專利名稱：高斷開控制極增益gto晶閘管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高斷開控制極增益GTO晶閘管。具體來說，本發(fā)明是有關(guān)作為用于高性能功率控制的半導(dǎo)體開關(guān)器件的高斷開控制極增益GTO晶閘管。
眾所周知，晶閘管在結(jié)晶上具有導(dǎo)通和絕緣的雙穩(wěn)定狀態(tài)。該晶閘管高速地通、斷電流，是任意變換電壓、電流、頻率的開關(guān)器件，成為功率電子設(shè)備的最大發(fā)明。
然而，已有的晶閘管雖然易于接通，但是缺點(diǎn)是只要不斷開外部的主電流就無法關(guān)閉。
因此，為了克服上述缺點(diǎn)所研究出的是GTO晶閘管。要使該GTO晶閘管用來自第3電極，即控制極的驅(qū)動(dòng)電流可斷開。然而，對于該GTO來說，一個(gè)多年未能解決的課題是驅(qū)動(dòng)功率大、斷開困難;另一個(gè)難題是晶閘管不適合高速動(dòng)作。
鑒于上述情況，本發(fā)明目的克服已有的晶閘管、GTO晶閘管的缺點(diǎn)、提供作為高性能開關(guān)器件的新的結(jié)構(gòu)形成的GTO晶閘管。
即在本發(fā)明，提供由開關(guān)器件組成的GTO晶閘管，其特征在于2個(gè)晶體管的基極和集電極相互連接，其中一個(gè)晶體管的基極電流通路，在分路位置上有二極管、并且具有基極電阻。
并且進(jìn)一步在本發(fā)明提供了由開關(guān)元件組成的GTO晶閘管，其特征在于處于反相達(dá)林頓連接的晶體管的初級晶體管基極被連接到控制晶體管的集電極，初級晶體管的集電極通過基極電阻連接到控制晶體管的基極，并且控制晶體管的發(fā)射極連接在成為未級的主晶體管上。
總之，本發(fā)明所提供的與過去結(jié)構(gòu)不同的上述2個(gè)型號(Ⅰ型和Ⅱ型)的高斷開控制極增益GTO晶閘管，可消除已有晶閘管的缺點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的高斷開控制極增益GTO晶閘管Ⅰ型的基本電路;
圖2是本發(fā)明的高斷開控制極增益GTO晶閘管Ⅱ型的基本電路。
參照附圖，對有關(guān)本發(fā)明的高斷開控制極增益GTO晶閘管進(jìn)一步作詳細(xì)說明。
首先，晶閘管雖然是等效于2個(gè)晶體管的組合，但在本發(fā)明的GTO晶閘管Ⅰ型，如圖1所示，被分成負(fù)擔(dān)大電流的主晶體管(1)和小的控制晶體管(2)。然后，利用成為主電流分路的二極管(3)減輕控制晶體管(2)的電流負(fù)擔(dān)，其基極電流比主電流要小得多，僅僅是兩個(gè)晶體管(1)(2)的電流放大率之積的倒數(shù)倍。該小電流在控制極(7)吸收，使器件斷開。而且利用基極電流很小這一點(diǎn)，在不破壞電壓平衡的條件下可加入適宜的基極電阻(4)。該電阻限制在即將斷開前的主電流流入控制極。因此，用小的斷開控制極電流形成反向偏置，使控制晶體管(2)達(dá)到斷開狀態(tài)。
其次本發(fā)明的GTO晶閘管Ⅱ型由3個(gè)以上晶體管組成。即如圖2所示，連接負(fù)擔(dān)主電流的主晶體管(1)、負(fù)擔(dān)小電流的初級晶體管(2)、負(fù)擔(dān)微電流的控制晶體管(8)。然后，使得在初級晶體管(2)上流過主晶體管(1)的基極電流，在控制晶體管(8)上流過初級晶體管(2)的基極電流。從而控制晶體管(8)基極電流比主電流小兒個(gè)數(shù)量級小。
上述內(nèi)部晶體管的隔離在空間或高電阻部分進(jìn)行，或由單個(gè)零件構(gòu)成。所使用的晶體管是以基極電流導(dǎo)通的雙向工作的器件。即斷開狀態(tài)借助pn結(jié)的耗盡層，而導(dǎo)通狀態(tài)由第3電極的注入載流子維持。BJT和HBT及正常斷開BSIT等的晶體管相當(dāng)于有上述工作基理的器件。當(dāng)然，以微電阻采用電壓平衡，也可使各種型式混用。這些晶體管雖然不能控制基極電流放大率倍數(shù)的電流，但利用本發(fā)明的連接，但只要用瞬時(shí)微小電流就可作到導(dǎo)通、斷開。
另外，如縮短連接線，即成為單片型及組件型。
在已有的型式，從等效的2個(gè)晶體管中的一個(gè)流出的主電流又全部流入對方。即兩個(gè)晶體管放大率之積為1。因此，已有的型式的晶閘管放大率低，即是說決不會(huì)脫離低速飽和區(qū)域工作。另一方面，在本發(fā)明，內(nèi)部晶體管的工作區(qū)域可任意給定。利用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，開始可在高速有源區(qū)域工作。另外即使是基極電阻(4)是自然產(chǎn)生的微小電阻的情況，本發(fā)明的器件比起已有型式也還是在高速工作區(qū)域。
若要說明有關(guān)本發(fā)明的高斷開控制極增益GTO晶閘管的作用，可概括如下。
就是說斷開增益值大體與理論值和整個(gè)晶體管電流放大率的積一致。因此，若用達(dá)林頓型式或反相達(dá)林頓型式連接的晶體管置換晶體管的一部分，那么斷開控制極增益又提高了。并且，其值之高可開關(guān)控制極電流的1000～1000000倍。
即使控制極電流極小，且電壓為“零”V(用電阻短接)，也能實(shí)施斷開。即導(dǎo)通狀態(tài)的基極和發(fā)射極間電壓可使自己斷開。
并且所有晶體管的放大率僅調(diào)整基極電阻(4)的值即可大體作出適當(dāng)?shù)慕o定值。
而且高斷開增益和高速工作不是折衷選擇，而是同時(shí)實(shí)現(xiàn)。
導(dǎo)通特征與普通的一樣，如必要，可通過發(fā)射極短接電阻來調(diào)整。
下面通過實(shí)施例，更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
實(shí)施例1圖1中，雖然是互補(bǔ)的，但主晶體管(1)選用2SA1265，副晶體管(2)選用2SC2660，基極電阻(4)的值為10～700Ω。若該值大，則電壓損耗增加;若小，則斷開控制極增益下降。斷開控制極電路連接到控制極(7)，在控制晶體管(2)的基極和發(fā)射極之間施加反向電流。在主電流5A的導(dǎo)通狀態(tài)的電壓損耗小至1.4V。斷開的下降時(shí)間約0.5μsec，最小控制極斷開電壓為0V，斷開控制極增益是1000～20000。
實(shí)施例2圖2雖然是互補(bǔ)的，但主晶體管(1)選用2SA1265，初級晶體管(2)選用2SC2238，控制晶體管(8)選用2SA968B，基極電阻(4)為5KΩ～60KΩ。相應(yīng)即使斷開控制極電路的電阻值提高到同樣程度也可斷開。該電阻值給出了斷開控制極電流的上限，斷開控制極增益成為60000～5000000。在5A的主電流，電壓下降為0.9～1.4V。該電路盡管沒有用微小電阻調(diào)正電位，但也處于實(shí)用程度。并且，當(dāng)在主晶體管(1)的集電極上接入小電阻或二極管，則可在接入的上述元件上分擔(dān)晶體管的發(fā)熱。
通過如上詳細(xì)說明，借助本發(fā)明，晶閘管多年存在的問題，即，難以斷開和工作速度低同時(shí)被解決。本發(fā)明的器件用微小信號電流可直接驅(qū)動(dòng)，無需大的驅(qū)動(dòng)裝置。因此，比起已有型式GTO，斷開控制極電流小兒個(gè)數(shù)量級。斷開控制極電壓為零也可。驅(qū)動(dòng)功率是所有半導(dǎo)體器件中最小的。
并且，本發(fā)明的器件制造容易，成本低，工作明晰易于設(shè)計(jì)。用戶可用單個(gè)器件自行制作。光驅(qū)動(dòng)化和低耐壓FET的混合也易。
權(quán)利要求
1.一種高斷開控制極增益GTO晶閘管，由下述開關(guān)器件組成，2個(gè)晶體管的基極和集電極相互連接，其一晶體管基極電流電路在分路位置具有二極管，并且還有基極電阻。
2.一種高斷開控制極增益GTO晶閘管，由下述開關(guān)器件組成，處于反相達(dá)林頓連接的晶體管的初級晶體管基極連接到控制晶體管的集電極，初級晶體管集電極通過基極電阻連接到控制晶體管的基極上，并且控制晶體的發(fā)射極連接到成為未級的主晶體管上。
全文摘要
一種高斷開控制極增益GTO晶閘管，把晶閘管隔離為主晶體管和副晶體管，后者具有成為主電流分路的二極管和基極電阻。作為另一種形式，在二個(gè)晶體管構(gòu)成中加入一個(gè)基極電阻。斷開控制極增益達(dá)到已有形式的10000倍。工作明晰制造容易。成為可用微信號作大直流斷開的雙向開關(guān)器件。
文檔編號H03K17/00GK1098829SQ9311812
公開日1995年2月15日 申請日期1993年8月12日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月12日
發(fā)明者柊原健明 申請人:柊原健明