JPS62276923A

JPS62276923A - ゲ−トタ−ンオフ型サイリスタの直接並列接続回路

Info

Publication number: JPS62276923A
Application number: JP11925186A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Senda; 千田　克則
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-05-26
Filing date: 1986-05-26
Publication date: 1987-12-01
Also published as: JPH0529167B2

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】３、発明の詳細な説明〔産業上の利用分野〕本発明はゲートターンオフ型サイリスタ（以下ＧＴＯと
略記）の直接並列接続回路に係り、特に各々電流容量が
異なって設計されたＧＴＯを直接並列接続し、ターンオ
ン、ターンオフを同時に行わせることによって任意の容
量の電流を処理できるようにしたＧＴＯの直接並列接続
回路に関する。

〔従来の技術〕

ＧＴＯを直接並列接続することは従来より行われており
、特開昭５９−１７８６２号公報でもその新たな構成が
提案されている。

第２図（ａ）は上記特許公開公報に示された発明をより
具体化して等価回路で示している。ＧＴＯｌ　。

２が並列接続され、そのゲート、カソードが補助ゲート
ＭＧ＆　、補助カソード線に＆により接続され、ターン
オン用電源３とターンオフ用電源４を直列接続し、また
、トランジスタ５．抵抗６．リアクトル７、サイリスタ
８を電源３，４間に直列に接続し、抵抗６とリアクトル
７の中点をＧＴＯ１，２のゲートＧに接続し、電源３，
４の中点を補助カソードＭＫａに接続している。Ａ、に
は、ＧＴＯ１，２が接続されるアノード、カソードの主
端子である。

この従来技術の特徴点は補助ゲート線Ｇａ、補助カソー
ドＭＫ＆　を設けていることである。

トランジスタ５に信号が入力されると、ゲート端子Ｇに
オンゲート電流が流れ、同電流容量のＧＴＯ１，２はタ
ーンオンする。一方サイリスタ８に信号が入力されると
、ゲート端子Ｇにオフゲート電流が流れ、ＧＴＯＩ、２
はターンオフする。

各々ＧＴ○１．２の静・過渡特性がほぼ一致していれば
、補助ゲート線Ｇａ、補助カソード線Ｋ。

の働きにより第２図（ｂ）の如＜ＧＴＯＩ、２を流れる
電流１＾ｌ、ｉ＾２はバランスする。従ってこの場合の
電流容量は最大１個々のＧＴＯの直接並列接続数倍数れ
ることとなる（実際、素子特性のばらつきによるディレ
ーティングがら、電流容量は直接並列接続数倍に近い容
量となる。）。

尚、第２図（ｂ）で、ＶＡＫはＧＴＯＩ、２のアノード
Ａ−カソードに間型圧、ｌ　ＧＱＮＩ　ｒ　ｌ　ＯＯＮ
！＋１０ＯＦＦＩ　＋　ｌ　０ＯＦＦ２は各ＧＴＯＩ、
２に流れるターンオン、ターンオフゲート電流である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来のＧＴ○直接並列接続方式では、並列接続され
たＧＴＯを良好にオン、オフさせるために各ＧＴＯの電
流容量は揃っていなければならなかった。このため、例
えば、電流容量２０ＯＡ。

３００ＡのＧＴＯが２個ずつ存在する時、４５０Ａの電
流をオンオフ処理したい場合、２００ＡＧＴＯ２個を用
いたのでは４５０Ａをオン、オフすることは不可能であ
り、また、３００ＡＧＴ○さりとて、電流容量２２５Ａ
のＧＴＯを新たに設計開発し、製作することは長時間を
必要とし、当座の解決にはならない。

従って本発明の目的は、任意の電流をできるだけ少ない
無駄の範囲でオンオフ処理することができるＧＴＯの直
接並列接続回路を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、少なくとも２個の電流容量の異なるＧＴＯ
を並列接続し、各ＧＴ○の各ゲートに抵抗を介してター
ンオン用ゲート電流を、また、リアクトルを介してター
ンオフ用のゲート電流を流し、各抵抗、リアクトルを各
ＧＴＯをターンオン。

ターンオフさせるに必要なゲート電流を流す値としてい
る。

〔作用〕

従来のＧＴＯの直接並列接続構成では各ＧＴＯに同容量
のゲート信号が、印加されていた０本発明では、ＧＴＯ
の電流容量に応じたゲート電流を印加することで、電流
容量の異なるＧＴＯをほぼ同時に、ターンオンさせ、あ
るいはターンオフさせる。

ＧＴＯは通常、ｐｎｐｎ半導体基板のｎ型カソードエミ
ツタ層が短冊状とされ、電流容量に応じて、短冊状カソ
ードエミツタ層の個数が決められている。各短冊状カソ
ードエミツタ層を取囲むようにその周囲にはゲート電極
膜が設けられた構成となっている。そして、各短冊状カ
ソードエミツタ層を中心としたＧＴ○単位が短冊状カソ
ードエミツタ層の個数分だけ半導体基板内に複合化され
たものと考え、またそのように取扱われている。

第３図は、ＧＴＯにおけるｎエミツタ層、即ち。

ｎ型カソードエミツタ層面積とゲートトリガ電流工ａｒ
、即ち、タンオン用に必要な最小限のゲート電流の関係
を示している。この図は、短冊状カソードエミツタ層の
数が増す程、ゲートトリガ電流を増加させるべきことを
示している。

第４図は、ゲートオーバドライブ率ＯＤ、即ち、ターン
オン用ゲート電流の尖頭値Ｉｃｐとゲートトリガ１！流
ＩＧＴの比（ＯＤ　＝　Ｉ　ｃｐ／　Ｉ　ａｔ）とター
ンオン時間の関係を示している。第４図は、ゲートオー
バドライブ率が大きくなる程ターンオン時間は短かくな
ることを示している。

第３図、第４図によると、電流容量の異なるＧＴＯを直
接並列接続させてターンオンさせるには、各ＧＴＯのゲ
ートオーバドライブ率が一定となるようにターンオン用
ゲート電流尖頭値Ｉａｐを決めれば良い。即ち、ＧＴＯ
の電流容量に応じてゲートトリガ電流が決り、かつ、そ
のゲートトリガ電流に対応して、ゲートオーバドライブ
率が等しくなるような尖頭値のゲート電流を流せば異な
る電流容量のＧＴＯが同時にターンオンし、ターンオン
時の電流アンバランスによるｄ　ｉ　／　ｄ　を熱逸走
を防ぐことができる。尚、この場合、第４図に示すよう
に、ゲート電流の変化率ｄｉａ／ｄｔは各ＧＴ○で等し
くなるようにしたものとする。

オン定常時には、各ＧＴＯのＧＴ○単位の電流密度が一
定となる様に、即ち、ＧＴＯのオン電圧が一定となるよ
うに電流が各ＧＴＯの分担される。

この時の電流分担比率は、各ＧＴＯにおけるカソードエ
ミツタ層の面積比に一致する。

第５図は、ＧＴ○単位をターンオフさせるに必要なゲー
ト電流ＩＧＱ＋７１０．１１ａＱト０．５１ａｅ（１）
間の平均変化ｄＩａｅ／ｄｔとターンオフ時間の関係を
示している。特定のＧＴＯの単位に電流集中させること
なく均一にターンオフさせるためには各ＧＴ○単位のｄ
Ｉａｏ／ｄｔを等しくする必要がある。このことは電流
容量の異なるＧＴＯの間でも云えることである。従って
、電流容量の異なるＧＴＯを同時にターンオフさせるた
めには、ターンオフゲインを等しいものとして、各ＧＴ
○の電流容量、即ち、カソードエミツタ層の面積比に一
致したｄＩａ＊／ｄｔの比となるようにすれば、各ＧＴ
Ｏ単位のｄＩａａ／ｄｔは等しくなり、各ＧＴＯは同時
にターンオフし、特定のＧＴＯに電流が集中して、ター
ンオフ失敗を起すことがないようになる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図（ａ）、（ｂ）により
説明する。

第１図（ａ）において、第２図（ａ）に示すものと同一
物、相当物には同一符号を付けている。

第１図（ａ）で特徴的なところは、ＧＴＯ９゜各ＧＴＯ
ＩＯの電流容量が異なることであり、各各のＧＴＯ９，
１０のゲートＧｆ１．　Ｇｌｏは、それぞれ、抵抗１１
．１２とリアクトル１３．１４の中点Ｎ１　＋　Ｎ２と
接続されているものである。

抵抗１１，１２．リアクトル１３．１４の値は、ＧＴＯ
９，１０の定格電流容量に比例した値である。尚、ＧＴ
Ｏ９，１ｏの定格電圧は精度上の多少のばらつきを無視
した条件で等しいものとする。

すると、ＧＴＯ９，１０に流れるターンオン信号はゲー
トオーバドライブ率は一定で、ＧＴＯ９゜１０の定格電
流容量に応じた電流値となる。また。

ターンオフ信号はＧＴＯ９，１０のカソードエミツタ層
の面積比、即ち、定格電流比に一致したｄＩａｅ／ｄｔ
の比となる。

具体的数値をもって示すと、主回路電流が４５ＯＡの場
合、定格電流２００ＡのＧＴＯ９と３０ＯＡのＧＴＯｌ
ｏを用いる。この時、抵抗１１゜１２の抵抗値は２：３
の比となるものを用い、リアクトル１３．１４のりアク
タンスは２：３の比のものを用いる。この時、リアクト
ル１３．１４の抵抗はできるだけ小さいものを用いるが
、内部抵抗はやはり２：３の比となっていることが良い
・トランジスタ５が点弧されると、ＧＴＯ９゜１０ニＬ
ｔ−抵抗１１，１２によって、ＧＴＯ９゜１ｏの定格電
流に応じたターンオン信号ｉｃｌ。

ｉａｚが加えられる。定格電流が規格化されたゲートト
リガ電流Ｉａｔは定格電流が小さい方のＧＴＯ９の方が
低いため、ＧＴＯ９が先にターンオンする。すると、主
回路電流ｉ＾工によってＧＴＯ９のゲートカソード間電
位が上昇し、ゲートＧ９の電位がゲート０１０の電位よ
り高くなり、その結果、補助ゲートＧａを介してゲート
ＧｏからゲートＧＩＯへ向う電流が流れ、この電流が抵
抗１２からのＧＴＯｌｏのターンオン信号ｉｏｚに付加
されて、その方だけＧＴＯｌｏのゲートオーバドライブ
率が大きくなり、ＧＴＯ１０も急速にターンオンし、主
回路電流ｉ＾２がＧＴＯｌｏを流れるようになる。

即ち、補助ゲート線Ｇａの存在により、ターンオンが平
衡化される。

ターンオフはサイリスタ８をターンオンすることで、第
１図の矢印とは逆向きのターンオフ信号１０１＋　１０
２を流す、この時、ＧＴｏ９が先にターンオフしたとす
ると、ＧＴｏ９のゲートカソード間インピーダンスはタ
ーンオフにより上昇するとともにターンオフ信号ｉａ１
は零になる。一方、ＧＴＯｌｏはまだオン状態にあるか
ら、ＧＴＯＩＯに対し、補助ゲート１ｌＡＧ＆を介して
ゲートＧ１ｏからゲートＧｅへ向う電流が流れる。この
補助ゲート線Ｇ１を流れる電流が流れることにより、　
ＧＴＯｌｏへはより大きなターンオフ信号が流れたこと
になるから、ＧＴＯｌｏのターンオフは急速に進み、タ
ーンオフタイムが短かくなる。即ち、ターンオフ動作が
平衡化される。

第１図（ｂ）は、上記具体的数値例における電圧、電流
波形を示しており、ターンオン、ターンオフは良好に行
われ、オン状態でも、電流はＧＴｏ９．１ｏの定格電流
に応じて按分して流れていることが分る。そして、４５
０Ａの主回路電流に対し、定格電流２００Ａ、３００Ａ
のＧＴｏ９゜１ｏを用いた時の余裕は１０％にとどまり
、無駄を小さくすることができた。

第６図は、ｎ個のＧＴＯを用いた例を示している。第１
図に示したものと同一物、相当物には同一符号を付けて
いる６尚１図中、Ｔｎはｎ個目のＧＴＯ，Ｒ１１，Ｌ、
はＧＴＯＴｎのゲートＧｎに接続される抵抗、およびリ
アクトルである。

このように、ｎ個の容量の異なるＧＴＯの直接並列接続
しても、各ＧＴＯをほぼ同時にターンオン、ターンオフ
させることができる。

尚、並列接続されるＧＴＯとしては、第３〜第５図に示
す関係、同一電流密度における順電圧降下、そして、定
格電圧が揃っていれば、構造、特性等その他の点が異な
っていても、支障はない。

また、電源３，４．　トランジスタ５．サイリスタ８等
によるターンオン、ターンオフ信号の与え方は他の１を
源やスイッチ手段に代えることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、任意の電流を異
なる定格電流のＧＴＯを並列接続することによりできる
だけ少ない無駄の範囲でオンオフ処理することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例を示すゲートターンオ
フ型サイリスタの直接並列接続回路図。第１図（ｂ）は第１図（ａ）の実例における電圧。電流波形を示す図、第２図（ａ）は従来のゲートターン
オフ型サイリスタの直接並列接続回路図。第２図（ｂ）は第２図（ａ）の実例における電圧。電流波形を示す図、第３図はゲートターンオフ型サイリ
スタのｎエミッタ面積とゲートトリガ電流の関係を示す
図、第４図は同じくゲートオーバドライブ率とターンオ
ン時間の関係を示す図、第５図は同じ＜ＧＴＯ単位のｄ
ｉａｅ／ｄｔとターンオフ時間の関係を示す図、第６図
は本発明の他の実施例を示すゲートターンオフ型サイリ
スタの直列並列接続回路図である。３．４・・・電源、５・・・トランジスタ、８・・・サ
イリスタ、９，１０・・・ＧＴｏ、１１．１２・・・抵
抗、１３゜１４・・・リアクトル、Ｇａ・・・補助ゲー
ト線、Ｋよ・・・補助カソード線。

Claims

【特許請求の範囲】１、電流容量の異なる少なくとも２個のゲートターンオ
フ型サイリスタを並列接続し、該サイリスタのゲート、
カソード同志を補助ゲート線、補助カソード線で各々接
続し、上記各サイリスタのゲートに抵抗を介してターン
オン用そしてリアクトルを介してターンオフ用のゲート
電流を共通のターンオン用、ターンオフ用電源から流し
、上記各抵抗、各リアクトルは、各サイリスタをターン
オン、ターンオフするに必要な各サイリスタの電流容量
に対応したゲート信号を与える値となっていることを特
徴とするゲートターンオフ型サイリスタの直接並列接続
回路。２、特許請求の範囲第１項において、ターンオン用、タ
ーンオフ用の電源が直列接続され、その中点は各サイリ
スタのカソードを接続した補助カソード線と接続され、
各サイリスタのゲートに接続される抵抗とリアクトルが
、直列接続され、その各々の中点と各サイリスタのゲー
トが接続されていることを特徴とするゲートターンオフ
型サイリスタの直接並列接続回路。