[发明专利]高断开控制极增益GTO晶闸管

说明书

本发明涉及高断开控制极增益GTO晶闸管。具体来说，本发明是有关作为用于高性能功率控制的半导体开关器件的高断开控制极增益GTO晶闸管。

众所周知，晶闸管在结晶上具有导通和绝缘的双稳定状态。该晶闸管高速地通、断电流，是任意变换电压、电流、频率的开关器件，成为功率电子设备的最大发明。

然而，已有的晶闸管虽然易于接通，但是缺点是只要不断开外部的主电流就无法关闭。

因此，为了克服上述缺点所研究出的是GTO晶闸管。要使该GTO晶闸管用来自第3电极，即控制极的驱动电流可断开。然而，对于该GTO来说，一个多年未能解决的课题是驱动功率大、断开困难;另一个难题是晶闸管不适合高速动作。

鉴于上述情况，本发明目的克服已有的晶闸管、GTO晶闸管的缺点、提供作为高性能开关器件的新的结构形成的GTO晶闸管。

即在本发明，提供由开关器件组成的GTO晶闸管，其特征在于2个晶体管的基极和集电极相互连接，其中一个晶体管的基极电流通路，在分路位置上有二极管、并且具有基极电阻。

并且进一步在本发明提供了由开关元件组成的GTO晶闸管，其特征在于处于反相达林顿连接的晶体管的初级晶体管基极被连接到控制晶体管的集电极，初级晶体管的集电极通过基极电阻连接到控制晶体管的基极，并且控制晶体管的发射极连接在成为未级的主晶体管上。

总之，本发明所提供的与过去结构不同的上述2个型号（Ⅰ型和Ⅱ型）的高断开控制极增益GTO晶闸管，可消除已有晶闸管的缺点。

图1是本发明的高断开控制极增益GTO晶闸管Ⅰ型的基本电路;

图2是本发明的高断开控制极增益GTO晶闸管Ⅱ型的基本电路。

参照附图，对有关本发明的高断开控制极增益GTO晶闸管进一步作详细说明。

首先，晶闸管虽然是等效于2个晶体管的组合，但在本发明的GTO晶闸管Ⅰ型，如图1所示，被分成负担大电流的主晶体管（1）和小的控制晶体管（2）。然后，利用成为主电流分路的二极管（3）减轻控制晶体管（2）的电流负担，其基极电流比主电流要小得多，仅仅是两个晶体管（1）（2）的电流放大率之积的倒数倍。该小电流在控制极（7）吸收，使器件断开。而且利用基极电流很小这一点，在不破坏电压平衡的条件下可加入适宜的基极电阻（4）。该电阻限制在即将断开前的主电流流入控制极。因此，用小的断开控制极电流形成反向偏置，使控制晶体管（2）达到断开状态。

其次本发明的GTO晶闸管Ⅱ型由3个以上晶体管组成。即如图2所示，连接负担主电流的主晶体管（1）、负担小电流的初级晶体管（2）、负担微电流的控制晶体管（8）。然后，使得在初级晶体管（2）上流过主晶体管（1）的基极电流，在控制晶体管（8）上流过初级晶体管（2）的基极电流。从而控制晶体管（8）基极电流比主电流小儿个数量级小。

上述内部晶体管的隔离在空间或高电阻部分进行，或由单个零件构成。所使用的晶体管是以基极电流导通的双向工作的器件。即断开状态借助pn结的耗尽层，而导通状态由第3电极的注入载流子维持。BJT和HBT及正常断开BSIT等的晶体管相当于有上述工作基理的器件。当然，以微电阻采用电压平衡，也可使各种型式混用。这些晶体管虽然不能控制基极电流放大率倍数的电流，但利用本发明的连接，但只要用瞬时微小电流就可作到导通、断开。

另外，如缩短连接线，即成为单片型及组件型。

在已有的型式，从等效的2个晶体管中的一个流出的主电流又全部流入对方。即两个晶体管放大率之积为1。因此，已有的型式的晶闸管放大率低，即是说决不会脱离低速饱和区域工作。另一方面，在本发明，内部晶体管的工作区域可任意给定。利用本发明的结构，开始可在高速有源区域工作。另外即使是基极电阻（4）是自然产生的微小电阻的情况，本发明的器件比起已有型式也还是在高速工作区域。

若要说明有关本发明的高断开控制极增益GTO晶闸管的作用，可概括如下。

就是说断开增益值大体与理论值和整个晶体管电流放大率的积一致。因此，若用达林顿型式或反相达林顿型式连接的晶体管置换晶体管的一部分，那么断开控制极增益又提高了。并且，其值之高可开关控制极电流的1000～1000000倍。

即使控制极电流极小，且电压为“零”V（用电阻短接），也能实施断开。即导通状态的基极和发射极间电压可使自己断开。

并且所有晶体管的放大率仅调整基极电阻（4）的值即可大体作出适当的给定值。

而且高断开增益和高速工作不是折衷选择，而是同时实现。