4.3.2. Проектирование запираемого тиристора

Большинство критериев проектирования запираемого тиристора обсуждалось уже в предыдуших разделах. Рассматривалось отдельно и влияние сопротивления р-базы с точки зрения его абсолютного значения и однородности на сопротивление Rg. Таким образом, это позволяет управлять значением напряжения пробоя VcK посредством изменения уровня легирования на напряжение пробоя перехода J3.

Хотя высокое значение Vok позволяет, как следует из равенства (4.8), обеспечить значительные токи управления, значения последних ограничиваются максимально допустимым средним сопротивлением р-базы, поскольку необходимо иметь низкое базовое сопротивление и высокий коэффициент усиления п-р-п-транзистора. На практике значения поперечных сопротивлений р-базы изменяются от 100 до 250 Ом, обеспечивая вариации напряжения Vgk от 15 до 25 В.

Для того чтобы обеспечить наименьшее значение сопротивления р-базы, ширина эмиттера S должна быть незначительной, а его длина L, наоборот, очень большой. С этой целью используются некоторые формы распределенного управляюшего электрода, описанные в п. 3.5.5.

Для работы на высоких мошносгях применяются специально сконструированные тиристоры с радиальными выпрямительными элементами (рис. 4.14). Прибор может состоять из многих сотен элементарных запираемых тиристоров. Контактная система тиристора показана на рис. 4.15. Катодные эмиттеры расположены

ис. 4.14. Набор типичных выпрямительных элементов запираемых тиристоров (наименьший имеет диаметр 22 мм, наибольший - 76 мм)

i Пришимная пластина i

J (катод)

Рис. 4.15. Сечение сверхмощного запираемого тиристора с прижимным катодным контактом и мезакатодом: УЭ - управляющий электрод

выше области управления, и контакт с ними осуществляется с помощью прижима (см. § 5.7).

Преимущество такой конструкции состоит в том, что эмиттер выполняется очень длинным, за счет чего удается решить проблему выключения тиристора и получить высокие значения di/dt. Недостаток прибора заключается в том, что управляющий ток включения имеет очень большое значение, а отношение контактирующей области эмиттера и полной площади прибора незначительно (порядка 25%), что в свою очередь приводит к увеличенному тепловому сопротивлению. Целесообразно оптимизировать расположение элементов тиристора с помощью специальных моделей [Taylor, Findlay, Denyer, 1984].

На важность низкого коэффициента инжекции анода для контролирования остаточного тока указано в [Naito е. а., 1979].

Ранее отмечалось, что необходимо иметь как можно более низкий коэффициент передачи р-п-р-транзистора ар р для обеспечения высокого коэффициента запирания. В запираемых тиристорах эти требования удовлетворяются или за счет снижения времени жизни неосновных носителей в дг-базе возле перехода , или с помощью распределенного шунтирования анодного эмиттера.

Преимущество регулирования времени жизни неосновных носителей заряда заключаются в том, что в этом случае применяется простая технология, не требующая дополнительных затрат активной площади эмиттера [Taylor, 1984], однако по сравнению с шунтированием анода имеет место худшее соотношение между падением напряжения во включенном состоянии и потерями мощности при выключении прибора. Регулирование времени жизни носителей осуществляется диффузией золота

I Катод

Катод УЭ

6 Анод

Рис. 4.16. Запираемый тиристор с зашунтированным анодом и его двухтранзис-

торная модель

[Woodworth, 1984]. Этот метод применяется для низковольтных приборов малой мощности, но в случае запираемых тиристоров с высоким напряжением и большой площадью используется техника шунтирования анодного перехода [Yatsuo е. а., 1984].

Влияние шунтирования анода на коэффициент передачи р-п р-структуры можно уяснить с помощью двухтранзистор-кой модели запираемого тиристора с зашунтированным анодным переходом (рис. 4.16). Эффективный коэффициент передачи р-п-р-транзистора с сопротивлением, шунтирующим анодный переход,

ap p[eff) = ap p

Ie+Vbe/R

(4.9)

Выбор правильного значения сопротивления Rs определяет как амплитуду остаточного тока [Yatsuo е. а., 1984], которая уменьшается с уменьшением Rs, так и падение напряжения в открытом состоянии, напряжение в закрытом состоянии и ток управления [Taylor, Findloy, Denyer, 1985], [Yatsuo е. a., 1984], возрастающие с уменьшением Rs.

Хотя применение структур с зашунтированным анодом приводит к потере блокирующей способности в обратном направлении. Это обстоятельство не накладывает существенных ограничений на области применения запираемых тиристоров, где имеется встречно-параллельный диод, который используется для обеспечения протекания обратного тока. При анодном шунтировании увеличивается блокирующая способность в прямом направлении благодаря уменьшению коэффициента передачи ар р в случае работы Прибора при Ьысокой температуре (§ 2.2).