DE2739183C3 - Optically ignitable semiconductor rectifier - Google Patents
Optically ignitable semiconductor rectifierInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen optisch zündbaren Halbleitergleichrichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optically ignitable semiconductor rectifier according to the preamble of claim 1.
Es ist bereits eine Überspannungsschutzschaltung für einen Thyristor zur Vermeidung des Überkopfzündens mit einem dem Thyristor parallelgeschalteten ersten RC-G\izd bekannt, dem ein weiteres .RC-Glied parallelgeschaltet ist, wobei die Steuerstrecke des Thyristors über einen Vorwiderstand und eine Shockley-Diode an den Mittelabgriff der beiden ßC-Glieder geführt ist, mit denen der Absolutwert der Thyristorspannung erfaßt wird. Mittels eines dritten, dem Thyristor parallelgeschalteten ÄC-Gliedes, dessen Mittelabgriff über eine Diode an die Shockley-Diode geschaltet ist, wird erreicht, daß ein Durchzünden des Thyristors erfolgt, wenn die Spannungsänderungsgeschwindigkeit am Thyristor einen bestimmten Wert erreicht hat (DE-AS 15 64 577).There is already an overvoltage protection circuit for a thyristor to avoid overhead ignition with a first RC-G \ izd connected in parallel to the thyristor, to which a further .RC element is connected in parallel, the control path of the thyristor via a series resistor and a Shockley diode to the Center tap of the two ßC elements is performed, with which the absolute value of the thyristor voltage is detected. By means of a third ÄC element connected in parallel to the thyristor, the center tap of which is connected to the Shockley diode via a diode, the thyristor is fired through when the rate of voltage change at the thyristor has reached a certain value (DE-AS 15 64 577).
Es ist auch eine Thyristorschaltung mit einem Thyristor und einem Vierschichthalbleiterbauelement bekannt, bei welcher mit steigender Sperrspannung die Vierschichtdiode zündet, wodurch eine Zündung des Zündthyristorteils des Thyristors über der ganzen Fläche bewirkt wird, so daß der Thyristor auch schnell anwachsende Belastungsströme ohne Zerstörung aushält. It is also a thyristor circuit comprising a thyristor and a four-layer semiconductor component known, at which the four-layer diode ignites with increasing reverse voltage, whereby an ignition of the Ignition thyristor part of the thyristor is effected over the entire area, so that the thyristor is also fast withstands increasing load currents without destruction.
Es ist ferner ein optisch zündbarer Halbleitergleichrichter mit vier Schichten unterschiedlicher Leitfähigkeit bekannt, bei dem eine äußere n+-Emitterschicht mit einer Kathodenelektrode und die folgende Steuerbasisschicht mit einer Steuerbasiselektrode versehen ist; die Kathodenelektrode ist an Nullpotential gelegt und die Steuerelektrode über einen ohmschen Widerstand ebenfalls. Die Lichteinstrahlung erfolgt seitlich im Bereich der Steuerbasisschicht und der folgenden Hauptbasisschicht (SCR Manual 1972, General Electric Comp, S. 414-417).Furthermore, an optically ignitable semiconductor rectifier with four layers of different conductivity is known, in which an outer n + emitter layer is provided with a cathode electrode and the following control base layer is provided with a control base electrode; the cathode electrode is connected to zero potential and so is the control electrode via an ohmic resistor. The light is irradiated laterally in the area of the control base layer and the following main base layer (SCR Manual 1972, General Electric Comp, pp. 414-417).
Mittels des ohmschen Widerstandes kann die optische Zündempfindlichkeit eingestellt werden. Ist ein relativ hoher Widerstand gewählt, so ergibt sich eine ίο entsprechend hohe optische Zündempfindlichkeit, jedoch zündet der Halbleitergleichrichter auch bereits bei relativ niedrigen Störströmen.The optical ignition sensitivity can be adjusted by means of the ohmic resistance. Is a If a relatively high resistance is selected, the result is a correspondingly high optical ignition sensitivity, however the semiconductor rectifier ignites even at relatively low interference currents.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei diesem optisch zündbaren Halbleitergleichrichter eine hohe optische Zündempfindlichkeit zu erreichen bei gleichzeitig hoher dü/di-Störsicherheit oder erhöhten Vorwärts-Sperrströmen. The invention is based on the object of achieving a high level in this optically ignitable semiconductor rectifier To achieve optical ignition sensitivity with high dü / di interference immunity or increased forward reverse currents at the same time.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den im Kennzeichen der Ansprüche angegebenen Maßnahmen gelöstThis object is achieved according to the invention according to the measures indicated in the characterizing part of the claims solved
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to the exemplary embodiments shown schematically in the drawing explained in more detail. It shows
F i g. 1 die bekannte Ausbildung des optisch zündbaren Halbleitergleichrichters,F i g. 1 the known design of the optically ignitable Semiconductor rectifier,
F i g. 2 den Halbleitergleichrichter mit einer Störkompensation und Begrenzung des Störpotential«:,F i g. 2 the semiconductor rectifier with interference compensation and limitation of the interference potential «:,
F i g. 3 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Wirkungsweise des störpotentialkompensierten HaIbleitergleichrichters. F i g. 3 shows a diagram to illustrate the mode of operation of the interference potential-compensated semiconductor rectifier.
Der Halbleitergleichrichter nach der Fig. 1 hat eine n+-Emitterschicht 30 eine p-Steuerbasisschicht 31, eine n-Hauptbasisschicht 32 und eine p-Emitterschicht 33. Die η + -Emitterschicht 30 ist mit einer Kathodenelektrode 34, die p-Steuerbasisschicht 31 mit einer Steuerbasiselektrode 35 und die p-Emitterschicht 33 mit einer Anodenelektrode 36 versehen. Die Lichteinstrahlung 37 erfolgt seitlich im Bereich 38 der Schichten 31,32.The semiconductor rectifier according to FIG. 1 has a n + emitter layer 30, a p control base layer 31, an n main base layer 32, and a p emitter layer 33. The η + emitter layer 30 has a cathode electrode 34, and the p-control base layer 31 has a control base electrode 35 and the p-emitter layer 33 is provided with an anode electrode 36. The light exposure 37 takes place laterally in the area 38 of the layers 31, 32.
Die Kathodenelektrode 34 liegt auf Nullpotential und die Anodenelektrode 36 auf positivem Potential. Zwischen der Kathodenelektrode 34 und der Steuerbasiselektrode 35 ist ein Widerstand 39 (beispielsweise etwa 500 Ω) angeordnet, durch den die optische Zündempfindlichkeit und auch die Störzündempfind-4S lichkeit einstellbar ist. Wie bereits erwähnt, ist dieser Halbleitergleichrichter relativ störzündanfällig.The cathode electrode 34 is at zero potential and the anode electrode 36 is at positive potential. Between the cathode electrode 34 and the control electrode base 35, a resistor 39 (e.g., about 500 Ω) is arranged, 4 S friendliness is adjusted by the optical ignitability and the Störzündempfind-. As already mentioned, this semiconductor rectifier is relatively prone to ignition failure.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann bei einem derartigen Halbleitergleichrichter ein relativ hoher Widerstand 39 gewählt werden, so daß hohe optische Zündempfindlichkeit bei gleichzeitig hoher du/dr-Störsicherheit durch die Begrenzung des Störpotentials und die Kompensation des verbleibenden Störpotentials erreicht ist.Due to the measure according to the invention, in such a semiconductor rectifier a relative high resistance 39 can be selected, so that high optical ignition sensitivity at the same time high du / dr interference immunity by limiting the interference potential and compensating for the remaining Interference potential is reached.
Nach F i g. 2 ist zwecks Kompensation des Störpotentials der p-Steuerbasisschicht 31 ein aus einem Kondensator 40 und einem Widerstand 41 bestehender RC- Kreis vorgesehen, wobei der Kondensator 40 an die Anodenelektrode 36 und die Kathodenelektrode 34 und der Widerstand 41 an die Kathodenelektrode 34 und die Nullpotentialklemme 42 geschaltet ist. Der /?C-Kreis ist an die internen Kapazitäten und Querwiderstände des Bauelementes angepaßt.According to FIG. 2, an RC circuit consisting of a capacitor 40 and a resistor 41 is provided for the purpose of compensating for the interference potential of the p-control base layer 31, the capacitor 40 being connected to the anode electrode 36 and the cathode electrode 34 and the resistor 41 being connected to the cathode electrode 34 and the zero potential terminal 42 is switched. The /? C circuit is adapted to the internal capacitances and cross resistances of the component.
Die Begrenzung des Störpotentials der Steuerbasisschicht 31 erfolgt mittels einer Diode 14, die parallel zum an der Steuerbasiselektrode 35 und Klemme 42 liegenden Widerstand 39 geschaltet ist.The interference potential of the control base layer 31 is limited by means of a diode 14 which is parallel is connected to the resistor 39 located at the control base electrode 35 and terminal 42.
Durch den flC-Kreis 40,41 wird im du/df-Störfall ein externer kapazitiver Strom und damit ein Kompensa-In the case of a du / df fault, a external capacitive current and thus a compensation
tionspotential q>comp geschaffen, das dem Störpotential der p-Steuerbasisschicht 31 entspricht und in gleicher Richtung verläuft Dieses am Widerstand 41 auftretende Kompensationspotential cpcomp wirkt an der Elektrodetion potential q> co mp created, which corresponds to the interference potential of the p-control base layer 31 and runs in the same direction. This compensation potential cpcomp occurring at the resistor 41 acts on the electrode
34 der η+-Emitterschicht 30, so daß an diese Schicht ein Potential gelegt ist, das dem Störpotential der Steuerbasisschicht in der Richtung entspricht und so eine Zündung verhindert ist34 of the η + emitter layer 30, so that a Potential is set that corresponds to the interference potential of the control base layer in the direction and so ignition is prevented
Da der Kondensator 40 eine feste Kapazität hat während die pn-Übergangskapazität der Schichten 31, 32 spannungsabhängig ist, wird ein geeigneter Mittelwert für die Kapazität des Kondensators 40 gewähltSince the capacitor 40 has a fixed capacitance while the pn junction capacitance of the layers 31, 32 is voltage-dependent, a suitable mean value for the capacitance of the capacitor 40 is selected
Die Potential-Kompensation wird verbessert durch die Potential-Begrenzungsdiode 14, da das zu kompensierende du/df-Störpotential der Schicht 31 wesentlich erniedrigt wird. Der Kondensator 40 und der Widerstand 41, welcher sich im Lastkreis befindet, können also durch Anwendung der potentialbegrenzenden Diode 14 wesentlich kleiner bemessen werden.The potential compensation is improved by the potential limiting diode 14, since that to be compensated du / df interference potential of layer 31 is essential is humiliated. The capacitor 40 and the resistor 41, which is located in the load circuit, can can be made much smaller by using the potential-limiting diode 14.
Anhand der Fig.3 wird die Wirksamkeit der Begrenzung näher erläutertThe effectiveness of the Limitation explained in more detail
Auf der Ordinate ist der Zündstrom und auf der Abzisse die..zwischen der Klemme 42 und der ElektrodeThe ignition current is on the ordinate and the ... between terminal 42 and the electrode on the abscissa
35 auftretende Spannung aufgetragen. Dargestellt ist die Stromkennlinie Ir des Widerstandes 39, die Stromkennlinie fo der Diode 14 und die Stromkennlinie /cder Kombination von Widerstand 39 und Diode 14.35 occurring voltage plotted. The current characteristic Ir of the resistor 39, the current characteristic fo of the diode 14 and the current characteristic / c of the combination of resistor 39 and diode 14 are shown.
Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, tritt bis etwa 0,5 V noch keine Wirkung der Diode (etwa 0,5 mA) bzw. der Kombination Diode, Widerstand (etwa 1,5 mA) auf. Wird ein Potential von 0,6 V erreicht, das dem gewählten Begrenzungspotential q>i,m entspricht, so wird die Diode 14 voll leitend und es fließt ein Strom > 3,0 mA.As can be seen from the diagram, the diode (approx. 0.5 mA) or the combination of diode and resistor (approx. 1.5 mA) has no effect up to approx. 0.5 V. If a potential of 0.6 V is reached, which corresponds to the selected limiting potential q> i, m , the diode 14 becomes fully conductive and a current> 3.0 mA flows.
Treten an der Steuerbasiselektrode 35 also etwa 0,5 V auf und ist angenommen, daß am Ersatz-Widerstand Ra ein zusätzliches Potential von etwa 0,2 V auftritt so wird der Halbleitergleichrichter zwar gezündet (etwa 0,7 V), jedoch erfolgt durch die Diode 14 keine merkliche Beeinträchtigung der optischen Zündempfindlichkeit da die Kombination von Diode 14 und Widerstand 39 bei 0,5 V einen Strom Ig von etwa 1,4 mA führt, der nur unwesentlich größer als der allein durch den Widerstand 39 fließende Strom /«(etwa 1,0 mA) istIf approximately 0.5 V occurs at the control base electrode 35 and it is assumed that an additional potential of approximately 0.2 V occurs at the equivalent resistor R a , the semiconductor rectifier is indeed ignited (approximately 0.7 V), but occurs through the diode 14 no noticeable impairment of the optical ignition sensitivity since the combination of diode 14 and resistor 39 at 0.5 V leads a current Ig of about 1.4 mA, which is only slightly greater than the current flowing through resistor 39 alone / «( about 1.0 mA)
Die Wirkung der Kombination Diode 14, Widerstand 39 tritt erst bei 0,6 V an der Steuerbasiselektrode 35 auf und das Störpotential wird auf diesen Wert begrenzt.The effect of the combination of diode 14, resistor 39 only occurs at 0.6 V at the control base electrode 35 and the interference potential is limited to this value.
Das am Widerstand 41 im du/di-Störfall entstehende Kompensationspotential muß daher im wesentlichen nur das am Ersatz-Widerstand Ra zusätzlich auftretende Störpotential ausgleichen.The compensation potential arising at the resistor 41 in the event of a du / di fault must therefore essentially only compensate for the interference potential additionally occurring at the equivalent resistor R a.
Damit entfallen Einschränkungen in der Bemessung des Widerstandes 39, so daß dieser relativ hoch gewählt werden kann, und sich dadurch eine hohe optische Zündempfindlichkeit ergibt.This eliminates restrictions in the dimensioning of the resistor 39, so that it is chosen to be relatively high can be, and this results in a high optical ignition sensitivity.
An die Klemmen 44, 45 kann beispielsweise in bekannter Weise ein steuerbarer Leistungs-Halbleitergleichrichter geschaltet werden, für den der erfindungsgemäße optisch zündbare Thyristor einen externen »Gate-Verstärker«, also einen primär gezündeten Pilotthyristor, darstellt.A controllable power semiconductor rectifier can, for example, be connected to the terminals 44, 45 in a known manner are switched for which the optically ignitable thyristor according to the invention has an external "Gate amplifier", ie a primarily ignited pilot thyristor, represents.
Anstelle des Kondensators 40 mit fester Kapazität kann auch ein Halbleiterkörper 40' mit einer Schichtstruktur pnp verwendet werden, die in Bemessung und Dotierung der Schichtstruktur pnp des Halbleitergleichrichters 100 entspricht. Durch die Verwendung des spannungsabhängigen Kondensators 40' kann dessen kapazitiver Strom sehr genau dem des Halbleitergleichrichters 100 angepaßt werden, so daß eine besonders gute Kompensation des Störpotentials des Halbleitergleichrichters 100 erzielt ist.Instead of the capacitor 40 with a fixed capacitance, a semiconductor body 40 ′ with a layer structure can also be used pnp are used in the dimensioning and doping of the layer structure pnp of the semiconductor rectifier 100 corresponds. By using the voltage-dependent capacitor 40 ', its capacitive current can be adapted very precisely to that of the semiconductor rectifier 100, so that a particularly good compensation of the interference potential of the semiconductor rectifier 100 is achieved.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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