möglichkeit zur Sperrung über das Gitter oder die Steuerelektrode in einem Thyristor zu schaffen, der einen Pilot-SCR enthält, und zwar aus den folgenden Gründen: Es wird erneut auf die Figur 1 Bezug genommen und wiederholt, daß der Bereich der Gitterschicht 25 benachbart zur Pilot-Kathode 27 einen relativ hohen spezifischen Widerstand besitzt, um das Einschalten des Pilot-SCR zu begünstigen. Man wird erkennen, daß der Sperrstrom seitlich durch diesen Bereich der Gitterschicht 25 fließen muß, da der in Richtung des Gitterkontaktes 36 durch die Schicht 27 fließende Strom eine Vorspannung der linken Zone des Übergangsbereiches 21 in Sperrichtung bewirken würde. Daher fließt der durch das Gitter abgezogene Strom durch den Bereich mit hohem spezifischen Widerstand. Dieser hohe spezifische Widerstand verhindert, daß eine ausreichende Stromstärke fließt, um die Einrichtung abzuschalten oder zu sperren. Obwohl bereits seit langem erkannt würde, daß die Schaffung einer Möglichkeit der Sperrung über die Steuerelektrode oder das Gitter in einem Thyristor mit einem Pilot-SCR sehr günstig wäre, war dies bisher aus diesen Gründen nicht möglich.
Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figur 4, welche eine Ausführungsform des verbesserten Thyristors 51 gemäß der Erfindung
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zeigt. Man wird erkennen, daß die Einrichtung 51 in der gleichen Weise wie die Einrichtung 21 eingeschaltet oder stromdurchlässig gemacht wird. Wenn es erwünscht ist, die Einrichtung 51 zu sperren, wird aus dem Gitterkontakt J>6 Strom abgezogen. Man wird erkennen, daß der Kontakt 37 in der Einrichtung 51 als Hilfsgitterkontakt 37 wirkt und selektiv an den Gitterkontakt 36 durch eine Nebenschlußdiode 52 gekoppelt ist. Daher fließt der von der Umgebung der Kathodenzone 26 seitlich durch die Gitterzone 25 fließende Strom in den Hilfsgitterkontakt 37 durch die Diode und aus der Gitterleitung 36a heraus. Daher wird der aus der Gitterleitung 36a zur Sperrung der Einrichtung 51 abgezogene Strom dadurch um die Zone mit hohem spezifischem Widerstand herumgeleitet, daß er durch die Diode 52 fließt. Es kann daher eine ausreichende Stromstärke abgezogen werden, um zu gewährleisten, daß die Einrichtung gesperrt wird.
Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figur 5> die noch eine weitere bevorzugte Aus füh rungs form eines Thyristors 61 gemäß der Erfindung zeigt. Dieser enthält eine als integraler Bestandteil befestigte Nebenschluß-Diode 62 auf einem Teil des Hllfsgitterkontakt es 37. Eine Leitung 63 koppelt die Diode 62 zum Gitterkontakt 36. Daher arbeitet der Thyristor 6l genauso wie der Thyristor 51.
Es muß ausdrücklich betont werden, daß sich eine verbesserte Einrichtung aus der Einfügung der Nebenschlußdiode ergibt, ohne
Rücksicht darauf, ob eine Ineinander ,schachtelung verwendet
wird oder nicht. Weiterhin kann die konventionelle Sperrung durch Kommutierung in der Einrichtung gemäß der Erfindung mit oder ohne Unterstützung durch die Sperrung über das Steuergitter verwendet werden.
Aus dem Vorstehenden ergeben sich für den Fachmann vielfältige Abwandlungen und Abänderungen der erfindungsgeraäßen Einrichtung. Beispieleweise könnte eine Leitung zum Hilfsgitterkontakt vom Kontakt 37 abgezweigt und mit einer Signalquelle gekoppelt werden,
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um dort Strom abzuziehen, wenn es erwünscht ist, den Thyristor zu sperren^ oder es könnte der Hilfsgitterkontakt mit dem Gitterkontakt 36 durch einen konventionellen elektromeschanischen Schalter oder einen elektronischen Schalter, beispielsweise einen Transistor oder einen weiteren Thyristor, gekoppelt werden. Weiterhin kann die Nebenschlußdiode auf dem Halbleiterkörper 21 eindiffundiert sein»
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    ( 1. /Thyristor, der umfaßt:
    eine Gittereinrichtung zum Empfang eines Triggersignals, eine pilotgesteuerte leitfähige Einrichtung mit einem Pilotanschluß», wobei diese pilotgesteuerte leitende Einrichtung zur selektiven Steuerung des Stromflusses durch den Pilotanschluß bei Vorhandensein der an der Gittereinrichtung empfangenen Triggersignale eingerichtet ist, eine primäre gesteuerte leitende Einrichtung, die einen primären Anschluß besitzt, wobei diese primäre gesteuerte leitende Einrichtung zur selektiven Steuerung des Stromflusses durch den primären Anschluß bei Vorhandensein des Stromflusses durch den Pilotanschluß eingerichtet ist, gekennzeichnet durch:
    eine Hilfsgitter-Einrichtung (37), die betriebsmäßig zur selektiven Verhinderung des Stromflusses durch den primären Anschluß (38) mit der primären gesteuerten leitfähigen Einrichtung (42) gekoppelt ist,
    2. Thyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die pilotgesteuerte leitende Einrichtung ein gesteuerter pilot-Halbleiter-Gleichrichter (41) ist und die primäre gesteuerte leitende Einrichtung ein primärer Halbleiter-Gleichrichter (42) ist, wobei beide gesteuerte Halbleiter-Gleichrichter in einem einzigen Körper (22) aus Halbleitermaterial gebildet sind.
    3. Thyristor nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Pilot-Kathodenkontakteinrichtung (37), welche an die Kathodenzone (27) des gesteuerten Pilot-Halbleiter-Gleichrichters (41) und an die Gitterzone (33) des primären gesteuerten Halbleiter-Gleichrichters (42) gekoppelt ist, wobei der Thyristor weiterhin eine Einrichtung (52) zur selektiven Stromentnahme enthält, die an den Pilot-Kathodenkontakt (37) gekoppelt ist.
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    1I. Thyristor nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Gitterkontakteinrichtung (36), welche an die Gittereinrichtung gekoppelt ist, wobei die Einrichtung (52) (62) zur selektiven Stromentnahme eine selektive Kopplungseinrichtung zur Kopplung des Pilot-Kathodenkontaktes (37) und des Gitterkontaktes (36) besitzt.
    5. Thyristor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die selektive Kopplungseinrichtung eine Nebenschlußdiode (52) (62) zur Leitung des Stroms von dem Pilotkathodenkontakt (37) zum Gitterkontakt (36) enthält.
    6. Thyristor nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Nebenschlußdiode (62) ein integraler Teil des Thyristors ist.
    7. Thyristor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilot-Kathodenkontakt (37) eine ineinandergeschachtelte Raumgestalt besitzt.
    8. Thyristor nach einem der Ansprüche 2 bis 7S dadurch gekennzeichnet , daß die Gitterzone des gesteuerten Pilot-Halbleiterschalters einen relativ großen spezifischen Widerstand besitzt.
    9. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Pilotanschluß und der primäre Anschluß einen gemeinsamen Anschluß umfassen.
    10. Thyristor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der gesteuerte Pilot-QLLeI.chrichte
    -^iggersTgh
    durch den Empfang eines der Gattereinrichtuhg^ugeliinrfcen/ schaltbar ist und der primäre gesteuerte Gleichrichter
    5 0 9 8 15/1180
    durch den Stromdurchlaß des gesteuerten Pilot-Gleichrichters einschaltbar ist, wobei der primäre gesteuerte Gleichrichter (42) eine primäre Gitterschicht umfaßt, und die Einrichtung noch weiterhin eine Nebenschlußdiode (52) (62) zur Leitung des Sperrstroms von der primären Gitterschicht zur Gittereinrichtung besitzt mit einem Stromweg für diesen Abschalt" strom im Nebenschluß zum gesteuerten Pilot-Gleichfcichter
    509815/1180
DE19742447621 1973-10-09 1974-10-05 Thyristor mit abschaltung ueber steuerelektrode und einem pilot-siliziumgleichrichter Pending DE2447621A1 (de)

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