JPS60140761A - 過電圧保護機能付サイリスタ - Google Patents

過電圧保護機能付サイリスタ

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JPS60140761A
JPS60140761A JP58245154A JP24515483A JPS60140761A JP S60140761 A JPS60140761 A JP S60140761A JP 58245154 A JP58245154 A JP 58245154A JP 24515483 A JP24515483 A JP 24515483A JP S60140761 A JPS60140761 A JP S60140761A
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thyristor
gate
pilot
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layer
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JP58245154A
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Hiromichi Ohashi
弘通 大橋
Yoshihiro Yamaguchi
好広 山口
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D18/00—Thyristors
    • H10D18/211—Thyristors having built-in localised breakdown or breakover regions, e.g. self-protected against destructive spontaneous firing
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D18/00—Thyristors
    • H10D18/221—Thyristors having amplifying gate structures, e.g. cascade configurations

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  • Thyristors (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は降服電圧をこす過電圧が印加されると安全に電
圧トリガすることができる過電圧保腰機能付サイリスタ
に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
サイリスタに降服電圧(vBoと略す)をこす過電圧が
、アノード−カソード間に印加されると数10mA以下
の微少な降服電流で破壊してしまう。
過電圧印加に伴って発生する破壊を防止するため、−一
般には電源電圧の2〜3倍の降服電圧のサイリスタを使
う。しかし、直流送電用サイリスタバルブなど多数直列
して使う装置では、少数のサイリスタがトリガ失敗する
と、場合によってはこれらのサイリスタのvBo値の数
10倍以上の過電圧が印加される念め−VBO値lこ余
裕をみる方法で過電圧破壊を防止することは非常に困難
である。過電圧印加に伴う、この種の破壊からサイリス
タを保護するため、サイリスタの外部にアレスタ等の保
嘆回路を設はサイリスタに直接に過電圧が印加されない
ように工夫されているが、保護装置が大型で高価になる
欠点があった。このような事情から。
過電圧が印加されても、破壊しない過電圧保護機能付サ
イリスタが強く望まれていた。
第1図はこのよl)な問題を解決するために構成された
過電圧保護機能付サイリスタの断面図である。
同図において1はPエミッタ層、2はNベース層、3は
Pベース層、4はNエミツタ層である。Pエミッタ層1
の表面にはアノード電極5が配置されており%またメイ
ンサイリスタMTのNエミツタ層4はPベースr藝3が
一部分カソード電極6に接触した。いわゆる短絡エミッ
タ構造となっている。メインサイリスタMTの中央部に
は補助Nエミッタ17と補助電極8を設けてパイロット
サイリスタPTを構成し、前記Nエミツタ層7の内周部
にはPベース、@3aが鱈出しており、その表面にはゲ
ート成極9が設けである。さらにPベース層38部分は
Nベース12の方向に突出ておりPペース@3aの下部
領域のNベース幅は他のNベース領域のベース幅より狭
くなっている。
このような構造の過電圧保護機能付サイリスタのケート
電極9にゲート電流を流すとパイロットサイリスタPT
がターンオンし、パイロットサイリスタPTのターンオ
ン電流は、メインサイリスタMTのゲート電流として機
能1.、メインサイリスタMTはターンオンする。サイ
リスタをターンオンさせるのに最小限必要なゲート電流
を最小トリガゲート電流■。Tと呼んでいる。一般の″
11!気トリガサイリスタではゲート回路から混入する
ノイズ電流によってサイリスタが誤点弧するこ吉を防止
するため” GTの値を放10+nA−数100mAに
fμmるよりlこパイロットサイリスタPTのゲート感
度が設定されている。一方、哨1図のサイリスタの順方
向に過電圧を印加すると、パイロットサイリスタp T
の内周部の狭いNベース幅を持った領域で電圧降服が起
り、この時に発生する降服電流かゲート電流として機能
し、パイロットサイリスタPT、メインサイリスタMT
はj1n次ターンオンする。ところが、従来の過電圧保
護機能付サイリスタには次のような欠点があった。
@2図は過電圧によってターンオンした時の臨界オン電
流上昇率(d I/d を酌量)とパイロットサイリス
タPTの最小ゲートトリガ電流IGTの関係を示したも
のである。同図から明らかなように、■。Tが大きくな
るき、電圧トリが時のdi/dt耐渚は急激に減少し−
”GTの値が許容降服電流値IAy(max)をこすと
、パイロットサイリスタPTか電圧トリガされる前lこ
、電圧降服領域が破壊を起し、di/dt耐量さOとな
る。di/dti@量を大きくするには、IAy(ma
x)に比べて、充分に小さいIGTを選定する必要があ
る。■AV(max)は一般に数10mA以下であるた
め、di/dt耐量を犬きくするにはIGTの値を数m
Aにする事が望ましい。しかし、前述したように工GT
を小さくした設計をすると、ゲート電極から混入するノ
イズ電流によってパイロットサイリスタか誤動作しゃす
(なる。このように、従来の方法では、ゲート回路から
混入するノイズ電流に誤動作することな(高いdi/d
t耐量を持った過電圧保護機能付サイリスタを実現する
ことが困難であった。
〔発明の目的〕
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、ゲート回路から混入するノイズ
電流に対して誤動作しに(<、高いdi/dt耐量で電
圧トリガ可能な過電圧保護機能付サイリスタを提供する
ことである。
〔発明の概要〕
本発明はサイリスタの一部分に他の領域より。
降服電圧の低い領域を設け、この領域を少(す(とも1
つ以上のパイロットサイリスタで囲ミ、増幅ゲート構造
とし、パイロットサイリスタのカソード電極にゲートト
リガするだめのゲート電極を設け、第1段目のパイロッ
トサイリスタのゲート嚇トリが感度を後段のパイロット
サイリスタのゲート・トリガ感度より犬へ(シたことを
特徴とする。
〔発明の効果〕
本発明によれば過電圧によって発生する降服電流に対し
てゲート会トリが感度を高(、また、ゲート電流に対し
てはゲート会トリが感度が低(なるように工夫しである
ため、ゲート回路から混入するノイズ電流に対して、誤
動作しにくり、がっ、高いdi/dt耐量で安全に電圧
トリガする過電圧保護機能付サイリスタが可能となる。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明下る。第
2図は本発明の一実施例のサイリスタの断面図である。
Pエミッタ層11.Nベース層12゜Pペース+6x3
.Nエミツタ層14の4層が主サイリスタMTをイ蒋成
し、そのPエミツタ層11の表面にアノード電極15.
Nエミツタ層14の表面にカソード電極16が配置され
ている。メインサイリスタMTの中央部には第1のパイ
ロットサイリスタPTIと第2のパイロットサイリスタ
PT2が設けである。第1のパイロットサイリスタPT
IのNエミツタ層141の直下のPベース層131のP
ベース幅W は第2のパイロットサイリスタのPベース
層PB。
132、メインサイリスタMTのPイー1層13のPペ
ース幅WPB7.WPBと比較して狭(なるように構成
されている。第1のパイロットサイリスタPTIの補助
カソード電極161にゲート電極17が設けてありゲー
ト電極17とカソード電極16の開にゲート回路を接続
し、ゲート電極17にゲート電流を流すとサイリスタは
通常のゲートトリガ作用により、ターンオンする。@1
のパイロットサイリスクPT1のNエミツタ層141 
の内周部のPベース層131aが露出しており、Pペー
ス1i5131aはNベース1響12の方向1に突出し
て15す、Nベース@12とPベースIQ ] 31 
aで構成される接合部J、に湾曲部18が設けである。
降服電圧をこす過電圧がアノード電極15とカソード電
極16の間に印加されると、この湾曲部18に電界の集
中が起り降服電流が流イ1.る。この降服′電流は、第
□のパイ。ットザイリスタPT1のゲート電流として機
能し、第1のパイロットサイリスタPTIは過電圧の印
加により電圧トリガする。fj1のパイロットサイリス
タPTIのターンオン電流は第2のパイロットサイリス
クP T 2のゲート電流として、さらに第2のパイロ
ットサイリスpPT 2のターンオン電流は、メインサ
・イリスタMTのゲート電流として順次機能することに
より、@終曲にメインサイリスタMTが過電圧lこよっ
て安全に′電圧トリガできる。
本発明では第1のパイロットサイリスタPT1のゲート
トリガ感度を第2のパイロットサイリスタPT2%メイ
ンサイリスタMTのゲート感度より高くしである。その
結果、第1のパイロットサイリスタPTIはわずかな降
服電流で電圧トリガすることができ、高いdi/dt耐
信を得るこ乏ができる。
一方は第2のパイロットサイリスタPT2のゲート感度
は通常のサイリスタと同一レベルに設定されているので
ゲート回路から混入するノイズ電流によって誤動作する
ことはない。
パイロットサイリスタPTI、PT2のゲートトリガ感
度は各Nエミツタ層141,142直下のPベース層1
31,132 の横方向抵抗Rp、 、Rp。
で決定され、RPが大きいほどゲート・トリガ感度は大
きくできる。例えば、第3図に示した実施例では、 R
p、 、Rp、は、Pベース層131,132の1抵抗
Psp、、Psp、とNエミッタ層141,142の幾
何学形状で決定される。リング状のNエミッタ層141
,142 の内径dI e外径d、とすると、Pベース
横方向抵抗RpはPイー1層抵抗PspとI n (d
、/d、)に比例する。本発明の実施例では。
PS、−3000Q/口、PS、−5000/口 とし
、第1パイロツトPT1の寸法をd+ −1,5mmφ
、 d、 −2,0mmφ 、第2のパイロットサイリ
スタの寸法を41w3.Qmmφt’t −3,5mm
φ としている。この場合のゲート−トリが感度は最小
トリガゲート′iイ流に換算してPTlが5mA、PT
2が60mAとなりPTIのゲート・トリガ感度はPT
2のそれの12倍となっている。
以上の説明から明らかなように、本発明では過電圧が印
加されると高感度の第1パイロツトサイリスタPTIが
電圧ターンオンし、ゲート電流に対しては、より感度の
低い第2のパイロットサイリスタがゲート・ターンオン
するように工夫されているから、ゲート回路から混入す
るノイズ電流に対して誤動作しにくく、高いdi/di
耐量で電圧トリガできる過電圧保護機能付サイリスタを
実現することができる。
第3図の実施例では、第2のパイロットサイリスタPT
2がある場合について1本発明の詳細な説明したが、第
2のパイロットサイリスタがなくテモメインサイリスタ
MTのゲート・トリガ感度を第1のパイロットサイリス
タPTIのゲート・トリガ感度より低くなるように構成
してあれば第3図の実施イ+]1と同様な効果が得られ
ることは言うまでもない。
又、降服電流を発生する方法が、第3図の実施例と異な
る方法でも本発明の効果がかわるものではない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の過電圧保岐機能付サイリスタの断面図、
嬉2図は本発明−実伽例の過電圧保岐機能付サイリスク
の断面図、第3図は本発明の他の実施例を説明するため
の図である。 11・・・Pエミッタ@、12・・・NベースI?!、
13・・・Pベース層、14・・・Nエミツタ層、15
・・・アノード電極、16・・・カソード電極、MT・
・・メインサイリスタ、PTI・・・第1のパイロット
サイリスタ。 PT2・・・第2のパイロットサイリスタ、141・・
−PTIのNエミッタ1脅、131・・・141直下の
Pペース層、132・・・FT2のPベース層、161
・・・PTIの補助カソード電極、17・・・ゲート電
極、曲部。 代理人弁理士 則 近 憲 佑(はが1名〕第1図 二 と 第3図 第2 図 ItrrCynA)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 PNPNd層構造を有するメインサイリスタ領域内の一
    部分に、他の領域より低い電圧で電圧降服を起す領域を
    設け、この領域に少(なくとも1つ以上のパイロットサ
    イリスタを設け、各パイロットサイリスタのカソード電
    極の少(とも1個所にゲート電極を設け、前記電圧降服
    を起す領域で発生する降服電流で最初に過電圧トリガす
    る、第1のパイロットサイリスタのゲート・トリが感度
    を。 後段のパイロットサイリスタ、又はメインサイリスタの
    ゲート・トリガ感度より、大粗くなるように設定したこ
    とを特徴とする過電圧保護機能付サイリスタ。
JP58245154A 1983-12-28 1983-12-28 過電圧保護機能付サイリスタ Expired - Lifetime JPH065740B2 (ja)

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JPH065740B2 JPH065740B2 (ja) 1994-01-19

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JP (1) JPH065740B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61247071A (ja) * 1985-04-24 1986-11-04 Hitachi Ltd 過電圧自己保護型半導体装置
JPH0480965A (ja) * 1990-07-24 1992-03-13 Hitachi Ltd 過電圧自己保護型半導体装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61247071A (ja) * 1985-04-24 1986-11-04 Hitachi Ltd 過電圧自己保護型半導体装置
JPH0480965A (ja) * 1990-07-24 1992-03-13 Hitachi Ltd 過電圧自己保護型半導体装置

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