JPS61120468A - 光半導体装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、光点弧形の補助サイリスタにより主サイリス
タの点弧を行なう方式の光半導体装置に係り、特に補助
サイリスタを主サイリスタのパッケージ外部に設けるよ
うにした光半導体装置に関する。

〔発明の背景〕

近年、高圧直流送電装置などの高電圧変換装置に使用す
る高耐圧大電流サイリスタとして、光信号で点弧制御が
可能な光サイリスタが用いられるようになってきた。

ところで、このような高耐圧大電流用の光サイリスタと
して１工、小容量の光サイリスタを補助サイリスタとし
て用い、これにより通常のサイリスタをトリガするよう
にした、いわゆる光直接点弧補助サイリスタ方式のもの
も、例えば特開昭５５−５２２６１号公報、特開昭５６
−５６６８３号公報などくよって知られており、この方
式によれば、光サイリスタ自体は電流容量が小さいもの
でよいため、半導体接合部での温度上昇を主すイリスタ
エりも低く抑えることができ、このため、光サイリスタ
の特性のうちでの最大開発課題である、光点弧感度とｄ
　ｖ　／　ｄ　を耐量の協調がとり易いという利点が得
られる反面、補助用の光サイリスタと主回路用の電気点
弧サイリスタとの結合構造に対して特別な配慮を要する
という問題を生じている。

従来の光゛直接点弧補助サイリスタ方式の光サイリスタ
の構成としては、例えば上記した特開昭５５−５２２６
１号公報に示されているように、補助光サイリスタを主
サイリスタの放熱体に取付けたものや、同じく特開昭５
６−５６６８３号公報に示されているように、補助光サ
イリスタを主サイリスタのパッケージに内蔵させたもの
などが知られている。

しかしながら、補助光サイリスタを主サイリスタの放熱
体に取付けろ方式では、光サイリスタ単体としての取扱
いが困難であり、かつ放熱体としても補助光サイリスタ
の取付けに対応した特殊仕様のものを要するなどの問題
があり、他方、補助光サイリスタを内蔵させる方式では
サイリスタの構造が複雑となるなどの問題があった。

また、この光直接点弧補助サイリスタ方式のものでは、
補助サイリスタと主サイリスタとの間での阻止電圧や電
流容量、ターンオン時間などの組合わせに充分な自由度
が与えられることが望ましいが、上記した従来技術では
この自由度の問題については何も認識していない。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した事情に鑑入てなされたもので、その
目的とするところ１工、サイリスタ単体としての取扱い
が容易で放熱体に対する特別な配慮が不要であり、補助
光サイリスタと主サイリスタの組合わせの自由度が犬で
、しかも構造が簡単な光直接点弧補助サイリスタ方式の
光半導体装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明は、主サイリスタの側
面で、その陽極側の端部の近傍に、この主サイリスタの
陽極に電気的に接続されたフネクタ機構を設け、これに
エリ補助光サイリスタが主サイリスタの側面に着脱可能
に取付けられるようにした点を特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による光半導体装＃について図示の実施例
を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、この図において、１００
は電−気ゲート信号でターンオンする平形（ディスク形
ともいう）の主サイリスタであり、タングステン層ｌで
裏打ちされたサイリスタペレットｌＯ１このペレット１
０と低抵抗接触しているアノード導電部材２、カソード
導電部材３、このカソード導電部材３とペレット１００
カンード電極間を低抵抗接触させるための電極板４、ゲ
ート部に接触しているゲートリード線５、中空筒状絶縁
体６及び光サイリスタ取付用のコネクタ部６０から成る
。

一万、２００はスタッド形の補助光サイリスタであり、
光サイリスタペレット２０．電気ゲートサイリスタペレ
ットｌＯのゲートリード線５と接続されたカソード電極
２０３、アノード導電部材２と接続されかつ中空筒状絶
縁体６の一部分に位置した金属部６１と低抵抗接続され
たアノード電極２０２、光サイリスタペレット２０をタ
ーンオンさせるための外部光信号４００を導くための光
ファイバ７、及び中空筒状絶縁体２０６から成る。

３０２．３０３は主サイリスタ１００を冷却するための
冷却片（放熱片）である。

ココで、この実施例における主要構成要素を成す電気ゲ
ート主サイリスタ１ＯＯ１補助光サイリスタ２００の各
々の製造方法は通常良く知られた方法で作ることができ
るので省略し、それらの組立て方法について簡単に述べ
る。

まず、主サイリスタ１００と冷却片３０２゜３０３を軸
合わせビン８を頼りにして交互に積層し、適当な手段に
よって押圧し固定する。次に補助光サイリスタ２００の
アノード電極２０２をネジ状金属部６１からなる光サイ
リスタ取付用のコネクタ部６０を介して主サイリスタｌ
ｏｏの中空筒状絶縁体６に取付ける。ここで、ネジ状金
属部６１はバネ状金属部材６００を介して主サイリスタ
１００のアノード電極２と低抵抗接続されており、それ
らは銀ろう等で接着されている。さらに、補助光サイリ
スタ２ｏｏのカソード電＆ｊＺＯ３と電気ゲートサイリ
スタ１００のゲートリード線５とを結線する。結線方法
はネジ止めあるいははんだ付けなどの任意の方法で良い
が、補助光サイリスタ２００の着脱に際して容易に接続
、取外し可能な機構を採用する方が組立て上、望ましい
ことは明らかである。なお、第２図は等価回路を表わす
。

次に、この実施例の動作について説明する。

アノード導電部材２、カソード導電部材３が第２図に示
すように各々、正負にバイアスされた状態にあるとき、
光信号４００が付与されたと′ｆると、まず、補助光サ
イリスタ２００が点弧し、その点弧電流はアノード導電
部＃２、バネ状金属部材６００．ネジ状金属部６１、ア
ノード電極２０２、光サイリスタペレット２０．カソー
ド電極２０３、ゲートリード線５を通って電気ゲートサ
イリスタ／＜Ｌ／ツ）１０のゲート部分に流れ込λ主サ
イリスタ１００９ｆターンオンさせる。第１図には図示
していないが、サイリスタペレツ）１０のゲート部分と
エミッタ部分の間ＶＣは、通常式る値を持つた抵抗成分
があり、かつサイリスタペレツ）１０が一旦導通状態に
なる、と主回路電流は大部分主サイリスタ１ｏｏｖ通る
ので、補助光テイリスタ２００は短時間にオフ状態にな
る。

この実施例ｖｃよれば、補助光サイリスタ２００のペレ
ット２０は、主回路電流を流す電気ゲートテイリスタベ
レツ）１０と同一基板上（形成されていないため、主電
流が流れたとぎに発生する熱の影響がほとんどなく、シ
かも短時間にオフ状態になるため、その温度上昇は少な
い。したがって、温度依存性が強い光点弧感度とｄ　ｖ
　／　ｄ　を耐量のトレードのオフを大幅に向上できる
。しかも、補助光サイリスタ２００は；ネクタ部６ｏｖ
ｃより着脱が簡単にできるから、電気ゲート主サイリス
タ１００をｍ人士げた後に取り付けられ、従って、光サ
イリスタ２ｏｏが故障したときなどでの交換も容易に行
な５ことができる。また、補助光サイリスタ２００と電
気ゲート主、サイリスタ１０００組入合わせ（阻止電圧
、電流容量、ターンオン時間等）の自由度が増すという
メリットがある。

さらに、両サイリスタ間の配線を短くできるため、配線
間に発生する浮遊インダクタンスや容量の値を小さくで
きるのでそれらに依る悪影響を少なくできる。

第３図は本発明の第２の実施例である。第１図と同一符
号を記した部分は同一構造、同一作用を示″ｆ、光サイ
リスタ２００と電気ゲート主サイリスタ１００のコネク
タＦ！６６０は、第１図の実施例ではネジ状金属部６１
によって構成されているが、原理的には必ずしもこのよ
うな構造である必要はない。従って、この第３図の実施
例は、金属部６２に突起状部分６２０を設け、かつ補助
光サイリスタ２００のカソード電極２０２を袋ナツト状
になったＢＮＣコネクタのような構造のものにして着脱
自在に構成したものである。

この第３図の実施例によれば、補助光サイリスタ２００
の取付用のコネクタ部６０がＢＮＣコネクタ状になって
いるのでワンタッチで光サイリスタ２００の着脱ができ
、しかも、主サイリスタ１００全体が振動しても密着性
が損なわれることはない、という効果が期待できる。な
お、光サイリスタ２００のアノード°電極２０２と筒状
絶縁体６に固着している金属部６２とでＢＮＣコネクタ
構造を形成しているが、第゛１図の実施例におけるネジ
状金属部６１を用い、それに新たな第３０ＢＮＣコネク
タ構造を有する変換用金属体を挿入して連結ｆるよ５［
しても良い。この場合は、光すィリスタのカソード電極
構造は通常の構造を採用することができ、この変換用金
属体だけを種々の形状に作ることだけで対応ができ、一
層汎用性が増す。

次に、第４図は本発明の第３の実施例を示したもので、
ここでも第１図と同一符号を１した部分は同一構造、同
一作用を示す。

この第４図に示した実施例が第１図の実施例と異なると
ころは、補助光サイリスタ２００と電気ゲート主サイリ
スタ１００とを連結″ｆるコネクタ部６０がサイリスタ
１００のアノード導電部材２に設けられていることであ
る。

従って、この実施例によれば、第１図の実施例では筒状
絶縁体６を形成するとぎに取付金属部６１を銀ろ５等を
用いて固着でると一１５プロセスを必要としたのに対し
て、それを省略できると−・う効果がある。また、光サ
イリスタ２００をアノード導電部材２に直接取り付けて
いるので、冷却フィン３０２に近いため冷却効果が第１
図の実施例と比較してさらに良くなるという効果がある
。

さらに第５図は本発明の＠４の実施例であり、光サイリ
スタ２００１７）コネクタ部６０につ−・て第３図で示
した本発明の第２の実施例における構造を上記第４図で
示した本発明の第３の実施例に適用したものに相当イる
・ 従って、この実施例に工れば、上記第２及び第３の実施
例が有する効果を併わせ得ることカーできる。

そして、第６図は本発明のＷｃ５の実施例であり、この
実施例が上記第４の実施例と異なるところｆ工、′　補
助光サイリスタ２００と電気ゲート主サイリスタ１００
とを連結でる際、導電性連結片６５を用いたことにある
。さらに、ゲートリート°線５を筒状絶縁体く通″″ｒ
ための金属性ゲートパイプ５０に凹凸を設け、これに弾
性をもってはめ込むように凹凸に形成されてなるカソー
ド電極２０３を備えた点が特徴である＠ こうでろことで予め導電性連結片６５を取り付けた光サ
イリスタ２００を簡単に主サイリスタ１００ｆｃ連結で
きる。さらに、アノード°電極の形状を異にでる光サイ
リスタに対しても導電性連結片６５を交換するだけで済
むので汎用性を一層増すことができる。

最後に、第７図は本発明の第６の実施例であり、この実
施例が上記第５の実施例と異なるところは、導電性連結
片６５の電気ゲート主サイリスタ１００側の構造が前記
＠２の実施例の構造と同じになっている点である。従っ
て、この実施例の効果は、第５及びｗｃ２実施例で述べ
た効果を併わせ待ったものとなっている。

以上、種々の実施例について説明したが、要するに本発
明のポイントは、トリガ用の光サイリスタと主回路用の
電気ゲートサイリスタを電気的に結線する際、前者のア
ノード側結合部を後者の筒状絶縁体の一部に着脱自在に
設けたり、あるいは後者のアノード導電部材に着脱自在
に設けたりてる点にあり、これが実施例として説明した
いずれの組入合わせでも可能になっていることは明白で
ある。

ところで、このような補助光サイリスタを用−また方式
のサイリスタ装置で信、第２図の等価回路に示しである
ように、補助光サイリスタ２００の導通電流を所定値に
制限ｆろための抵抗Ｒを設ける場合がある。

一方、上記第６図及び第７図の実施例においては、コネ
クタ部６０に導電性連結片６５が使用されている。

そこで、これら導電性連結片６５を所定の導電率の材料
で構成し、これによりコネクタ部６０における７ノ一ド
導電部材２とアノード電極２０２との間の導電路に所定
値の抵抗が与えられる工うにしてやれば、これだけで簡
単、確実に第２図の等価回路で示した制限用の抵抗Ｒを
設けることができろ。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、トリガ用の光サ
イリスタと主回路用電気ゲートサイリスタを各々別個に
作り、それらを外部で着脱自在な状態を保って一体化構
造としているため、両者を同一半導体基板上に形成した
従来の光直接点弧すイリスタと比べて、光点弧感度とｄ
ｙ／ｄｔ耐量のトレード・オフを大幅に向上できる。本
発明者らの実験結果によれば、同一光点弧感度で比較す
るとｄ　ｖ　／　ｄ　を耐量は約４倍、同−ｄ　ｖ　／
　ｄ　を耐量で比較すると、光点弧感度は約２倍に向上
できた。さらに、主回路用電気ゲートサイリスタと比較
して、光導入部を有″ｆる分だけ信頼性が劣る光サイリ
スタが故障を起しても、小容量のトリガ用光サイリスタ
部分だけ交換することができるので装置全体として極め
て経済性が優れている。さらに云えば、本発明構造では
、電気ゲートサイリスタの電流容量が種々のものにも適
用可能なため、それらの組み合わせの自由度が増し、よ
り一層汎用性のある光サイリスタ装置を構築することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光半導体装置の一実施例を示す断
面図、第２図は光直接点弧補助サイリスタ方式の光半導
体装置の等何回路の一例を示す回路図、第３図、第４図
、第５図、第６図、それに第７図はそれぞれ本発明の他
の一実施例を示す断面図である。 １・・・・・・タングステン層、２・・・・・・アノー
ド導電部材、３・・・・・・カソード導電部材、４・・
・・・・電極板、５・・・・・・ゲー）　Ｉ７−　ト’
線、６・・・・・・中空筒状絶縁体、７・・・・・・光
ファイバ、８・・・・・・軸合わせビン、ｌＯ・・・・
・・電気ゲートサイリスタベレット、２０・・・・・・
光サイリスタペレット、６０・・・・・・コネクタ部、
６１゜６２．６３・・・・・・金属部、６５・・・・・
・導電゛性連結片、１００・・・・・・主サイリスタ、
２００・・・・・・補助光ナイリスタ、２０２・・・・
・・プノード電極、２０３・・・・・・カンード電極、
４００・・・・・・光信号。 代理人　弁理人　武　順次部（ほか１名）第１　図 第２図 第３図 １４ｔＸｌ 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気点弧主サイリスと光直接点弧補助サイリスタと
   を備え、主サイリスタの点弧を補助サイリスタの光信号
   による点弧によつて行なうようにした光半導体装置にお
   いて、上記主サイリスタの側面の陽極端近傍に、この主
   サイリスタの陽極電極と導電結合したコネクタ機構を設
   け、上記補助サイリスタの主サイリスタに対する取付け
   を着脱自在に構成したことを特徴とする光半導体装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記コネクタ機構
   が、上記主サイリスタの筒状絶縁部材に設けられている
   ことを特徴とする光半導体装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記コネクタ機構
   が、上記主サイリスタの陽極導電部材の側面に設けられ
   ていることを特徴とする光半導体装置。 ４、特許請求の範囲第２項又は第３項において、上記コ
   ネクタ機構が導電性の中間連結部材を備え、この中間連
   結部材を介して上記補助サイリスタを保持するように構
   成されていることを特徴とする光半導体装置。 ５、特許請求の範囲第４項において、上記導電性の中間
   連結部材が、上記補助サイリスタの導通電流を所定値に
   制限するために必要な所定の抵抗値を与えるように構成
   されていることを特徴とする光半導体装置。