JPS6074679A - 半導体素子の保護回路 - Google Patents

半導体素子の保護回路

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JPS6074679A
JPS6074679A JP18275983A JP18275983A JPS6074679A JP S6074679 A JPS6074679 A JP S6074679A JP 18275983 A JP18275983 A JP 18275983A JP 18275983 A JP18275983 A JP 18275983A JP S6074679 A JPS6074679 A JP S6074679A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
gto
current
capacitor
auxiliary
Prior art date
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Pending
Application number
JP18275983A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuhiko Takigami
滝上 克彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS6074679A publication Critical patent/JPS6074679A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/74Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は半導体素子、特にゲートターンオフサイリスタ
(以下GTOと称する)など自己消弧能力を持った半導
体素子を保護する回路に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 第1図は自己消弧型半導体素子としてGTOIを用いた
場合の代表的な保護回路(スナバ回路)例を示している
。即ちスナバ回路は、GTOlに並列に、ダイオード2
とコンデンサ3の直列回路を設け、ダイオード2に並列
に抵抗4を設けて構成されている。リアクトル5はスナ
バ回路の全長に存在する浮遊のインダクタンス成分を1
ケ所にまとめて等価回路として挿入したもので意図的に
リアクトルを接続したものではない。6は主回路の負荷
、7はゲートパルサである。
第2図を用いてこの回路動作を説明し、スナバ回路の働
きとその問題点を明らかにする。第2図において時刻t
oでゲートパルサ7から正のパルス電流1oをGTOI
のゲート・カソード間に加えると、GTOlはターンオ
ンし、電源E−負荷6−GTOI−電源Eの閉回路で電
流IOが流れる。この時GTO1には電′mEからの電
流IOの他にスナバ回路のコンデンサ3から電流isが
図示した矢印の向きと反対方向に流れ込む。この時の電
流1sはコンデンサ3の端子間初期電圧を抵抗4の値で
割った値がほぼ最大値となる。この時GTOlのアノー
ド・カソード11!l電圧Va及びコンデンサ3の端子
電圧VCは第3図に示す通りである。
そして任意の時間だけGTOlをオン状態にしておき、
時刻t1でゲートパルサ7からバルサ7から負のゲート
パルスをGTOIのゲート・カソード間に印加するとG
TOlは阻止状態に移行する。この時GTO1に流れて
いた電流Iaがスナバ回路に転流するためスナバ電流■
Sは第1図の矢印の向きに流れ、ダイオード2を通して
コンデンサ3を充電する。したがって、このスナバ電流
Isが第2図の破線の如く流れるためスナバ回路に存在
するりアクドル5によりスパイク状の電圧か誘起される
。そのためGTOlのアノード・カソード間電圧Vaは
第2図の如く時刻t3でスパイク状の電圧が生じる。こ
の電圧のピーク値vdは第2図の損失電力波形pからも
わかるようにGTO1内部の熱損失となるため、成る一
定の値を超えると熱破壊に至らしめる。したがって小さ
な値に抑制しなければならない。
前記スパイク電圧ピーク値は、主回路条件とスナバ浮遊
インダクタンスによる誘起電圧およびスナバコンデンサ
3のターンオフ初期時刻t2における放電残留型荷分の
電圧Vc(min)によって決定される。コンデンサ電
圧VCはスナバ回路の抵抗4の抵抗値r(Ω)とコンデ
ンサ3の容量C;(f>でほぼ決り次式で表わせる。
Vc (t ) =Vdx−e x p (−t/cr
) −−−−−−(1)但し、VdxはGTOlがター
ンオンする直前のアノード・カソード間電圧(V)であ
る。(1)式で示すように通電時間t (−t2−to
 )の値が小さい場合にはコンデンサ3の電荷は完全に
放電せず、Vc(t2 ) =Vc (’m i n 
)≠0となる。
GTOを装置に組込み、その装置を高周波で駆動すれば
当然、通電時間は短縮されVc(min)の値は数10
0(v)に達する事がある。近年GToの電力容量はめ
ざましく増大しており耐圧が4kv以上、最大ターンオ
フ電流2kA以上のものが完成している。したがって、
上記(1)式の、Vc (0)−Vdxも2kVあるい
はそれ以上で運転するため前述の如<vc(min)が
300〜400 (v)にも達する事がある。そのため
必然的に前述したスパイク電圧ピーク値もVc(m+n
)を上乗せした値となり、熱破壊を生じる状態に近づく
ことになる。
第3図は、GTOのターンオフ電流1aに対するスパイ
ク電圧Vdの実測値である。同図かられかるようにVd
はIaによって増加する。ところがVdはGTOの耐圧
等によって破壊する値が定まっているからVdの成分に
VC(min)が含まれると、それだけ)aの最大値は
低下する。発明者の多くの実測によればvc(min)
が50(V)増大する毎にlaの最大値は約100(A
)づつ減少する。したがって上記の如く、従来のスナバ
回路を用いると最大ターンオフ電流が数百アンペアも減
少 し、GTOの本来有している能力を発揮させることが出
来ず、ひいては、GTOを用いた装置の信頼性を低下さ
せる問題点をもっていた。
[発明の目的] 5一 本発明は上記問題点に鑑み、GTO等の自己消弧型半導
体素子の性能を十分発揮させるような保護回路を提供す
ることを目的としている。
[発明の概要] 本発明は、半導体素子の保護回路を構成するコンデンサ
に対して半導体素子のターンオン時にその電荷を放電さ
せる補助回路を並設したことを特徴としている。
[発明の効果コ 本発明によれば、半導体素子のターンオン時に速やかに
保護回路のコンデンサの電荷を放電させることで、素子
がターンオフしたときにこのコンデンサの残留電荷によ
る電圧のスパイク電圧への重畳分が減少し、従って自己
消弧型半導体素子の性能向上を図ることができる。
[発明の実施例] 第4図は本発明の一実施例である。第1図と対応する部
分には第1図と同一符号を付しである。
第1図と異なる点は、スナバ回路のコンデンサ3と並列
に図示した極性の向きにサイリスタ11と−〇− 抵抗12を直列にした補助回路10を接続していること
である。このようなスナバ回路を構成したときのGTO
lの動作を第5図の電圧、電流波形を用いて次に説明す
る。
第4図の補助サイリスタ11のゲートオン電流Igsは
、第5図のようにGTOIのゲートオン電流IQと同時
に流し始めるか、あるいはI(JSをやや遅らせて流す
。その結果コンデンサ3の端子電圧VCが短時間(=t
2−to )で零になる。また補助サイリスタ11に流
れる電流Ipも短時間で零になる。その理由は、第4図
において抵抗4の値は、ターンオン時にスナバからGT
OIに流れ込む電流の最大値(約y dx/ r )を
抑制するためr−数10Ωに設定しなければならないの
に対し、抵抗12の値rsはrs=数ΩにしてもGTO
lのターンオン時のdla/dtに無関係である事によ
る。即ち(1)式は本実施例の場合Vc =Vdx−e
 x p (−t /c rs ) ・・・−・−(2
)となりrをrsより十分大とにすることが可能なため
Vc(min)を容易に零近傍に近付けられる。この結
果、GTOIがターンオフする時点t4で発生するスパ
イク電圧は、コンデンサ3の残留電荷分によるものが重
畳されることなく、非常に小さいものとなる。
以上説明した如く、本実施例によれば、GTOの熱破壊
因子であるスパイク電圧を低減し、素子破壊を防止して
GTOが所有する本来の最大ゲートターンオフ電流を実
現されることが出来、装置にGTOを組込んだ場合にも
信頼性を高める効果がある。又ターンオン時にもコンデ
ンサからの放電電流がGTOに流れないのでGTOの発
熱が減少する。
第6図は本発明の他の実施例である。第4図の実施例と
異なる点は、本実施例の場合、コンデンサ3と並設する
補助回路10として、抵抗13とトランジスタ14の直
列回路を用いていることである。その効果は上記に述べ
たものと同じである。
第7図は更に他の実施例であり、第4図の抵抗12の部
分をリアクトル15に置換したものである。
本発明の主眼はスナバ回路のコンデンサの電荷を自己消
弧型半導体素子のターンオンとほぼ同時に補助回路で短
時間に放電させ、素子のターンオフ時におけるアノード
電流立上がり率dla/dtを減少させ、ターンオフ時
のスパイク電圧Vdを減少させることにある。したがっ
て、第5図において抵抗13の代わりにリアクトルを接
続したり、その他抵抗とりアクドルを直列にしたものを
スイッチング素子に直列接続して補助回路を構成するこ
とも本発明に含有されることは言うまでもない。
また本発明はGTOに限らず、静電誘導型サイリスタ、
静電誘導型トランジスタなど、自己消弧能力を有する他
の半導体素子にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のスナバ回路をもつGTO回路を示す図、
第2図はその動作波形を示す図、第3図はGTOのゲー
トターンオフ時のアノード電流とスパイク電圧の関係を
示す図、第4図は本発明の一実施例のスナバ回路をもつ
GTO回路図、第5図はその動作波形図、第6図および
第7図は水弁9− 明の他の実施例のGTO回路図である。 1・・・GTo、2・・・ダイオード、3・・・コンデ
ンサ。 4・・・抵抗、10・・・補助回路。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 10− 第3図 工良 第4図 第6図 第6図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)自己消弧型の半導体素子に並列接続されたダイオ
    ードとコンデンサの直列回路と、前記ダイオードに並列
    接続された抵抗と、前記コンデンサに並列接続され前記
    半導体素子のターンオン時にコンデンサの電荷を放電さ
    せる補助回路とを備えたことを特徴とする半導体素子の
    保護回路。
  2. (2)前記補助回路は、抵抗またはりアクドルとスイッ
    チング素子の直列回路である特許請求の範囲第1項記載
    の半導体素子の保護回路。
JP18275983A 1983-09-30 1983-09-30 半導体素子の保護回路 Pending JPS6074679A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01143356A (ja) * 1987-11-30 1989-06-05 Meidensha Corp Gtoサイリスタ
DE102006017487A1 (de) * 2006-04-13 2007-10-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Integriertes Beschaltungsbauelement auf Halbleiterbasis zur Schaltentlastung, Spannungsbegrenzung bzw. Schwingungsdämpfung
DE102017211030A1 (de) * 2017-06-29 2019-01-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Elektrische Schaltungsanordnung mit einer aktiven Entladeschaltung

Cited By (6)

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