Мощный тиристор с повышенной помехоустойчивостью

 

Область применения: преобразовательное оборудование для управления тяговыми электродвигателями электровозов, прокатных станов и другое электрооборудование, работающее в условиях высокого уровня электрических помех в цепях управления тиристоров. Техническим результатом полезной модели является улучшение технических характеристик тиристоров - повышение их помехоустойчивости по напряжению управления. Технический результат достигается за счет создания в зоне управления кремниевой структуры тиристора барьерного n+-слоя кольцевой формы, расположенного между управляющим электродом и металлизированной n+-эмиттерной областью. Это позволяет повысить помехоустойчивость тиристоров по напряжению управления до 2-х раз без уменьшения активной площади прибора. Данное техническое решение позволяет исключить сбои в работе электрооборудования, повысить надежность работы преобразовательного оборудования, эксплуатируемого в условиях высокого уровня помех в цепи управления тиристоров.

Предлагаемая полезная модель относится к области силовых полупроводниковых приборов и может быть использована в конструкции полупроводниковых ключей тиристорного типа.

В настоящее время значительная часть мощных преобразователей электрической энергии работает в условиях с высоким уровнем электрических помех в цепях управления тиристоров. К ним следует отнести: тиристорные преобразователи тяговых двигателей электровозов, главных приводов прокатных станов и т.п. Тиристоры, используемые в этих преобразователях, должны отличатся высокой устойчивостью к воздействию электрических помех. Одним из важнейших параметров тиристоров определяющих уровень их помехоустойчивости является неотпирающее напряжение управления UGD величина которого составляет несколько десятых долей вольта. Несоответствие величины неотпирающего напряжения UGD уровню помех, наведенных в цепях управления тиристоров, а именно, когда UGD тиристоров меньше напряжения наводимого помехами в цепи управления, может привести к сбоям в работе преобразователей и к аварийным ситуациям системы в целом. Величина неотпирающего напряжения управления тиристора в основном определяется конструкцией зоны управления тиристорной структуры. В настоящее время в ряде преобразователей электрической энергии требуется, чтобы неотпирающее напряжение управления используемых тиристоров было достаточно большим не менее 0,70,8 В.

Наиболее близким техническим решением является [1], согласно которому в конструкции зоны управления полупроводникового элемента силового тиристора, изготавливаемого на основе монокристаллического кремния n-типа проводимости, используется вариант регенеративного управления с центральным управляющим электродом (Фиг.1). Конструкция зоны управления этого изделия включает:

- основную p-n-p-n+ 1 и вспомогательную 2 n+-p-n-p структуры, изготовленные одновременно диффузионным способом;

- алюминиевую металлизацию центрального управляющего электрода 3, выполненную в виде круга, контуром 4 которого является окружность с центром, совмещенным с центром полупроводникового элемента;

- n+-эмиттерную область вспомогательной n+p-n-p структуры 5, покрытую алюминиевой металлизацией 6, выполненную в форме кольца с центром, совмещенным с центром полупроводникового элемента.

Максимальное значение UGD этой конструкции не превышает 0,5 В. В случае высокого уровня помех в цепи управления тиристоров этого часто бывает недостаточно.

Целью полезной модели является увеличение неотпирающего напряжения управления тиристоров до значения 0,7-1,0 В.

Указанная цель достигается за счет того, что в мощном тиристоре, состоящим из монокристаллической пластины кремния имеющей основную p-n-p-n + структуру с центральным управляющим электродом и вспомогательной n+-p-n-p структурой с металлизированной n+ -эмиттерной областью дополнительно между управляющим электродом и металлизированной n+-эмиттерной областью расположен барьерный n+-слой кольцевой формы.

На Фиг.2 показана область управления мощного тиристора с повышенной помехоустойчивостью.

Тиристор состоит из основной p-n-p-n+ структуры 1, изготовленной диффузионным методом на пластине монокристаллического кремния n-типа проводимости. В центральной части структуры нанесен слой алюминия 2, выполняющий роль управляющего электрода. Вокруг управляющего электрода расположена вспомогательная n+-p-n-p структура 3 с n+ -эмиттерной областью 4, на поверхность которой нанесен слой алюминия 5. Между управляющим электродом и n+-эмиттерной областью создан барьерный n+-слой 6 кольцевой формы.

Созданный барьерный слой увеличивает электрическое сопротивление в цепи управления тиристора, увеличивая тем самым величину неотпирающего напряжения управления. Величина приращения UGD зависит от выбора места расположения барьерного слоя, его глубины и ширины.

Данное техническое решение позволяет увеличить неотпирающее напряжение управление в 1,5-2 раза.

Проведенные испытания конструкции тиристоров с использованием предлагаемого технического решения подтвердили факт увеличения неотпирающего напряжения управления тиристоров до заданного расчетного значения 0,7-1,0 В. Это должно положительно отразится на надежности работы преобразовательного оборудования, эксплуатируемого в условиях высокого уровня помех в цепи управления тиристоров.

Источники информации

[1] А.Блихер. Физика тиристоров. Ленинград, Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1981, стр.111.

Мощный тиристор с повышенной помехоустойчивостью, состоящий из пластины монокристаллического кремния, имеющей основную p-n-p-n + структуру с центральным управляющим электродом и вспомогательную n+-p-n-p структуру с металлизированной n+ -эмиттерной областью, отличающийся тем, что между управляющим электродом и металлизированной n+-эмиттерной областью расположен барьерный n+-слой кольцевой формы.



 

Похожие патенты:

Система шунтирования относится к устройствам преобразовательной техники и может быть применена в реверсивных тиристорных электроприводах постоянного тока с обратной связью по скорости. Устройство однополярного шунтирования тиристоров в реверсивном трехфазном тиристорном электроприводе предназначено для своевременного шунтирования токов обусловленных ЭДС самоиндукции, устраняя тем самым отрицательные составляющие выпрямленного напряжения катодной группы тиристоров и положительные составляющие анодной группы

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к силовым полупроводниковым преобразователям и конкретно к силовыми полупроводниковым приборам (СПП) - тиристорам и диодам таблеточной конструкции

Тиристор // 118795
Наверх