DE2653431B2

DE2653431B2 - Halbleiterschalter mit einem Thyristor

Info

Publication number: DE2653431B2
Application number: DE2653431A
Authority: DE
Inventors: Masahiko Amagasaki Akamatsu (Japan)
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1976-01-12
Filing date: 1976-11-24
Publication date: 1980-03-20
Also published as: CA1069975A; JPS5849104B2; JPS5286049A; CH620069A5; US4107552A; DE2653431C3; BR7607955A; DE2653431A1

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstlöschenden oder sich selbsttätig ausschaltenden Halbleiterschalter, bei dem eine Impulsbeaufschlagungseinrichtung in Reihe zur Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors TR liegt und bei dem die Reihenschaltung aus der Impulsbeaufschlagungseinrichtung und dem Transistor parallel zwischen den Hauptstromelektroden eines Thyristors CR geschaltet ist, so daß die Charakteristika des Transistors TR hierdurch beeinflußt werden. Der Kollektor des Transistors hat das gleiche !Potential wie die Hauptelektrode des Thyristors auf der der Steuerelektrode abgewandten Seite des Thyristors, so

ίο daß auf einfache Weise gemeinsame Steuereinrichtungen verwendet werden können und eine gemeinsame Unterbringung der Halbleitervorrichtungen in einem gemeinsamen Gehäuse möglich ist Der erfindungsgeinäße Halbleiterschalter kann mit einer hohen Spannung beaufschlagt werden und einen großen Strom führen.

Es ist bisher schwierig gewesen, einen Transistorschalter für eine hohe Spannung und einen hohen Strom zu verwirklichen, da die Zufuhr des erforderlichen Bäsissiroms Schwierigkeiten macht und da es schwierig ist, eine Schaltvorrichtung für eine große Stromstärke zu steuern. Andererseits sind bei Thyristorschaltern komplizierte Zwangskommutiereinrichtungen erforderlich. Außerdem haben über die Steuerelektrode

■» löschbare Thyristoren eine geringere S'.romleitfähigkeit als Transistoren.

Im folgenden soll an Hand der F i g. 1 ein herkömmlicher Transistorschalter erläutert werden. Bei diesem herkömmlichen Transistorschalter liegt ein über die Steuerelektrode ausschaltbarer Thyristor GTO zwischen dem Kollektor und der Basis eines Transistors 77?. Der Transistor TR wird in Abhängigkeit von der Betätigung des über die Steuerelektrode löschbaren Thyristors GTO eingeschaltet (leitend) bzw. ausgeschaltet (gesperrt). Demgemäß hängt die maximale Leistung vom Transistor TR ab und kann über die vorn Transistor ermöglichte Leistung hinaus nicht gesteigert werden. Vielmehr unterliegt der B^sisstcerstrom einer Beschränkung durch den Thyristor GTO, so daß der Leistungspegel geringer ist als bei einem Transistorschalter mit einer anderen Basissteuereinrichtung.

Es ist erforderlich, die Stromverstärkung KFE des Transistors zu erhöhen, um den Löschstrom des Thyristors GTO zu senken. Demzufolge wird die Durchbruchspannung gesenkt oder die Stromdichte pro Flächeneinheil der Halbleiterscheibe wird gesenkt.

Bei dem herkömmlichen Halbleiterschalter gemäß Fig. 1 ist die Summe des Basisspannungsabfalls VBE des Transistors TR und des Spannungsabfalls VAK des

in über die Steuerelektrode löschbaren Thyristors GTO g'eich der Kollektorspannung VCf des Transistors.

Demgemäß ist der Spannungsabfall hoch und der Verlust groß.

Ferner kommt es zum Zeitpunkt des Löschens des

Yi Thyristors GTO unmittelbar zu einem Abschalten des Transistors TR. Demgemäß wird das Löschen des Thyristors über die Steuerelektrode im wesentlichen nicht verbessert und hängt nur von der Stromverstärkung des Transistors ab.

bo Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Halbleiterschalter zu schaffen, bei dem ein Thyristor leicht gelöscht werden kann, bei dem eine gemeinsame Steuereinrichtung verwendet werden kann und bei dem sowohl eine hohe Spannung als auch ein

h j großer Strom geschaltet werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Halbleiterschalter mit einem Thyristor in einem Hauptstrompfad, einem dazu in einem Parallelstrom-

pfad parallel geschalteten Transistor, dessen Kollektor und Emitter mit den Hauptelektroden des Thyristors verbunden sind und mit einer Thyristor-Steuereinrichtung zur Beaufschlagung der Steuerelektrode des Thyristors mit einem Durchlaßsteuerelektrodensignai gelöst, welcher gekennzeichnet ist, durch eine Kommutierungsspannungsquelle zur Beaufschlagung des Parallelstrompfade!! mit einer Spannung mit Durchlaßpolarität in Bezug auf den Kollektor und den Emitter des Transistors und mit Sperrpolarität in Bezug auf die Hauptelektroden des Thyristors.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines herkömmlichen Halbleiterschalters,

Fig.2a—c Schaltbilder dreier Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Halbleiterschalters,

Fig.3 Wellenformen zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des Transistorschalters gemäß F i g. 2a—c,

Fi g.4 ein Schaltbild einer weiteren Ausfühiungsiurm des erfindungsgemäßen Halbleiterschalters.

Fig.5a, b Schnitte durch zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schalters,

F i g. 6 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterschalters und

Fig. 7 einen Schnitt durch einen Halbleiterschalter gemäß F i g. 6.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bszugszeichen gleiche oder sich entsprechende Bauteile. Fig. 2a zeigt ein Schaltdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterschalters.

Eine Hauptleistungsschaltung 100 umfaßt eine Stromquelle 101 und eine Last 102. Ein Thyristor CR ist mit dieser Hauptleistungsschaltung 100 verbunden. Der Kollektor und die Basis eines Transistors TR sind jeweils mit den Hauptstromelektroden (Anode und Kathode) des Thyristors CR verbunden. Die Steuerelektrode des Thyristors ist mit einer Steuereinrichtng 300 verbunden, rerner ist eine Impulssteuereinrichtung 400 zwischen Emitter und Basis des Transistors vorgesehen. Bei der Steuereinrichtung 400 handelt es sich z. B. um einen Impulsgenerator welcher aus einem Transformator T, einem Hilfstransistor ATR, einem den Strom begrenzenden Widerstand R, einer Diode Dw und einer Hilfsstromquelle Ec besteht. Beim Transformator T handelt es sich um einen Stromtransformator, dessen Sekundärwicklung N2 aus einer Windung oder mehreren Windungen besteht oder um einen Spannungsimpulstransformator. Die .stromquelle 101 der Hauptleistungsschaltung kann auch als Hilfsstromquelle Ec dienen. Ferner kann auch die Steuereinrichutng 400 sowohl die Funktion der Zufuhr eines Steuergleichstroms als auch die Funktion einer Impulserzeugung haben.

Fig. 3 zeigt ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform gemäß F i g. 2a. Die Steuereinrichtung 300 für den Thyristor CR führt zum Zeitpunkt des Zündens oder Einschaltens des Thyristors oder während der ElN-Periode (t_n„) der Steuerelektrode den Durchlaßstrom +ig zu und sie führt während des Löschvorganges zur Zeit t₂ der Steuerelektrode des Thyristors CR oder während der AUS-Periode den Sperrstrom —/£ zuführen bzw. die Sperrspannung zu (gestrichelte Pfeillinie in F i g. 2a). Die zugehörige Wellenform ist in F i g. 3a gezeigt.

Die Steuereinrichtung 400 legt während der Zeit tq zum Löschen des Thyristors CR den Durchlaßimpulsstrom (oder Spannung) zwischen den Emitter und die Basis des Transistors TR an. Ferner legt die Steuereinrichtung 400 auch während der Zeit von /3 bis u im AUS-Zustand des Transistors TR den Sperrspannungsimpuls (oder Stromimpuls) an, wodurch die Ausschaltge- schwindigkeit des Transistors TR verbessert wird. Es wird ferner die Sperrvorspannung des Transistors TR nach der AUS-Periode U, des Transistors aufrechterhalten, wodurch ein Durchbruch des Transistors TR verhindert wird. Ferner wird, während der EIN-Periode ion, dem Transistor TR der Durchlaßstrom (bzw. die Spannung) zugeführt, wodurch ein Teil des Hauptstroms iL während der EIN-Periode des Transistors TR abgezweigt wird und über den Transistor TR fließt

Die in F i g. 2a mit einer gestrichelten Linie umgebene Steuereinrichtung 400 ist eine Ausführungsform zur Beaufschlagung des Transistors TR, mi* einem Durchlaßimpulsstrom während der Zeit t_q der Lösch-Periode des Thyristors und zur Beaufschlagung des Transistors TR mit einer Sperrspannung währ·- Δ der Zeitdauer /3 uiS £4 ucf Aljo-γcPiöuc uc5 Trän5i5iöi.j TR.

Der Thyristor CR wird durch den Durchlaßsteuerelektrodenstrom + /^gezündet, so daß der Hauptstrom iL während der EIN-Periode der Schaltung als Thyris'orstrom iGR des Thyristors CR fließt. Die zugehörige Wellenform ist in Fig.3b gezeigt. Die Steuereinrichtung 400 bewirkt (gemäß Fig. 3c), daß während der Löschdauer t_q der Emitterstrom iE der Summe des nun weitestgehend über dzn Transistor TR als Kollektorstrom iC fließenden Hauptstroms IL. und eines Basisstroms iB, (/'Zf = iL + iB) entspricht, so daß die Kollektorspannung VCEgesenkt wird.

Wenn andererseits der Basisstrom iB groß genug ist, so ist die Basisspannung VBE größer als die Kollektorspannung VCE(VBEi VCE).

Das Potential des Emitteranschlusses 12 unterscheidet sich um VBE von dem Potential des der Basis und der Kathode gemeinsamen Anschlusses 13 Diese Potentialdifferenz wirkt auf den Transistor TR in Durchlaßrichtung ein und auf den Thyristor CR in

-to Sp.!"richtung. Dies bedeutet, daß die Spannung

VCR = VCE - VBE S 0

zwischen den Haupteiektroden des Thyristors CR als Sperrvorspannung anliegt. Auf diese Weise wird der

-ii Thyristor CR gelöscht. Während der Lösch-Periode t_q des Thyristors CR fließt der Hauptstrom iL über den Transistor TR. Die Wellenform des Kollektorstroms /C ist in Fig.3b durch den schraffierten Bereich iC dargestellt, und in Fig. 3c durch die gestrichelte Linie

><> iC.

Wenn der Thyristor CR einen hohen Steuerelektrodensnrrrvorspannungseffekt hat, so kann der Thyristor CR durch die Steuerelektrodenvorspannung der Steuerelektrodensteuere^:->richtung 300 gelöscht v» erden, selbst

5"> wenn die schwache Durchlaßspannung VBE < VCE und VCR > 0 anliegt. In diesem Falle wird der Hauptstrom iL im Zuge des Löschens des Thyristors auf den Kollektor des Transistors TR kommutiert.

Da die nach Löschen des Thyristors an diesem wieder

w) abfallende Spannung in Durchlaßrichtung durch den Transistor 77? auf einen niedrigen Spannungswer» gebracht wird (VCR = VCE - VBE) so ist die dem Thyristor CR zugeführte Ausschaltleistung sehr gering, so daß der Thyristor leicht ausgeschaltet oder gelöscht

ii werden kann im Vergleich zu einem herkömmlichen über die Steuerelektrode löschbaren Thyristor GTO.

Nach der Ausschaltzeit /, wird die Beaufschlagung mit der Impulsspannung von der Steu."reinrichutng 400

beendet. Bei der in Fig. 2a durch eine gestrichelte Linie umgebenen Ausführungsform wird dabei der Hilfstransistor ATR ausgeschaltet. Der Kollektorstrom /C fließt jedoch während der Entladezeit f, (ti bis f.») des Transformators T noch weiter, so daß während dieser Zeitdauer der Transistor TR eine Sperrvorspannung erhält.

In der durch die gestrichelte Linie umgebenen Ausführungsform wird der Spannungsabfall in einer solchen Polarität bewirkt, daß man ein negatives Potential auf der markierten Seite der Sekundärwicklung Ni des Transformators 7~erhält. Die Spannung wird durch die Primärwitklungsschleifc einschließlich der Primärwicklung N, und durch den Strombegrenzungswiderstand R begrenzt. Dies bedeutet, daß zwisi iien dem Emitter und der Basis des Transistors TR der

sekundarscitige Derechnete widerstand I <, \R und die

sekundärseitige berechnete Leckimpedanz des Transformators liegt. Infolge der zwischen Emitter und Basis des Transistors TR liegenden Sperrvorspannung wird die Entladeperiode /, verkürzt. Der Gesamtspannungsabfall am Thyristor CR während der EIN-Periode der Aiisführungsform gemäß F i g. 2a. ist also klein im Vergleich um Spannungsabfall der herkömmlichen Schaltung gemäß Fig. I.

Das Löschen des Thyristors CR wird somit im Vergleich zu einem alleinigen Thyristor erleichtert. Ferner kann im Vergleich zur alleinigen Verwendung eines Transistors TR ein großer Stromimpuls während einer kurzen Zeitdauer geschaltet werden (vergleichsweise zu einem herkömmlichen Transistor TR für die kontinuierliche Stromführung), da der Impulsbasisstroni auf einfache Weise einen genügend hohen Stromwert erhalten kann. Wenn andererseits der Strom gleich ist und die Fläche der Halbleiterscheibe gleich ist. so kann man eine Hoehspannungssehalieinrit lining verwirklichen.

Wenn der Transistor TR als Kommulierungseinrichtung für den Thyristor CR angesehen wird, so erkennt man. daß mit diesem Transistor der Schaltungsaufbau einfacher ist als mit der üblichen Löschschaltung, bestehend aus Hilfskommutierungsthyristor. Kommutierungskondensator und Induktivität. Insbesondere ist bei der herkömmlichen Löschtechnik eine Kommutierungsimpulsspannung erforderlich, deren Spannungswert annähernd gleich der Hauptspannung ist. Demgegenüber reicht erfindungsgemäß die Einschaltspannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors zum Löschen des Thyristors aus. Daher ist die Impulsspannung bemerkenswert gering.

F i g. 2b zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Kombination eines Transistors von NPN-Typ und eines Thyristors vom N-Steuerelektrodentyp.

Fig.2c zeigt ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform, nämlich der Kombination eines Transistors vom PNP-Typ und eines Thyristors. Dabei kann ein Thyristor vom P-Steuerelektrodentyp gemäß der ausgezogenen Linie oder ein Thyristor vom N-Steuerelektrodentyp gemäß der gestrichelten Linie verwendet werden.

Gemäß F i g. 2 kann die Kombination des Thyristors vom P-Steuerelektrodentyp und des Transistors vom PNP-Typ oder die Kombination des Thyristors vom N-Steuerelektrodentyp und des Transistors vom PNP-Typ leicht gesteuert werden, da eine geringe Potentialdifferenz zwischen der steuerelektrodenseitigen Hauptstromelektrode des Thyristors und dem

Emitter des Transistors besteht. Darüber hinaus ist dies insbesondere vorteilhaft für die Unterbringung der Halbleiterscheibe des Thyristors und der Halbleiterscheibe des Transistors in einem Gehäuse. Darüber hinaus kann sowohl der Thyristor als auch der Transistor aus der gleichen Halbleiterscheibe gebildet werden. Diese Ausführungsform soll weiter unten näher erläutert werden.

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei die der Stcuerclektrodenseite abgewandte Hauptstromelektrode des Thyristors und der Kollektor des Transistors gemeinsames Potential haben und wobei die Steuerelektrode mit tier Emitterelektrode verbunden ist. Es ist möglich gemäß tier gestrichelten Linie eine Diode oder eine Zencrdiotle D oder ein Impedanzelement oder einen Varistor in

F i g. 4 ist die Steuereinrichtung 500 zwischen dem Emitter und tier Basis (und der steuerclektrodenscitigeii Hauptstromelektrode) vorgesehen. Die Steuereinrichtung 500 umfaßt die Steuerelektrodensteuereinrichtung 300 und die Impulssteuereinrichtung 400. Wenn bei der Schaltung gemäß Fig. 4 die Steuerspannung in Spernchtung an die Basis-Emitter-Strecke angelegt wird, so wird ein Durchlaß-Steuerelektrodenstrom der Steue^'ektrode des Thyristors zugeführt, wodurch der Thyristor CR eingeschaltet oder gezündet wird. Wenn der Thyristor CR gelöscht werden soll, so wird die Impulsspannung (oder der Imp'ilsstrom) in Durchlaßrichtung an die Basis-Emitter-Strccke des Transistors angelegt, wodurch der Thyristor wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 gelöscht wird. Während der Löschzeit (t_s bis f.t in Fig. 3) wird die Polarität der Spannung der Steuereinrichtung 500 umgekehrt, so daß die Basisemitterstrecke des Transistors in Sperrichtung beaufschlagt wird und an die Steuerelektrode des Thyristors CR eine Durchlaßspannung angelegt wird. Wenn der Spannungswert so gewählt wird, daß er unterhalb der Zündspannung für die Steuerelektrode liegt, so wird der Thyristor hiertlurch nicht wieder eingeschaltet, oder gezündet. Das mit der Steuerelektrode in Reihe geschaltete Element, z. B. die Diode, die Zener-Diode, die Impedanz und der Varistor, führt zu einer Erhöhung der Spannung bei der noch keine Zündung eintritt, so daß der während der Zeitdauer der Vervollständigung des Löschens für die Steuereinrichtung 500 zulässige Spannungsabfall erhöht wird. Dies bedeutet, daß ein fehlerhaftes oder ungewolltes Zünden währeno der Löschzeit verhindert wird.

Die Figuren 5a und b zeigen Schnitte durch Halbleitervorrichtungen, welche geeignet sind für die Verwirklichung der Ausführungsformen der F i g. 2 und 4. Fig.5a zeigt eine Kombination eines Thyristors mit P-Steuerelektrode und einen NPN-Transistors oder eine Kombination eines Thyristors mit N-Steuerelektrode und eines PNP-Transistors. Die Steuerelektrode 14 ist mit einem Anschluß versehen. In Fig.5a kann der Steuerelektrodenkontakt 24 mittels einer mit einer gestrichelten Linie dargestellten Verbindungseinrichtung W im Inneren mit dem Emitterkontakt 22 verbunden sein. In F i g. 5b bilden der Emitterkontakt 22 und der Steuerelektrodenkontakt 24 einen gemeinsamen Kontakt W. In den Fig.5a und b werden die Eiefctrodenanschlüsse ii, Ϊ2, i3 und 14 jeweils aus dem Gehäuse herausgeführt Diese entsprechen den ebenso numerierten Anschlüssen der Schaltung der F i g. 2 und 4.

uer erste Kontakt 21 steht in Ohm'schem Kontakt

mit den ersten freiliegenden Flächen der ersten Halbleiterschich' 31 des ersten Leitungstyps und der zweiten Halbleiterschicht 32 des zweiten Leitungstyps. Dabei handelt es sich um die der Steuerelektrodenseite abgewandte Thyristor-Emitter-Schicht des Thyristors CR.

Der Bereich 326 der Region der zweiten Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp, welche in Ohm'schen Kontakt mit dem ersten Kontakt 21 steht, dient als Kollektorschicht des Transistors TR. Der Bereich 32a für die Ausbildung des ersten PN-Überganges /ι mit der ersten Halbleiterschicht 31 dient als erste Basisschicht (als der Steuerelektrodenseite abgewandte Thyristorbasisschicht) des Thyristors CR.

Die dritte Halbleiterschicht 33 vom ersten Leitungstyp umfaßt die Basisschicht 33b des Transistors TR und die zweite Basisschicht (Steuerelektrodenschicht) 33a des Thyristors CR und bildet den zweiten PN-Übergang /2 mit der zweiten Halbleiterschicht 32. Die Basisschicht 336 des Transistors TR und die Steuerelektrodenschicht 33a des Thyristors CR haben an der zweiten Hauptfläche jeweils freiliegende Flächenbereiche und stehen jeweils in Ohm'schem Kontakt mit dem dritten B-Kontakt 23t» bzw. dem vierten Kontakt 24. Die vierte Halbleiterschicht 34 vom zweiten Leitungstyp umfaßt die Emitterschicht 346 des Transistors TR und die steuerelektrodenseitige Thyristoremit.erschicht 34a des Thyristors CR. Die vierte Halbleiterschicht 34 bildet den dritten PN-Übergang /3 mit der dritten Halbleiterschicht 33. Der dritte PN-Übergang /3 umfaßt den jo Basis-Emitter-Übergang /36 des Transistors und den Steuerelektroden-Emitter-Übergang /3, des Thyristors. Die vierte Halbleiterschicht 34 hat an der zweiten Hauptfläche eine freiliegende Fläche und die Emitterschicht 346 des Transistors steht in Ohm'schen Kontakt mit dem zweiten Kontakt 22 und die Emitterschicht 34a des Thyristors steht in Ohmschem Kontakt mit dem dritten Α-Kontakt 23a. Der dritte Α-Kontakt 23a ist mit dem dritten B-Kontakt 236 verbunden und mit der dritten Elektrode 13 herausgeführt. Der erste Kontakt 21 und der zweite Kontakt 22 sind mit der ersten Elektrode 11 bzw. der zweiten Elektrode 12 herausgeführt. Der vierte Kontakt 24 ist mit der vierten Elektrode 14 herausgeführt oder mit dem zweiten Kontakt 22 verbunden. Wenn der vierte Kontakt 24 über die Außenelektrode 14 herausgeführt ist, so ist die Ausführungsform gemäß F i g. 2 verwirklicht. Wenn der vierte Kontakt 24 innen mit dem Kontakt 22 verbunden, so ist die Ausführungsform gemäß F i g. 4 verwirklicht.

Das Halbleiterelement gemäß den F i g. 5a, b kann in so einer einzigen Halbleiterscheibe ausgebildet sein. Ferner können die beiden Elemente in einem Gehäuse verpackt sein, indem man eine Halbleiterscheibe für den Thyristor CR und eine Halbleiterscheibe für den Transistor TR auf eine gemeinsame Platte auflötet oder aufschweißt (Molybdänplatte oder Kupferplatte). Dies ist ein wesentlicher Vorteil der Ausführungsform bei der der Kollektor des Transistors und die der Steuerelektrodenseite abgewandte HoUptstromelektrode des Thyristors gemeinsames Potential haben. Wenn bei der Ausführungsform gemäß Fig.5 der Halbleiter vom ersten Leitungstyp ein Halbleiter vom P-Typ ist, so ist der Halbleiter vom zweiten Leitungstyp ein Halbleiter vom N-Typ. Wenn andererseits der Halbleiter vom ersten Leitungstyp ein Halbleiter vom N-Typ ist, so ist der Halbleiter vom zweiten Leitungstyp ein Halbleiter vom P-Typ.

Fig.6 zeigt ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; gemäß F i g. 6 ist die Basis des Transistors TR von der steuerelektrodenseitigen Hauptstromelektrode des Thyristors CR getrennt und die Impulssteuereinrichutng 400 liegt in Reihe zu dem Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors TR. Die Kommutierungsimpulsanschlüsse 12—13 unf die Basisimpulsanschlüsse 15 —12 sind getrennt ausgebildet. Indem mit einer strichpunktierten Linien umgebenen Schaltungsteil liegt die Sekundärwicklung N₂ des Transformators in Reihe zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors TR und die dritte Wicklung Λ/j liegt über den Basiswiderstand Rb zwischen Basis und Emitter des Transistors. Die Primärwicklung Ni liegt in Reihe zur Kondensatorentladungsschaltung, welche die Induktivität U den Kondensator C und den Hilfsthyristor ACR umfaßt. Der Kondensator Cwird über eine Aufladungseinrichtung CM(z. B. ein Widerstand, eine Induktivität, eine Reihenschaltung der beiden oder eine Reihenschaltung einer Kommutierungseinrichtung und eines Widerstandes oder einer Induktivität) von der Hilfsstromquelle EC während der AUS-Periode des Hilfsthyristors aufgeladen.

Der Transformator T dient der Umwandlung des Entladungsstroms des Kondensators C in einen Löschimpuls und dieser wird über die Sekundärwicklung N2 und die dritte Wicklung Λ/3 der Kollektor-Emitter-Strecke bzw. der Basis des Transistors TR aufgeprägt. Der Strom in der Sekundärwicklung N2 wird erhöht je nach der Zunahme des Hauptstroms iL Daher wird der primäre errechnete Widerstand gesenkt und der Verlustfaktor der I-C-Entladungsschleife über die Primärwicklung herabgesetzt und der Entladungsstrom erhöht.

Demgemäß hat diese Schaltung die Eigenschaft, daß der Impulsstrom bei einer Erhöhung des Hauptstroms iL erhöht wird.

Wenn, wie oben beschrieben, die Basiselektrode 15 von der steuerelektrodenseitigen Hauptstromelektrode des Thyristors CR getrennt ist, so kann man auf einfache Weise verschiedene Einrichtungen zur Verbesserung der Anpaßbarkeit der Impulsbasissteuerung und der Steuerung unter Zufuhr des Impulsstroms in Reihe zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors TR und zur Führung des Hauptstroms iL des Thyristors CR vorstehen.

F i g. 7 zeigt einen Schnitt durch eine Halbleitereinrichtung zur Verwirklichung der Ausführungsform gemäß F i g. 6 mit einer getrennten Basiselektrode. Gemäß Fig. 7 steht der dritte B-Kontakt 236 in Ohm'schem Kontakt mit der Basisschicht 336 des Transistors TR und wird mit der fünften Elektrode 15 herausgeführt Der dritte Α-Kontakt 23a steht in Ohm'schem Kontakt mit der steuerelektrodenseitigen Emitterschicht 34a des Thyristors CR und ist mit der dritten Elektrode 13 herausgeführt Wenn der Transistorteil TR und der Thyristorteil CR in einer einzigen Scheibe ausgebildet sind, so kann man die dritte Halbleiterschicht 33c im Grenzbereich an der zweiten Hauptfläche freilegen und in Ohm'schen Kontakt mit dem dritten Α-Kontakt 23a bringen, um wechselseitige Störungen und insbesondere ein nochmaliges Zünden des Thyristorteils CR aufgrund des Stroms des Transistorteils 77? während der Ausschaltzeit zu verhindern. Die dritte Halbleiterschicht 33c bildet den Störwiderstand aufgrund des Widerstandes der dritten Halbleiterschicht 33 zwischen der Schicht 33c und der Basisschicht 336, so daß der Thyristorteil CR und der Transistorteil TR eine partielle Verbindung gemäß

Fig.5a aufweisen. Das Verhältnis der Störwiderstände dieser Verbindung hängt ab vom Verhältnis der Länge der freiliegenden Grenzfläche zwischen der Schicht 33c und der Schicht 34b zur Länge der freiliegenden Grenzfläche zwischen der Schicht 336 und der Schicht 34b. Bei de Vorrichtung gemäß Fig.6 sollte die letztere Länge größer sein. Wenn man die Einrichtung gemäß F i g. 7 mit dem

IO

gewünschten Verhältnis der freiliegenden Grenzflächenlängen in der Schaltung gemäß F i g. 6 verwendet, so können verschiedenste Ausführungsformen verwirklicht werden, bei denen der Transistorteil mit der Verbindung gemäß F i g. 2 und der T sistorteil mit der Verbindung gemäß Fig.6 in ch.^.ti gewünschten Verhältnis kombiniert sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiterschalter mit einem Thyristor in einem Hauptstrompfad, einem dazu in einem Parallelstrompfad parallel geschalteten Transistor, dessen Kollektor und Emitter mit den Hauptelektroden des Thyristors verbunden sind und mit einer Thyristor-Steuereinrichtung zur Beaufschlagung der Steuerelektrode des Thyristors mit einem Durchlaßsignal, gekennzeichnet durch eine Kommutierungsspannungsquelle (400) zur Beaufschlagung des Parallelstrompfades mit einer Spannung mit Durchlaßpolarität in Bezug auf den Kollektor und den Emitter des Transistors und mit Sperrpolarität in Bezug auf die Hauptelektroden des Thyristors.

Z Halbleiterschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsspannungsquelle (400/ die Basis des Transistors in Durchlaßrichtung beaufschlagt.

3. Halbleiterschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsspannungsquelle (400) und eine Basissteuereinrichtung in einer gemeinsamen Schaltung vorliegen.

4. Halbleiterschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungssteuereinrichtung (400) einen Impulsgenerator umfaßt.

5. Halbleiterschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurc' gekennzeichnet, daß der Kollektor des Transistors (TR) mit einer der Hauptelektroden des Thyristors (CR) und daß die Basis des Transistors (TR) mit der anderen Hauptelektrode des Thyristors (CR) verbunden ist und dab der Emitter des Transistors (TR) mit der anderen Hauptelektrode des Thyristors (CR) über die Kommutierungsspannungsquelle (400) verbunden ist (F i g. 2).

6. Halbleiterschalter nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Transistors (TR)mh der Anode eines Thyristors vom P-Steuerelektrodentyp oder mit der Kathode eines Thyristors vom N-Steuerelektrodentyp verbunden ist.

7. Halbleiterschalter nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des Thyristors (TR) mit dem Emitter des Transistors (TR), gegebenenfalls über mindestens eine Diode, eine Zener-Diode (D). ein Impedanzelement oder eine Varistor verbunden ist (F i g. 4).

8. Halbleiterschalter nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristor-Steuereinrichtung (300) die Steuerelektrode des Thyristors (CR)mw. einem Sperrsignal beaufschlagt.

9. Halbleiterschalter nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (TR)und der Thyristor (CR)\n einem gemeinsamen Halbleitergehäuse untergebracht sind.

10.1 ialbleiterschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (TR) und der Thyristor (CR) in einer gemeinsamen Halbleiterscheibe untergebracht sind.