JPS63110815A - ゲ−トタ−ンオフ型サイリスタの直接並列接続回路 - 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】 〔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。ａ’ｉ’。

１．２が並列接続され、そのゲート、カソードが補助ゲ
ート線Ｇａ、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１！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ＧＴＯｌ、２のゲートＧに接続し、電源
３，４の中点を補助カソード線Ｋａに接続している。Ａ
、には、ＧＴＯＩ、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Ｇａｐ補助カソ
ードｉＫａ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ＧＴＯＩ、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ＧＴＯＩ、２の静・過渡特性がほぼ一致していれば
、補助ゲート線Ｇａｙ補助カソード線Ｋａの働きにより
第２図（ｂ）の如＜ＧＴｏ１，２を流れる電流ｉ＾１．
ｉ／ｌ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
から、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ｓ　ｌ　ａｏｓ　１　＊　ｌ　Ｏ
ＯＮ　Ｚ　ｅｉ　ＧＯＦＦＩ　、　ｉ　ｏｏｒｐｚは各
ＧＴ○１，２に流れるターンオン、ターンオフゲート電
流である。

し 〔発明が解決とようとする問題点〕 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げれなばならなかった。このため、
例えば、電流容量２００Ａ。

３００Ａ（７）ＧＴＯ，が２個ずつ存在する時、４５゜
Ａ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、３００Ａ　ＧＴＯ２個を用いたのでは
、余裕がありすぎて無駄が多く、コスト上、有利ではな
かった。

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簡単な構成
でモジュールとして組み込みが容易な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、リアクトル
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Ｇ　Ｔ○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Ｇ　Ｔ　Ｏに同
容量のゲート信号が、印加されていた。本発明では、Ｇ
ＴＯ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半感体基板の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ユニットＧＴＯ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。Ｇ
Ｔｏの電流容量が異なると云うことは、ユニットＧＴＯ
の個数が異なると云うことである。

第３図は、ＧＴｏのターンオンゲート電流上昇率ｄｉａ
／ｄｔ　　に対するターンオンゲート電流尖頭値Ｉａｐ
が一定の時のターンオン時間の関係を表わしたもので、
ＧＴＯの電流容量でその特性も異なる。この特性の異な
る理由は、上記の如く各々ＧＴＯのユニットＧＴＯ数が
異なる為で、Ｉｃｐ−定で各々ＧＴＯのターンオン時間
を揃えたい場合には、各々ＧＴＯに流れ込むターンオン
ゲート電流のｄｉｏ／ｄｔ　　を変える必要がある。

従って、ターンオン時間が一定となるようなｄｉｏ／ｄ
ｔ　　を選択すれば、各々電流容量の異なるＧＴＯの直
接並列接続時、一方のＧＴＯに電流集中することなく、
−様にターンオンできる。

しかしながら、各々ＧＴＯのｄｉａ／ｄｔ　の選択は、
ユニットＧＴＯ数から算出できないことが、測定から得
られ、第３図の如く特性を取らなければならない。

オン定常時には、各ＧＴ○のユニットＧＴ○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に分担される。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４図は、ユニットＧＴＯをターンオフさせるに必要な
オフゲート電流尖頭値１ａａの０．ＩＩＧＱケ とＯ，ｒＩａｅの間の平均変化ｄ　ＩＯＱ／　ｄ　ｔと
ターンオフ時間の関係を示している。特定のユニットＧ
ＴＯに電流集中させることなく均一にターンオフさせる
ためには各ユニットＧＴ○のｄＩｏｅ／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、
ＧＴＯ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ｄＩａｃｉ／ｄｔの比となるようにすれば、
各ユニットＧＴ○のｄＩｏ。

／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、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）で第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）で特徴的なことは、ＧＴＯＩ、２中電流容
量が異なることである。また、各ＧＴ○１．２のゲート
にはリアクトル１０．１１の一端が接続され、他端は互
いに接続されて抵抗６とリアクトルの中点に接続されて
いる。

トランジスタ５に信号が入力されると、オンゲート電流
ｉａｔ＋　ｉａｚが抵抗６．リアクトル１０゜１１を通
って流れる。この時、ｉ　ａｔ、　ｉ　ａｘのピーク値
は抵抗６で抑えられ、ｄ　ｉａｘ／　ｄ　ｔ　、　ｄ　
ｉａｚ／ｄｔはリアクトル１０．１１で制限されるター
ンオン用型源３の電圧をＥａｏｓ　、抵抗６をＲ，リア
クトル１０．１１のインダクタンスを各々Ｌｌ。

Ｌ２とすると Ｉ　ｏｐｚ＝　Ｉ　ａｐｘ＝　ＥＯＯＮ／　Ｒ・・・（
１）ｄ　ｉａｔ／　ｄ　ｔ　＝　Ｅ（ＩＯＮ／　ＬＸ　
　　　　　　”１２）ｄ　ｉｏｚ／　ｄ　ｔ　＝Ｅｏｏ
ｓ／　Ｌｘ　　　　　　　−（３）となる。従って各々
ＧＴ○１，２のターンオンタイムが一定となる様なｄ　
ｉａｘ／　ｄ　ｔ　、　ｄ　ｉａｚ／ｄｔを選択、すな
わち、Ｌｌ、Ｌｘの値を選択することで、電流容量の異
なるＧＴＯＩ、２の直接並列接続時の同時ターンオン動
作が可能となる。

一方、サイリスタ８に信号が入力されると、オフゲート
電流−１ａｔｔ　　　ｉａｘがリアクトル１０゜１１．
７を介して流れ両ＧＴＯＩ、２はターンオフする。ター
ンオフ動作に関しては、各々ＧＴＯ１，２のオフゲート
電流上昇率ｄｉａｅｓ／ｄｔ＋ｄ　ｉ　ＱＱ２／　ｄ　
ｔをユニットＧＴＯの最適ｄｉａｏ／ｄｔの各々ＧＴＯ
に対して、ユニットＧＴｏ数倍になるように回路条件を
選択すればよい、即ち。

ターンオフ用Ｗｉ源４の電圧をＥ　ＧＯＦＦ、リアクト
ル７のインダクタンスをＬｏとすると ｄｉｏｅｚ／ｄｔ＝ＥａｏｒＦ／（Ｌｚ＋Ｌｏ）　　−
（４）ｄ　１ｏｅｚ／　ｄ　ｔ　＝　ＥＯＯＦＦ／　（
Ｌ！＋　ＬＧ）　　・・・（５）という関係から、例え
ば２００Ａ級、３００Ａ級ＧＴＯを直接並列接続する場
合、ユニットＧＴＯ数は ２００ＡＲＧＴＯ：　３００Ａ級ＧＴＯ＝２：　３から ｄ　１ａｅｘ／ｄ　ｔ　：　ｄ　１ｏｅｚ／ｄ　ｔ＝２
　：　３となるよう、Ｌｌｔ　ＬＸ　＋　Ｌｏの値を選
択すれば、電流容量の異なるＧＴＯ１，２の直接並列接
続時の同時ターンオフ動作が可能となる。

以上から５電流容量の異なるＧＴＯの直接並列接続動作
が可能となる。

又、各々ＧＴＯのゲート端子間を短絡するのは、各々Ｇ
Ｔ○の特性の相違による過渡時の電流アンバランスを緩
和する為のものである。

ターンオン時、一方のＧＴＯが先にターンオンすると、
主電流によってゲート・カソード間の電位が上昇（主電
流のｄ　ｉ　／　ｄ　ｔによって、わずかなカソードイ
ンダクタンスにも電位が生じるのも含む）し、先にター
ンオンし九〇ＴＯに流れ込んでいたゲート電流がゲート
・ゲート短絡線を通って遅れてターンオンするＧＴ、Ｏ
に流れ込み、Ｉａｐｔｄｉｏ／ｄｔ　　が上昇、よって
−様にターンオンする傾向となる。

ターンオフ時、一方のＧＴＯが先にターンオフするとゲ
ート・カソード間の接合が回復する為ゲート・カソード
間のインピーダンスが増加し、ゲート電流が流れなくな
る。遅れてターンオフするＧＴＯは、このゲート・ゲー
ト短絡線を通って。

先にターンオフしたＧＴＯのオフゲート回路にゲート電
流が流れ込み、ｄｉａＱ／ｄｔが上昇の方向となり、−
様にターンオフする傾向となるものである。

以上、実施例では２個のＧＴＯを示したが、３個以上の
ＧＴＯを直接並列接続したい時にも本発明は適用可能で
ある。

尚、並列接続されるＧＴＯとしては、上記の条件の他、
同一電流密度における順電圧降下、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電源
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
。

また、ゲート回路が簡単であり、モジュールに組み込む
ことが容易である。

【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１ＩＪ！Ｊ（
ｂ）は第１図（、）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
スタのターンオン時間とターンオン電流の上昇率ｄｉａ
／ｄｔ　　の関係を示す図、第４図は同じくユニットＧ
ＴＯのターンオフ時間の上昇率ｄｉａｅ／ｄｔとターン
オフ時間の関係を示す図である。 １．２・・・ＧＴＯ１３，４・・・電源、５・・・トラ
ンジスタ、６・・・抵抗、７，１０，１１・・・リアク
トル、８・・・サイリスタ、Ｇ＆・・・補助ゲート線、
Ｋａ・・・補助ゲート線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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各サイリスタ用のリ
   アクトルの一端を接続し、各リアクトルの他端を互いに
   接続して抵抗を介してターンオン用電源の正極に接続し
   、該電源の負極は上記補助カソード線に接続して該電源
   からターンオン電流を流し、上記補助カソード線とター
   ンオフ用電源を接続するとともに上記各リアクトルの互
   いに接続された他端を更にリアクトルを介してターンオ
   フ用電源の負極に接続しターンオフ電流を流すことを特
   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。