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BESCIRIBIJNG
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Die Erfindung betrifft einen Abschalt-Thyristor Modul, auch GTO-(Ga.te
Turn-Off)Thyristor Modul genannt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In unserer Zeit ist es immer wichtiger, Energiequellen zu schonen
und Energie sparsam einzusetzen. Um hierfür beizutragen, wurden im Gebiet der Leistungselektronik
Entwicklungen unternommen und Bauteile hergestellt, die energiesparend wirken. Die
Nachfrage nach derartigen Bauteilen wird immer größer. Für Inverterschaltungen und
Zerhackerschaltungen werden Abschaltthyristoren zunehmend wichtig. Der Grund liegt
darin, daß ein Abschaltthyristor im Vergleich zum herkömmlichen Transistor und zu
Hochgeschwlndigkeits-Schaltthyristoren überlegene Eigenschafteli aufweist. Einige
dieser herausragenden Eigenschaften sind die folgenden.
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(i) Das Element schaltet von selbst ab, (ii) Das Steuern zwischen
dem EIN- und dem AUS-Zustand kann durch eine kleine Steuerspannung erfolgen, (iii)
Elemente, die hohen Spannungen und hohen Strömen standhalten, können einfach hergestellt
werden, (iv) Die Belastbarkeit durch Stromstöße ist fast so hoch wie bei herkömmlichen
Thyristoren und (v) Ein Element mit kurzer Abschaltzeit kann erhalten werden.
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Hauptanwendungsgebiete für Abschaltthyristoren sind derzeit industrielle
Geräte, die in erster Linie auf die Anwendung bei Motoren, Leistungskonvertern wie
Invertern, Stromversorgungsgeräte und dergleichen gerichtet sind.
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Der Aufbau eines Abschaltthyristorchips ist im wesentlichen derselbe
wie der eines herkömmlichen Thyristors. Ein Quer-
schnitt eines
Abschaltthyristors ist in Fig. 1 dargestellt.
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Der TW ristor 10 weist eine Struktur mit vier Schichten auf.
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Es sind dies eine Basisschicht 101 vom N-Typ aus einem N-Typ-Siliziumeinkrista.llsubstra.t
mit geringer Verunreinigungskonzentra.tion, eine Emitterschicht 102 vom P-Typ und
eine Basisschicht 103 vom P-Typ, die dadurch gebildet sind, daß von beiden Seiten
des N-Typ-Siliziumeinkristallsubstrates eine P-Typ-Verunreinigung wie Gallium oder
Bor mit relativ hoher Konzentration eindiffundiert worden ist, eine Emitterschicht
104 vom N-Typ, die auf einem Teil der Basisschicht 103 vom P-Typ durch selektives
Eindiffundieren einer N-Typ-Verunreinigung wie z. B. Phosphor so hergestellt ist,
daß die Verunreinigungskonzentration in diesem Teil höher wird als in dem verbleibenden
Teil der P-Typ-Basisschicht 103.
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Eine metallisierte Anode 11, ein metallisiertes Gate 12 und eine metallisierte
Kathode 13 sind jeweils ohmisch mit der Oberfläche der P-Typ-Emitterschicht 102,
der P-Typ-Basisschicht 103 bzw. der N-Typ-Emitterschicht 104 verbunden.
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Die metallisierte Anode 11 wird im allgemeinen durch aufeinanderfolgendes
Aufdampfen verschiedener Metalle wie Aluminium, Molybdän, Nickel und Gold hergestellt.
Das metallisierte Gate 12 und die metallisierte Kathode 13 werden üblicherweise
durch Aufdampfen von Aluminium auf eine entsprechende Oberfläche hergestellt.
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Die Spannungs(V)-Strom(I)-Charakteristik eines Abschaltthyristors
entspricht im wesentlichen der eines herkömmlichen Thyristors, wie dies aus Fig.
2 ersichtlich ist. In Vorwärtsrichtung, d. h. in dem Zustand, bei dem ein an die
Anode gelegtes Potential positiv ist gegenüber dem an die Kathode gelegten Potential,
hängt die Charakteristik davon ab, in welchem von drei Bereichen die angelegte Spannung
liegt. In einem ersten Bereich (Vorwärtssperrbereich oder
AUS-Zustand-Bereich)
ist die angelegte Spannung niedriger als eine Kippspannung, die in Fig. 2 mit VBO
bezeichnet ist.
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In diesem Zustand fließt kaum Strom durch den Abschaltthyristor. In
einem zweiten Bereich (Leitungs- oder EIN-Zustandsbereich) ist die angelegte Spannung
höher als die Kippspannung, wodurch der Abschaltthyristor zündet. Die Charakteristik
des Abschaltthyristors im EIN-Zustand ist dieselbe wie die Vorwärtscharakteristik
einer Diode. In einem dritten Bereich (Übergangsbereich) geht der Abschaltthyristor
vom AUS- in den EIN-Zustand über.
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Die Rückwärts charakteristik, d. h. die Charakteristik in dem Bereich,
in dem das an die Kathode gelegte Potential positiv ist gegenüber dem an die Anode
gelegten Potential, ist in einem Bereich (Rückwärtssperrbereich) der absolute Wert
der angelegten Spannung kleiner als eine Durchbruchspannung VBD, und es fließt kaum
Strom durch den Thyristor.
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In einem anderen Bereich (Lawinendurchbruchsbereich) übersteigt; der
absolute Wert der angelegten Spannung die Durchbruchsspannung VBD,und der Strom
durch den Thyristor steigt an. Die Kippspannung VBO und die Durchbruchsspannung
VBD hängen von der Struktur des Abschaltthyristors ab.
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Eines der üblichsten Verfahren zum Umschalten eines Abschaltthyristors
vom AUS-Zustand, d. h. dem Zustand, in dem eine Spannung VD geringer als die Kippspannung
VBO zwischen die Anode und die Kathode gelegt wird, in den EIN-Zustand besteht darin,
zwischen Gatdund Kathode einen Strom in Vorwärtsrichtung fließen zu lassen. Wenn
der Gatestrom in Vorwärtsrichtung erhöht wird, nimmt mit zunehmendem Gatestrom IGl=IG2t
IG3<IG4 die Kippspannung VBO allmählich a.b. Wenn die so veränderbare Kippspannung
VBO geringer ist als eine außen angelegte Spannung VD schaltet das Element in den
EIN-Zustand.
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Wenn die Spannung VD, wiegtn Fig. 2 dargestellt, angelegt wird,
kann
das Element in den EIN-Zustand dadurch überführt werden, daß der Gatestrom 1G2 eingeschaltet
wird.
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Bei einem herkömmlichen Thyristor geht die Steuerfunktion des Gate
verloren, wenn der Thyristor vom AUS- in den EIN-Zustand geschaltet hat. Um den
Thyristor in den AUS-Zustand rückzuführen, muß die Vorwärtsspannung VD zwischen
der Anode und der Kathode auf O Volt gesetzt werden oder der Wert des Vorwärtsstromes
muß unter den Wert eines Haltestromes gesenkt werden. Bei einem Abschaltthyristor
dagegen ist der Übergang vom EIN- in den AUS-Zustand dadurch möglich, daß ein Strom
(Gate-Rückwärtsstrom) von der Kathode zum Gate eingeschaltet wird. Dadurch unterscheidet
sich der Abschaltthyristor erheblich vom herkömmlichen Thyristor. Damit ein Abschaltthyristor
durch einen Gate-Rückwärtsstrom geschaltet werden kann, sind verschiedene Xnderungen
in der Struktur erforderlich. Zum Beispiel werden die Gate- und die Ka.thodenelektroden
als Interdigitalelektroden a.usgebildet, die P-Typ-Emitterschicht 102 und die N-Typ-Basisschicht
102 werden durch eine metallisierte Anodenschicht auf der (nicht dargestellten)
Oberfläche kurzgeschlossen, die Struktur wird so gewählt, daß die Injektion von
Löchern von der P-Typ-Emitterschicht 102 in die N-Typ-Basisschicht 101 steuerbar
ist, der Querwiderstand der P-Typ-Basisschicht 103 wird verringert oder dergleichen.
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An Hand der Fig. 3 wird nun eine Schaltung erläutert, in der ein Abschaltthyristor
als Inverter oder als Zerhacker verwendet wird. In diesem Fall ist eine Schwungraddiode
DF1 20 an die parallel mit einem Abschaltthyristor GTO1 10 verbunden. Darüberhinaus
ist zwischen die Anode A1 und die Kathode Kl eine Abschneideschaltung mit einer
Diode Ds, einem Widerstand R5 und einem Kondensator Cs geschaltet.
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Der Anschluß der Abschneideschaltung ist in Fig. 3 gestri-
chelt
dargestellt. Die Abschneideschaltung erfüllt zwei Aufgaben. Die eine besteht darin,
daß dann, wenn der Abschaltthyristor abgeschaltet wird, der durch ihn fließende
Strom rasch dadurch erniedrigt wird, indem er durch die Abschneideschaltung umgeleitet
wird, so daß der innere Generationsverlust des Abschaltthyristors erniedrigt wird.
Die andere besieht darin, daß während der Abschaltzeit die Anstiegsrate einer an
das Element gelegten Vorwärtsspannung so gesteuert wird, daß sie unter einem bestimmten
Wert bleibt, um zu verhindern, daß der Abschaltthyristor wieder eingeschaltet wird.
Wenn der Abschaltthyristor abgeschaltet wird, wird eine Überschwingspannung an den
Thyristor gegeben. Dies wird im folgenden an Hand eines Beispieles erläutert, bei
dem ein Abschaltthyristor in einer Inverter-Schaltung verwendet wird.
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Fig. 4 ist eine Schaltung einer einzigen Phase einer Inverterschaltung
mit einem Abschaltthyristor. In Fig. 5 sind Wellenformen für die Spannung und den
Strom für jeden Teil der Schaltung gemäß Fig. 4 während der Abschaltzeit des Abschaltthyristors
dargestellt. In diesen Figuren ist mit VAK die zwischen Anode und Kathode des Abschaltthyristors
gelegte Spannung bezeichnet. iA ist der durch den Thyristor fließende Strom, is,
iF, iL sind Ströme, die durch die Abschneideschaltung, die Schwungraddiode bzw.
durch eineLast fließen. Wie aus dem Wellenzug für die Spannung VAK ersichtlich ist,
nimmt die Spannung vorübergehend einen huhen Wert mit einem Spitzenwert während
dem Abschalten ein und geht dann auf einen stationären Wert über. Der Unterschied
zwischen der Spitze und dem stationären Wert nach dem Abscha.lten ist die Überschwingspannung,
die in Fig. 5 mit J V bezeichnet ist. Der Wert von X V ist durch die folgende Gleichung
(1) gegeben.
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dV= LT / C5 x IT (1)
mit LT =l3 + l4 + l5 + l6 +
l7 + l8, wobei e3 und Induktivitäten der Abschneideschaltung sind, C und l6 Induktivitäten
einer Hauptschaltung und # 7 und 8 Induktivitäten einer Schwungraddiodenschaltung
(siehe Fig. 4) sind und 1T der Strom durch den Abschaltthyristor im EIN-Zustand
ist. Die an den Abschaltthyristor gelegte Überschwingspannung V hängt mit der Vorwärtssperrspannung
des Elementes zusammen. Daher ist es sehr wichtig, # V so klein wie#nöglich zu wählen.
Um die Überschwingspannung # V klein wählen zu können, müssen die Induktivitäten
l1,l2,l3,l4,l5,l6 und der Verdrahtung gering sein.
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Bei einem herkömmlichen Abschaltthyristor ist die Schwungraddiode
ein vom Thyristor getrenntes Element, das gesondert mit diesem verbunden werden
muß. Daher müssen diese beiden Elemente miteinander über eine äußere Verdrahtung
verbunden werden, wodurch die Verdrahtung zwangsläufig lange wird.
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Dies bedeutet aber, daß die Induktivitäten f7 und g8 der Verdrahtung
zur Schwungraddiode groß werden und dadurch die Überschwingspannung # V groß wird.
Beim Verwenden eines bekannten Abschaltthyristors kann also die anfängliche Spannung
4V nicht klein gewählt werden, was dazu führt, daß die Vorwärtssperrspannung des
Abschaltthyristors nicht optimal gewählt werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,5#inen Abschaltthyristormodul
der eingangs genannten Art/auszubilden, daß die Induktivität zwischen dem Abschaltthyristor
und der Schwungraddiode gering wird, so daß die Überschwingspannung gering wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist für das allgemeine Bauteil in Anspruch
1 und für eine allgemeine Bauart in Anspruch 3 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Abschaltthyristormodul
einen oder mehrere Abschaltthyristoren und eine oder mehrere Schwungraddioden aufweist,
die jeweils an die parallel miteinander in einem einzigen Bauteil verbunden sind.
Der Abschaltthyristor weist eine Anode, eine Kathode und eill Gate auf, die mit
einem Anodenanschluß, einem Kathodenanschluß bzw. einem Gateanschluß verbunden sind.
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Die Anschlüsse werden isoliert voneinander im Bauteil festgehalten.
Die Schwungraddiode weist eine Anode und eine Kathode auf, die mit dem Kathoden-
bzw. dem Anodenanschluß verbunden sind. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
weist der Abschaltthyristormodul ein isolierendes Substrate auf. Auf dieser ist
eine gemeinsame Elektrodenplatte angeordnet. Auf der gemeinsamen Elektrodenplatte
sind ein Abschaltthyristorchip und ein Schwungraddiodenchip so auRgebracht, daß
die Anode des Abschaltthyristors und die Kathode der Schwungraddiode mit ihr verbunden
sind. Andere in den Chips vorhandene Elektroden sind mit einem auf dem isolierenden
Substrat durch eine Innenverdrahtung verbunden.
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Durch die Innenverdrahtung im Vergleich zu der herkömmlichen externen
Verdrahtung sind dl e die Leitungsinduktivitäten der Verbindungsleitungen zwischen
dem Thyristor und der Schwungraddiode erheblich verringert, wodurch die Sperreigenschaften
verbessert sind.
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Ein weiterer Vorteil besieht darin, daß kein Platz außen am Abschaltthyristor
mehr erforderlich ist, um dort die Schwungraddiode anzubringen. Dadurch kann das
Bauteil mit kleineren Abmessungen hergestellt werden, und es besteht keine Beschädigungsgefahr
mehr für eine außen angebrachte Schwungraddiode Außerdem ist die Herstellung erheblich
vereinfacht, da. der Abschaltthyristor und die antiparallel geschaltete Schwung-
diode
auf derselben Elektrodenplatte angebra.cht sind und darnit keine gesonderte externe
Verbindung mehr vorzunehmen ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einenQuerschnitt durch den Aufbau eines Abschaltthyristorchips;
Fig. 2 eine Spannungs-Strom-Charakteristik eines Abschaltthyristors; Fig. 3 einen
Prinzipschaltplan des Anschlusses eines Abschaltthyristors; Fig. 4 einen Prinzipschaltplan
einer Inverterschaltung mit einem Abschaltthyristor; Fig. 5 Wellenformen von Spannungen
und Strömen für jeden Teil der Inverterschaltung gemäß Fig. 4 beim Abschalten; Fig.
6 einen Querschnitt durch ein Halbleiterchip für einen anmeldegemäßen Modul; Fig.
7 eine perspektivische Ansicht eines anmeldegemäßen Moduls, wobei jedoch der Bauteileinschluß
weggelassen ist; Fig. 8 ein Ersatzschaltbild eines Abschaltthyristormoduls einer
weiteren Ausführungsform; und Fig. 9 eine perspektivische Ansicht des Aufbaus eines
Moduls für die Schaltung gemäß Fig. 8, wobei jedoch der Bauteileinschluß weggelassen
ist.
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In Fig. 6 ist heizteil eines Halbleiterchips für eine anmeldegemäße
Ausführungsform im Querschnitt dargestellt.
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Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschaltthyristormoduls,
bei dem der Ubersichtichkeit halber der obere Teil des Gehäuses aus Kunstharz oder
dergleichen und eine beschichtete Harzschicht nicht dargestellt sind. Wie aus den
Fig. 6 und 7 einer Ausführungsform eines anmeldegemäßen Abschaltthyristormoduls
ersichtlich ist, sind ein einzelner Abschaltthyristor und eine einzelne Schwungraddiode
auf einem einzigen isolierenden Substrat aufgebracht und miteinander verbunden.
Die aufgebrachten Elemente und die Verbindung zwischen ihnen entspricht dem Teil
100, der in Fig. 3 strichpunktiert umrandet ist.
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Ein Abschalttiiyristorchip 10 und ein Schwungraddiodenchip 2G sind
mit einer gemeinsamen Elektrodenmetallplatte 33 dadurch verbunden, daß eine metallisierte
Anode 11 des ersteren und eine metallisierte Kathode 21 des letzteren mit der gemeinsamen
Metallplatte 33 verbunden sind, die aus einer Kopf er platte gebildet ist. Das Verlöten
ist durch ein Hartlot 32 mit einem geringen Schmelzpunkt erfolgt. Der Abschaltthyristor
10 weist clri Struktur mit vier Schichten auf. Dies sind eine N-Typ-Basisschicht
110 aus einem N-Typ-Siliziumeinkristallsubstrat geringer Verunreinigungskonzentration,
eine P-Typ-Emitterschicht 102 und eine P-Typ-Basisschicht 103, die durch Eindiffundieren
einer P-Typ-Verunreinigung, wie Gallium oder Bor, von beiden Oberflächen des N-Typ-Silizium-Einkristallsubstrates
mit verhältnismäßig hoher Konzentration hergestellt sind, und eine Emitterschicht,
die dadurch gebildet ist, daß eine. N-Typ-Verunreinigung, wie Phosphor, selektiv
in einen Teil der P-Typ-Basisschicht 103 so eindiffundiert ist, daß die Verunreinigungskonzentration
in diesem Bereich höher wird als im verbleibenden Bereich der P-Typ-Basisschicht
103.
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Eine metallisierte Anode 11, ein metallisiertes Gate 12 und
eine
metallisierte Kathode 13 sind ohmisch mit den Oberflächen der P-Typ-Emitterschicht
102, der P-Typ-Basisschicht 103 bzw. der N-Typ-Emitterschicht 104 verbunden. Die
metallisierte Anode 11 ist durch aufeinanderfolgendes Aufdampfen verschiedener Metalle
wie Aluminium, Molybdän, Nickel und Gold gebildet. Das metallisierte Gate 12 und
die metallisierte Kathode sind durch Aufdampfen von Aluminium auf die entsprechende
Oberfläche gebildet. Die Schwungraddiode umfaßt eine N-Schicht 201 aus einem N-Typ-Siliziumeinkristallsubstrat
von geringer Verunreinigungskonzentra.tion, eine P-Schicht 202, die dadurch gebildet
ist, daß eine P-Typ-Verunreinigung wie Gallium oder Bor in die N-Schicht 201 so
eindiffundiert ist, daß die Verunreinigungskonzentration verhältnismäßig hoch ist,
und eine N+-Schicht 201a, die dadurch gebildet ist, daß eine N-Typ-Verunreinigung
wie Phosphor in eine Oberflächenschicht der N-Schicht 201 eindiffundiert ist, um
einen besseren ohmischen Kontakt zu ermöglichen. Die metallisierte Kathode 21 stellt
einen ohmischen Kontakt mit der Oberfläche der N+ -Schicht 201a der N-Schicht 201
her und die metallisierte Anode 22 stellt einen ohmischen Kontakt mit der Oberfläche
der P-Schicht 202 her. Die Spannungs-Strom-Chara.kteristik der Schwungraddiode 20
ist dieselbe wie bei einer herkömmlichen Diode. Vorzugsweise wird eine Diode mit
geringer Sperrverzögerungsladung, also mit schneller Erholung verwendet.
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Die gemeinsame Elektrodenmetallplatte 33 ist mit einem isolierenden
Substrat 35 aus Aluminiumoxid über eine Metailisierungsschicht 35a mit einer Lötschicht
34 verbunden.
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Eine Metallisierungaschicht 35b ist auch auf der Unterseite des isolierenden
Substrates 35 aufgebracht und über diese Metallisierungsachicht ist ein Kühlkörper
37 aus einer Metallpla.tte mit einem Lötmaterial 36 niedrigen Schmelzpunktes mit
dem isolierenden Substrat verbunden.
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Wie aus Fig. 7 ersichtlich, weist ein Anodenanschluß 38 ein Loch 38a
für eine externe Verdrahtung auf und ist gemeinsam mit der gemeinsamen Elektrodenplatte
33 ausgebildet. Eine Kathodenplatte 39b und eine Gateplatte 40b, die aus einer Kupferpiatte
geformt sind, sind über ein Lötmittel mit einem metallisierten Bereich auf der Oberfläche
verlötet, der teilweise an beiden Enden des isolierenden Substrates 35 angebracht
ist. Ein Kathodenanschluß 39 weist ein Loch 39a für eine externe Verdrahtung auf
und ist integral mit der Kathodenplatte 39b ausgebildet. Entsprechend weist ein
Gateanschluß 40 eine Öffnung 40a für externe Verdrahtung auf und ist integral mit
der Gateplatte 40b ausgebildet. Das in Fig. 7 dargestellte Bauteil ist über eine
übliche (nicht dargestellte) Harzversiegelung versiegelt, so daß Teile des Anodenanschlusses
38, des Kathodenanschlusses 39 und des Gateanschlusses 40, d. h. die jeweiligen
Spitzenbereiche derselben, ebenso wie der Kühlkörper 37, geschützt sind.
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Der Abschaltthyristorchip 10 und der Schwungraddiodenchip 20 sind
auf der gemeinsamen Elektrodenmetallplatte 33 nahe beieinander angebracht und mit
der Platte verlötet, wie dies aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist. Das direkt benachbarte
Anordnen dient dazu, die Länge einer Innenverdrahtung zwischen der metallisierten
Kathode 13 des Abschaltthyristorchips 10 und der metallisierten Anode 22 des Schwungraddiodenchips
20 und die Länge der gemeinsamen Metallplatte 33 zwischen der metallisierten Anode
11 des Abschaltthyristorchips 10 und der metallisierten Kathode 21 des Schwungraddiodenchips
20 äußerst gering zu machen, so daß die Induktivität der Verdrahtungsteile stark
verringert ist. Eine Innenverdrahtung 30 wird dadurch hergestellt, daß ein Aluminiumdraht
oder mehrere Aluminiumdrähte zwischen der metallisierten Aluminiumkathode 13 des
Abscha.ltthyristorchips 10, der metallisierten Alu-
miniumanode
22 des Schwungraddiodenchips 20 und der Kathodenplatte 39b gespannt und mit Ultraschall
mit diesen Teilen verbunden sind. Wie schon erläutert, wird der Modul gemäß Fig.
7 dann noch in Harz versiegelt und als Einbauteil ausgebildet.
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Beim Betrieb dient der Abschaltthyristormodul als antiparal lele Verbindung
zwischen einem Abschaltthyristor und einer Schwungraddiode. Spannung wird also zwischen
den Anodenanschluß 38 und den Kathodenanschluß 39 in der Weise angelegt, daß das
erste Potential höher ist als das letztere und ein einen bestimmten Wert übersteigender
Strom vom Gateanschluß 40 zum Kathodenanschluß 39 fließt, so daß der Abschaltthyristor
eingeschaltet wird. Dann befindet sich die Schwungraddiode in ihrem Rückwärts-Sperrzustand.
Wenn dann ein einen bestimmten Wert übersteigender Strom vom Kathodena.nschluß 39
zum Gateanschluß 40 fließt, schaltet der Abschaltthyristor wieder aus. In dem Fall,
daß die zwischen dem Anodenanschluß 38 und dem Kathodenanschluß 39 angelegte Spannung
umgekehrt wird, bleibt der Abschaltthyristor im AUS-Zustand, wodurch Strom durch
die Schwungraddiode fließt.
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Die Induktivitäten der Innenverdrahtung sind dabei gegenüber herkömmlichen
Modulen erheblich verringert. Wenn daher ein anmeldegemäßer Abschaltthyristormodul
bei einer Inverterschaltung oder dergleichen verwendet wird, nimmt die Überschwingspannung
beim Abschalten ab.
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An Hand der Fig. 8 und 9 wird nun eine weitere Ausführungsform eines
Abschaltthyristormoduls beschrieben. Hierbei sind zwei in Reihe geschaltete Abschaltthyristorchips
GTO1 und GT02 in einem einzigen Bauteil zusammengefaßt. Fig. 8 ist ein Ersatzschaltbild
für den in Fig. 9 perspektivisch dargestellten Modul. Zwei Abschaltthyristorchips
GTO1 und GT02 sind in Reihe geschaltet und antiparallel mit jeweiligen Schwungrad-
dioden
DF1 bzw. DF2 verbunden. Der in Fig. 8 strichpunktiert umrandete Teil 200 der Schaltung
ist im Modul gemäß Fig. 9 enthalten, der als einzelnes Bauteil ausgeführt ist. Der
gemeinsame Elektrodenanschluß 38 für die zwei Abschaltthyristoren GTO1 und GT02
ist als gemeinsame Elektrode für die Anode des ersten Thyristors GTO1 und die Kathode
des zweiten Thyristors GT02 ausgebildet. Der Kathodenanschluß 39 ist mit der Kathode
des ersten Abschaltthyristors GTO1 verbunden.
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Ein Anodenhauptanschluß 380 ist mit der Anode des zweiten Abschaltthyristors
GTO2 verbunden. Ein Kathodenanschluß 39c und der Gateanschluß 40 sind mit der Kathode
bzw. dem Gate des ersten Abschaltthyristors GTO1 verbunden, so daß die Kathode und
das Gate steuerbar sind. ähnlich sind ein Kathodenanschluß 390 und ein Gateanschluß
400 mit der Kathode bzw. dem Gatepes zweiten Abschaltthyristors GTO2 verbunden,
so daß die Kathode und das Gate steuerbar sind. Wenn der Abschaltthyristormodul
in einer Inverterschaltung, einer Zerhackerschaltung oder dergleichen verwendet
wird, ist eine Abschneideschaltung mit jedem der beiden Abschaltthyristoren verbunden,
wie dies durch eine gestrichelte Linie in Fig. 8 dargestellt ist. Eine solche Abschneideschaltung
für den Abschaltthyristor GTO1 weist eine Diode DS1, einen Widerstand R51 und einen
Kondensator C51 auf, die zwischen den Kathodenanschluß 39 und den gemeinsamen Elektrodenanschluß
38 geschaltet sind. Eine zweite Abschneideschaltung für den zweiten Abschaltthyristor
GT02 weist eine Diode DS2, einen Widerstand RS2 und einen Kondensator C52 auf, die
zwischen den Kathodenanschluß 39 und den Anodenanschluß 380 geschaltet sind. In
Fig. 9 ist eine Ausführungsform eines Abschaltthyristormoduls für die Schaltung
gemäß Fig. 8 perspektivisch dargestellt. Auch dieser Modul gemäß Fig. 9 ist wie
der gemäß Fig. 7 ohne den oberen Teil des Gehäuses und ohne eine schützende Harzschicht
dargestellt. Die in Fig. 9 dargestellte Struktur geht aus der gemäß Fig. 7 dadurch
hervor, daß zwei
Abschaltthyristormodule gemäß Fig. 7 kombiniert
sind. Die Struktur jedes Teiles ist dieselbe wie an Hand des ersten Ausführungsbeispieles
beschrieben, weswegen nicht mehr näher darauf eingegangen ist. Bei der Ausführungsform
gemäß Fig. 9 sind ein Abschaltthyristor und eine Schwungraddiode jeweils auf der
Oberfläche zweier isolierender Substrate 35 bzw. 350 genau wie bei der Struktur
gemäß Fig. 7 aufgebracht. Die isolierenden Substrate 35 und 350 sind mit einem Kühlkörper
37 aus einer Metallplatte über ein Lötmittel niedrigen Schmelzpunktes verlötet.
Um die zwei Abschaltthyristoren in Reihe zu schalten, erstreckt sich eine Verbindungsleitung
50 über den Abstand zwischen der Anodenplatte 33 des Abschaltthyristors der einen
Einheit und der Kathodenplatte 390b des Abscha.ltthyristors der anderen Einheit.
Die Verbindungsleitung 50 ist mit diesen Elektrodenplatten durch ein Lötmittel niedrigen
Schmelzpunktes verlötet. Die zwei Elektrodenplatten 33 und 390b sind so elektrisch
kurzgeschlossen. Bei der Darstellung gemäß Fig. 9 entsprechen die Bezugszeichen
denen der Ersatzschaltung gemäß Fig. 8. Der gemeinsame Elektrodenanschluß 38 entspricht
einem gemeinsamen Anschluß (Anschlüsse K2, K1) für die zwei Abschaltthyristoren
GTO1 und GTO2; der Anschluß 39 entspricht dem Kathodenanschluß (Anschluß K1) des
ersten Abschaltthyristors GTO1; der Anschluß 380 entspricht dem Anodenanschluß (Anschluß
K2) des zweiten Abschaltthyristors GTO2; die Anschlüsse 39c und 40 zum Steuern des
Abs chaltthyris tors GTO1 entsprechen dem Kathodenanschluß (Anschluß K1) bzw. dem
Gateanschluß (Anschluß Gel); die Anschlüsse 390 und 400 zum Steuern des zweiten
Abschaltthyristors GTO entsprechen dem Kathodenanschluß (Anschluß K2) bzw. dem Gateanschluß
(Anschluß G2). Auch das in Fig. 9 da.rgestellte Bauteil ist in Harz (nicht dargestellt)
eingegossen.
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Die Versiegelung ist so ausgeführt, daß jeweils Teile (Endteile der
Anodenanschltfsse 38 und 380, der Kathodenanschlüsse 39 und 390 und der Gateanschlüsse
40 und 400, ebenso wie der Kühlkörper 37, geschützt sind.
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Im Betrieb arbeitet der Abschaltthyristormodul gemäß der zweiten Ausführungsform
wie der in Fig. 8 strichpunktiert umrandet dargestellt Schaltungsteil. Der Modul
arbeitet also als Reihenscha.ltung von zwei Abschaltthyristoren, die mit Schwungraddioden
antiparallel verschaltet sind. Die Funktion beider Einheiten im Modul ist dieselbe
wie die des Moduls gemäß Fig. 7.
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Im bisherigen sind zwei Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei beim
ersten Modul ein mit einer Schwungraddiode antiparallel verschalteter Abschaltthyristor
und bei der zweiten Ausführungsform zwei solche Einheiten zu einem Modul zusammengefaßt
sind. Wenn es erforderlich ist, ist es ohne weiteres möglich, drei oder noch mehr
antiparallele Verbindungsschaltungen in einem Modul zusammenzufassen.
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