10 ALTE TIPURI DE DISPOZITIVE

SEMICONDUCTOARE DE PUTERE

10.1 DIODA CU AVALAN}~ CONTROLAT~

Dioda obi]nuit` este sensibil` la supratensiuni inverse, deteriorndu-se dac` tensiunea invers` este mai mare dect VBR . Dioda cu avalan]` controlat`, cu structura din fig.10.1, este realizat` printr-o tehnologie care i asigur` o uniformitate geometric` ]i chimic`.

Fig.10.1 Structura ]i simbolul Fig.10.2 . Caracteristica invers`. diodei cu avalan]` controlat`.

ALTE TIPURI DE DISPOZITIVE SEMICONDUCTOARE DE PUTERE 142

Tensiunea invers` este re\inut` de straturile n- p- , slab dopate. La solicit`rile n sens invers dioda cu avalan]` controlat` permite o putere de acela]i nivel ca n sens direct, curentul fiind uniform distribuit n sec\iunea transversal`. Caracteristica n sens invers, inclusiv dependen\a acesteia la temperatur` este prezentat` n fig.10.2. Dioda poate suporta supratensiuni inverse nerepetitive, limitnd valoarea supratensiunii, conform caracteristicilor din fig.10.2. Aceste diode sunt utilizate fie pentru redresare obi]nuit`, fie n circuitele de protec\ie la supratensiuni. In acest ultim caz dioda se alege dup`

100-= RRMR VV (10.1)

unde VRRM este tensiunea invers` repetitiv` maxim` a dispozitivului protejat, iar VR tensiunea invers` de avalan]` a diodei de protec\ie.

10.2 DIODA DUBL~ CU AVALAN}~ CONTROLAT~

Structura ]i cele dou` simboluri ale acestei diode sunt prezentate n fig.10.3

Fig.10.3 Structura ]i simbolul Fig.10.4 Caracteristica static`. diodei cu dubl` avalan]`. Practic aceast` diod` poate fi considerat` ca fiind format` din dou` diode cu avalan]` controlat` montate n opozi\ie. Structura concret` a acestei diode este format` din stratul n, cu rezisten\` mare ]i cele dou` straturi marginale p, de rezisten\` sc`zut`. Caracteristica

DISPOZITIVE SEMICONDUCTOARE DE PUTERE 143

static`, fig.10.4, este simetric` n cele dou` cadrane de func\ionare, pentru polarizare direct` ]i invers`. Este utilizat`, din acelea]i motive ca ]i dioda cu avalan]` controlat`, n circuitele de protec\ie la supratensiuni ale dispozitivelor semiconductoare de putere.

10.3 TRIACUL

Structura triacului, fig.10.5, indic` faptul c` acesta este practic compus din dou` tiristoare conectate antiparalel. Un tiristor, cu anodul la electrodul E1, este format din straturile p1 n2 p2 n3, iar al doilea, cu anodul la electrodul E2, din straturile p2 n2 p1 n1. Poarta G este plasat` pe stratul special nG. Caracteristica static`, fig.10.6, este simetric` n cele dou` cadrane func\ionale, pentru polarizarea direct` ]i invers`, indicnd proprietatea triacului de a conduce n ambele direc\ii, n func\ie de polaritatea aplicat` la electrozii E1 ]i E2 . Astfel pentru func\ionarea n cadranul 1, se polarizeaz` cu plus pe E1, iar pentru cadranul 3, cu plus pe E2.

Fig.10.5 Structura ]i simbolul triacului. Fig.10.6 Caracteristica static`. Forma caracteristicilor statice, asem`n`toare cu a tiristorului obi]nuit, indic` prezen\a fenomenului de autoamorsare ]i de automen\inere n conduc\ie, IL fiind curentul de amorsare, IH curentul de men\inere, iar VBD ]i VBR sunt tensiunile de pr`bu]ire n sens direct ]i invers.

ALTE TIPURI DE DISPOZITIVE SEMICONDUCTOARE DE PUTERE 144

Caracteristicile de comand` sunt de aceea]i form` ca la tiristorul obi]nuit, fiind ns`, ca ]i cele statice, simetrice, permi\nd intrarea n conduc\ie att pentru curen\ii de poart` pozitivi, ct ]i negativi. Func\ionarea triacului este asem`n`toare cu a tiristorului obi]nuit, triacul fiind mult mai sensibil la gradiente de tensiune dvT/dt ]i are frecven\a de lucru pentru amors`ri alternative n ambele sensuri, destul de redus`, ca urmare a timpului necesar pentru recombinarea purt`torilor. Triacul este utilizat pentru puteri mici, n special n re\elele de c.a., pentru controlul tensiunii, respectiv puterii.

10.4 TIRISTORUL ASIMETRIC

Cunoscut n literatura de specialitate sub abrevierea ASCR (Asymmetrical Silicon Controlled Rectifier), acest tiristor are structura ]i simbolul din fig.10.7

Fig.10.7 Structur` ]i simbol Fig.10.8 Caracteristica static`. Diferen\ele constructive fa\` de tiristorul obi]nuit constau n : prezen\a stratului suplimentar n1

+ ; lungimea stratului n- mult redus`. Func\ionarea n cadranul 1, fig.10.8, este identic` cu a tiristorului obi]nuit. {n schimb n cadranul 3, ca urmare a mic]or`rii lungimii stratului n- , tensiunea VBR este mult redus`. De asemenea, din motivul de mai sus ]i ca urmare a prezen\ei stratului n1

+, se reduce

DISPOZITIVE SEMICONDUCTOARE DE PUTERE 145

lungimea de difuzie a purt`torilor de sarcin` ]i timpul de blocare a tensiunilor pozitive, tq, se mic]oreaz` de dou` pn` la trei ori, permi\nd tiristorului s` func\ioneze la frecven\e mari, de pn` la 30 kHz. Acest lucru conduce ]i la mic]orarea c`derii de tensiune VTON , ]i corespunz`tor a pierderilor de putere n conduc\ie. Se utilizeaz` la puteri medii ]i cu alimentare n c.c.

10.5 TIRISTORUL CU CONDUC|IE INVERS~

Acest tiristor, abreviat prin RCT (Reverse Conducting Thyristor), se compune dintr-un tiristor obi]nuit ]i o diod` antiparalel. Structura acestuia ]i simbolul sunt prezentate n fig.10.9

Fig.10.9 Structur` ]i simbol. Fig.10.10 Caracteristic` static`. Tiristorul, cu electrozi clasici, anod ]i catod este format de straturile p+ n+ n- p n2

+ . Dioda antiparalel, avnd anodul la catodul tiristorului, este format` din straturile p n- n1

+. Caracteristica static`, fig.10.10, confirm` cele prezentate mai sus, ]i anume conduc\ia n ambele sensuri, n sens direct cu amorsare comandat`, iar n sens invers exact ca o diod` obi]nuit`. Are o utilizare destul de rar` ]i n aplica\ii speciale.

10.6 TIRISTORUL CONTROLAT PRIN CMP

Abreviat prin ini\ialele FCT (Field Controlled Thyristor), acest dispozitiv are structura ]i simbolul din fig. 10.11.

ALTE TIPURI DE DISPOZITIVE SEMICONDUCTOARE DE PUTERE 146

Fig.10.11 Structur` ]i simbol. Fig.10.12 Caractersitica static`. Straturile acestui tiristor sunt cele clasice de la tiristorul obi]nuit, stratul pozitiv, p2

+ , fiind ns` puternic dopat. Ca urmare a structurii poart`-catod, nglobat` n stratul n-, acest tiristor se comand` n tensiune,

0

DISPOZITIVE SEMICONDUCTOARE DE PUTERE 147

Se utilizeaz` n aplica\ii de putere mic`, aceste tiristoare fabricndu-se la tensiuni de sute de vol\i ]i curen\i de zeci de amperi.

10.7 TIRISTORUL MCT

Simbolizarea MCT provine de la tiristor cu control MOS (MOS Controlled Thyristor). Modific`rile constructive au n vedere numai partea de comand` ]i constau n ata]area la structura obi]nuit` a unui tranzistor MOSFET n scopul realiz`rii unor comenzi de mic` putere, n tensiune, ct ]i pentru realizarea comenzii de blocare a conduc\iei. {ntruct structurile straturilor acestui tiristor sunt foarte complicate, se vor prezenta complet`rile numai la nivelul schemelor echivalente. Prima structur`, mai simpl`, fig.10.13, con\ine numai un tranzistor MOSFET, cu canal de tip p.

Fig.10.13 MCT cu Fig.10.14 MCT cu Fig.10.15 Simbolizarea MOSFET pentru blocare. dou` MOSFET-uri. MCT. Structura con\ine cele dou` tranzistoare din schema echivalent` clasic` a tiristorului obi]nuit. Amorsarea conduc\iei se face prin curentul pozitiv de poart`, iG, ca la tiristorul obi]nuit. Blocarea conduc\iei se realizeaz` prin intrarea n conduc\ie a MOSFET-ului T3, prin comand` n tensiune negativ`. Conduc\ia n acest tranzistor se nchide de la surs` la dren, nsemnnd extragerea purt`torilor de sarcin` din baza tranzistorului T2, blocarea acestuia ]i n final blocarea conduc\iei anod-catod. A doua variant`, fig.10.14, utilizeaz` al doilea MOSFET, T4, cu canal n, pentru a realiza o comand` n tensiune ]i pentru intrarea n conduc\ie. Intrarea n conduc\ie se comand` prin

0>GKU , (10.5)

prin care tranzistorul T4 intr` n conduc\ie, polariznd baza tranzistorului T1 negativ, prin sarcinile injectate din sursa acestuia, comun` cu catodul polarizat negativ. {n felul acesta tranzistorul T1 intr` n conduc\ie ]i

ALTE TIPURI DE DISPOZITIVE SEMICONDUCTOARE DE PUTERE 148

furnizeaz` curentul de baz` necesar tranzistorului T2 pentru a intra n conduc\ie ]i a asigura amorsarea tiristorului. Timpii tipici de intrare, respectiv ie]ire din conduc\ie, au valoarea

sec1m== OFFON tt (10.6)

Constructiv aceste tiristoare se realizeaz` n dou` variante, pentru montajul cu catod comun, N-MCT, ]i pentru montajul cu anod comun, P-MCT. Simbolizarea diferen\ei acestor tipuri de tiristoare este obligatorie, ntruct comanda pe poart` se aplic` n raport cu electrodul comun.

DISPOZITIVE SEMICONDUCTOARE DE PUTERE 149

10 ALTE TIPURI DE DISPOZITIVE SEMICONDUCTOARE DE PUTERE ............141

10.1 DIODA CU AVALAN}~ CONTROLAT~...........................................................141 10.2 DIODA DUBL~ CU AVALAN}~ CONTROLAT~ ............................................142 10.3 TRIACUL................................................................................................................143 10.4 TIRISTORUL ASIMETRIC....................................................................................144 10.5 TIRISTORUL CU CONDUC|IE INVERS~.........................................................145 10.6 TIRISTORUL CONTROLAT PRIN CMP...........................................................145 10.7 TIRISTORUL MCT.................................................................................................147