DE3011557C2 - Zweipoliger Überstromschutz - Google Patents

Zweipoliger Überstromschutz

Info

Publication number
DE3011557C2
DE3011557C2 DE3011557A DE3011557A DE3011557C2 DE 3011557 C2 DE3011557 C2 DE 3011557C2 DE 3011557 A DE3011557 A DE 3011557A DE 3011557 A DE3011557 A DE 3011557A DE 3011557 C2 DE3011557 C2 DE 3011557C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
thyristor
overcurrent protection
protection according
voltage
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE3011557A
Other languages
English (en)
Other versions
DE3011557A1 (de
Inventor
Per Dipl.-Ing. Vällingby Svedberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Norden Holding AB
Original Assignee
ASEA AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ASEA AB filed Critical ASEA AB
Publication of DE3011557A1 publication Critical patent/DE3011557A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3011557C2 publication Critical patent/DE3011557C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0688—Integrated circuits having a three-dimensional layout
    • H01L27/0694—Integrated circuits having a three-dimensional layout comprising components formed on opposite sides of a semiconductor substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
    • H01L27/102—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration including bipolar components
    • H01L27/1027—Thyristors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Thyristors (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen zweipoligen Überstromschutz zum Einschalten in eine stromführende Leitung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beispielsweise in Telefon- und anderen Schwachstromanlagen besteht ein Bedarf nach einem Überstromschutz, der billig und einfach ist und der im Gegensatz zu beispielsweise Schmelzsicherungen nach dem
Verschwinden des Überstromes sofort und zwar ohne die Notwendigkeit eines Wiederherstellungsvorganges wieder betriebsfähig ist.
Aus der DE-AS 19 24 782 ist ein Überstromschutz bekannt, dessen Leistungskreis aus zwei in Reihe angeordneten Transistoren besteht und einem mit diesen in Reihe liegenden Meßwiderstand. Ein Überstromschutz, der auf einen solchen Meßwiderstand angewiesen ist, hat erhebliche Nachteile: An dem Meßwiderstand fällt eine erhebliche Spannung ab, durch welche die Spannungskonstanz an einem über den Überstromschutz gespeisten Verbraucher herabgesetzt wird. Die in dem Meßwiderstand auftretenden Verluste machen es auch schwierig, einen solchen Überstromschutz als voll integrierte Schaltung auszubilden. Insbesondere dort, wo
viele Überstromschutzanordnungen in dichter Anordnung erforderlich sind, wie beispielsweise in Fernsprechanlagen, ist der bekannte Überstromschutz ungeeignet.
Ein ähnlicher Überstromschutz wie in der vorgenannten Schrift mit einem Meßwiderstand im Lastkreis ist aus der DE-AS 21 12 598 bekannt. Hier besteht das Halbleiterelement jedoch aus einem Thyristor, dessen Steuerspannung beim Auftreten eines Überstromes einfach weggeschaltet wird. Der Strom über dem Thyristor erlischt hierbei erst beim nachfolgenden Nulldurchgang des Stromes, was für hochempfindliche Geräte, wie z. B. Halbleitergeräte, zu langsam ist und zu deren Zerstörung führen kann. Außerdem ist dieser Überstromschutz nur für Wechselstromkreise geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Überstromschutz der eingangs genannten Art zu entwickeln, der ohne einen Meßwiderstand im Lastkreis auskommt und der sehr schnell anspricht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein zweipoliger
bO Überstromschutz zum Einschalten in eine stromführende Leitung vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in
br> den Untcransprüchen genannt.
Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt
Fig. ! eine aus diskreten Schaltelementen aufgebau-
le äquivalente Schaltung eines Ausführungsbeispieles für einen Überstromschutz nach der Erfindung,
Fig.2 die Strom-Spannungscharaktcristik für einen Schutz gemäß der Erfindung,
Fig.3 in vereinfachter Darstellung den prinzipiellen Aufbau und die Funktion eines Schutzes gemäß der Erfindung,
F i g. 4a und b den Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines Schutzes gemäß der Erfindung in detaillierterer Darstellung in Draufsicht und in seitlicher Schnittansicht,
F i g. 5 zeigt schematisch eine alternative, in Planartechnik ausgeführte Ausführungsform eines Schutzes gemäß der Erfindung.
F i g. 1 zeigt eine äquivalente Schaltung für einen Überstromschutz nach der Erfindung. Der Schutz ist zweipolig und ist zum Einschalten in eine Leitung bestimmt, beispielsweise eine Zuleitung zu einem Objekt, das gegen Überstrom geschützt werden soll. Zu diesem Zweck hat der Schutz zwei Anschlüsse A und ß. Zwischen diesen liegen die beiden Hauptkomponenten des Schutzes, die antiparallel geschalteten Thyristoren Tu und Tv. Bei ungestörtem Betrieb sind diese stromdurchlässig, Tn für die Stromrichtung von A nach B und Tv für die entgegengesetzte Stromrichtung, und leiten den normalen Betriebsstrom mit niedrigem Spannungsfall. Jeder Thyristor ist mit einem Steuerkreis versehen.
Der Steuerkreis für den Thyristor TH enthält eine Diode Dm und einen Widerstand Rm, die in Reihe zwischen Anode und Steuereingang des Thyristors liegen. Die Resistanz des Widerstandes ist so bemessen, daß dem Thyristor ein Steuerstrom geeigneter Größe zugeführt wird, sobald die Anodenspannung positiv wird, wobei der Thyristor gezündet wird und Strom mit niedrigem Spannungsfall führt.
Zwischen dem Steuereingang des Thyristors und seiner Kathode ist ein normalerweise nichtleitender Feldeffekttransistor (FET) Fn des MOSFET-Typs angeschlossen. Der Steuereingang des Transistors ist über einen Widerstand Rm und zwei in Reihe geschaltete Dioden Dm und Dm und die Diode Dm an die Anode des Thyristors angeschlossen. Eine Schutzdiode Zn des Zenertyps ist zwischen dem Steuereingang des FET und dem Steuercingang des Thyristors angeschlossen und verhindert, daß die Steuerspannung des Transistors die Zenerspannung der Diode übersteigt. Der Widerstand Rm hat eine Resistanz, die den Strom auf einen unschädlichen Wert begrenzt, wenn die Diode Zu Strom führt.
Der Steuerkreis des Thyristors 7V ist mit dem Steuerkreis für den Thyristor Tu identisch. Die Bezugszeichen seiner Bauelemente sind in der Figur mit dem Index » V« anstelle von »H« verschen.
Parallel zu den Thyristoren ist ein »Transistorteil« 77? geschaltet. Dieser ist so ausgebildet, daß er einen mit steigendem Thyristorstrom zunehmenden Anteil der Minoritätsladungsträger in der einen Basisschicht der Thyristoren ableitet (siehe weiter unten). Dies hat eine abnehmende Stromverstärkung in der einen Transistorsektion des Thyristors und einen oberhalb eines bestimmten Stromwertes schnell zunehmenden Spannungsfall am stromführenden Thyristor zur Folge. Wenn die Spannung um Thyristor (z. B. Th) gleich der Summe des Durehlaßspunnungsfalls der drei Dioden (Du ;. Dn; und Dn ι) und der Schwellspannung des FET (frn) wird, dann wird der FET leitend. Der Stcuereingang des Thyristors wird dadurch mit seiner Kathode kiir/L'cschlossen. und der Tnyristorsirom wird an dem injizierenden Kathodenemitterübergang vorbeigeleket, wobei die gesamte Stromverstärkung des Thyristors so weit sinkt, daß der Thyristor erlischt.
Ein konventioneller Thyristor hai einen Durchlaß-Spannungsfall, der langsam mit dem Belastungssirom und ungefähr proportional zu diesem zunimmt. Die Spannung an einem solchen Thyristor ist also ein ungenaues Maß für den Thyrisiorstrom. und es ist daher schwer, bei der Anwendung eines solchen Thyristors in
ίο einem Überstromschutz nach der Erfindung einen gut definierten Stromwert für die Schaltung zu erhalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Thyristor daher mit Gliedern versehen, die eine schnelle Zunahme des Durchlaßspannungsfalls des Thyristors bei dem Stromwert bewirken, bei dem der Überstromschutz ansprechen soll. Bei diesen Gliedern kann es sich um das obengenannte Transistorteil TR handeln; sie können aber auch auf andere Weise ausgebildet sein.
Fig.2 zeigt die Strom- und Spannungskennlinie des Überstromschutzes. Der erste Quadrant des Diagramms gilt z. B., wenn der Thyristor Th leitend ist, während der dritte Quadrant dann gilt, wenn der Thyristor Tv leitend ist. Mit zunehmendem Strom / steigt die Spannung U am Thyristor zuerst relativ langsam. Wenn sich / dem Ansprechstrom /raj, des Schutzes nähert, beginnt die Thyristorspannung t/aufgrund der ladungsträgerableitenden Wirkung des Transistorteils TR immer schneller anzusteigen. Wenn der Strom den Wert /ma, und die Spannung den Wert Ut erreicht haben, wird der Thyristor auf die vorstehend beschriebene Weise dadurch gelöscht, daß der FET (Fh oder Fv) leitend wird. Der Thyristorstrom sinkt dann auf einen sehr niedrigen Wert (den Sperrstrom des Thyristors), während die Spannung U auf einen Wert ansteigen kann, der von dem Kreis bestimmt wird, in dem der Schutz angeordnet ist. Die Thyristoren des Schutzes werden so dimensioniert, daß ihre Durchbruchspannung U^ in einem angemessenen Abstand oberhalb der höchsten Spannung liegt, welcher der Schutz vpraussichtlich in dem Kreis oder in der Anordnung, für den/die er bestimmt ist, ausgesetzt werden kann.
F i g. 3 zeigt, wie die beiden Thyristoren Tu und Tv und das Transistorteil TR in einer Scheibe aus halbleitendem Material, vorzugsweise Silizium, ausgebildet sind. Die Scheibe besteht aus einem η-leitenden Substrat 1, welches die N-Basis sowohl für die Thyristoren wie für das Transistorteil bildet. Zentral in der oberen Fläche der Scheibe ist eine p-leitende Schicht 12 und hierin eine p+-leitende Schicht 11 angeordnet. Um diese Schichten herum ist eine p-leitende ringförmige Schicht Hangeordnet,und hierin ist eine n +-leitende ringförmige Schicht 13 angebracht. An der unteren Fläche der Scheibe sind die Schichten 21—24 auf die gleiche Weise
si wie die Schichten 11 — 14 an der oberen Fläche der Scheibe angeordnet. Die Schichten 11 und 13 sind mit dem Anschluß A und die Schichten 21 und 23 mit dem Anschluß B verbunden.
Mit einer ρ+ -leitenden Schicht ist eine Schicht mit kräftigerer Dotierung als eine p-leiiende Schicht gemeint, und dasselbe gilt für eine η+-leitende und eine η-leitende Schicht.
Der Thyristor 7» wird aus den Schichten 11,12,1,24 und 23 gebildet. Wenn der Thyristor leitet, fließt der
Μ Stioiyi in seitlicher Richtung durch die Schicht 1 von der Schicht 12 /ur Schicht 24, was mit voll ausgezogenen Pfeilen in der Figur gezeigl ist. Dieser Strom besieht im wesentlichen aus von der Schicht 12 in die Schicht 1
injizierten Minoritätsladungsträgern, d. h. Löchern.
Das Transistorteil TR besteht aus den Schichten 11, 12, 1, 22, 21 und ist also von PNP-Art. Bei niedrigem Strom durch den Thyristor Th ist der untere PN-Übergang (zwischen den Schichten 22 und 1) des Transistorteils nicht sperrend oder schwach injizierend. Dabei werden keine oder nur einige der von der Schicht 12 in der Schicht 1 injizierten Löcher vom Übergang aufgesaugt. Wenn der Strom durch den Thyristor ansteigt, nimmt der Durchlaßspannungsfall des Thyristors zu, und als Folge der ansteigenden Spannung wird dem Übergang 1—22 eine zunehmende Sperrspannung aufgedrückt, die einen zunehmenden Anteil der in der Schicht 1 injizierten Löcher aufgesaugt (gestrichelte Pfeile der F i g. 3). Die Stromverstärkung der PNP-Sektion des Thyristors Tu sinkt dadurch, und der Tnyristor wird schlechter ausgesteuert, was dazu tendiert, daß die Durchlaßspannung des Thyristors weiter erhöht wird. Hierdurch erhält man die in Fig. 2 gezeigte schnelle Zunahme der Thyristorspannung, wenn sich der Strom dem Grenzwert /,„.,., nähen.
Der Grenzwert /mu> kann durch geeignete Wahl der Ladungsträgerlebensdauer in der Schicht 1 im Verhältnis zum Innenradius der peripheren P-Schicht 14 und der Dicke der N-Basisschicht 1 eingestellt werden.
Dadurch, daß die Schicht 11 mit hoher Injektion zentral in der Scheibe angeordnet ist, erhält man ein im wesentlichen lateral funktionierendes PNP-Transistorteil des Thyristors Th, und dieses ergibt das vorstehend beschriebene Verhalten.
Der Thyristor Tv besteht aus den Schichten 21,22,1, 14,13, und arbeitet in entsprechender Weise, wie vorstehend für den Thyristor Th beschrieben.
Ein beispielsweise für Telefonanlagen vorgesehener Überstromschutz der hier beschriebenen Art kann für einen Grenzstrom von z. B. 200—400 mA und für eine Durchbruchsspannung von 1000 V oder mehr ausgeführt werden. Die Löschspannung (Utin Fig.2) kann dadurch auf einen geeigneten Wert, z. B. ein oder einige Volt, eingestellt werden, daß man eine geeignete Anzahl von mit dem Widerstand Rm (Rvi) in Fig. 1 in Reihe geschalteten Dioden wählt. In Fig. 1 sind zwei Dioden, Dn2 und Dh3 (Dv2 und Dvz), gezeigt, doch kann die Anzahl sowohl größer als auch kleiner sein.
Es hat sich gezeigt, daß der Überstromschutz nach der Erfindung sehr schnell anspricht und einen auftretenden Überstrom in einigen μβ oder einigen Dekaden von μ5 abschaltet.
Eine in die zu schützende Anlage gelangende Überspannung hat normalerweise einen Überstrom in der oder in den Leitungen zur Folge, in welche die Überspannung eindringt Ein Überstromschutz nach der Erfindung kann daher als Überspannungsschutz verwendet werden und die bisher verwendeten ersetzen.
Die in F i g. 1 gezeigten Steuerkreise sind der Deutlichkeit halber nicht in F i g. 3 dargestellt Sie werden zweckmäßigerweise in demselben Halbleiterkörper integriert, der auch die Thyristoren und den Transistor bildet. F i g. 4 zeigt ein Beispiel, wie dies geschehen kann. Der Schutz nach F i g. 4 ist auf gleiche Weise ausgeführt, wie in F i g. 3 gezeigt Der Aufbau der oberen und unteren Seite der Halbleiterscheibe ist identisch, und die Scheibe ist in gleicher Weise wie die in F i g. 3 gezeigte kreissymmetrisch. F i g. 4a zeigt die eine ebene Fläche der Scheibe mit den Grenzen zwischen den Zonen der Scheibe sowie einige der auf der Fläche angeordneten Verbindungen. Fig.4b zeigt einen Schnitt durch die Scheibe. Nachstehend wird nur der Aufbau der oberen Fläche der Scheibe beschrieben. In dieser Fläche sind die Schaltungselemente, die zum Steuerkreis für den Thyristor Tv gehören, ausgebildet, während der Steuerkreis des Thyristors Tu auf der unteren Fläche der Scheibe ausgebildet ist
Die in F i g. 3 gezeigten Zonen 1,11 —14 findet man in Fig. 4a und Fig. 4b, in Fig. 4b zusätzlich auch die Schichten 21—24. Die Schichten 13 und 14 sind ringförmig und umschließen die mittleren Schichten 11 und 12.
Ein kreisförmiger Metallanschluß A (in Fig. 4a nicht gezeigt) hat Kontakt mit den Schichten 11 und 13 und bildet den einen Anschluß des Überstromschutzes. Der Anschluß ist gegenüber den Schichten 12, 1, 14 durch eine darunterliegende Siliziumdioxydschicht 120 isoliert. Außerhalb der Schicht 13 ist in der Schicht 14 eine η+ -leitende Schicht 116 und eine hieran angeordnete ρ+-leitende Schicht 115 ausgebildet. Diese beiden Schichten sind ringförmig mit Ausnahme eines Sektors (rechts in F i g. 4a und 4b), wo die Zenerdiode Zv ausgebildet ist. Ein elektrischer Kontakt 18 (in Fig.4a nicht gezeigt), z. B. aus Platinsilizid, überbrückt den Übergang zwischen den Schichten 115 und 116. Auf der Oberfläche ist eine isolierende Siliziumdioxydschicht 121 angebracht, und in dieser ist der Steuereingang 17 des FET Fv in Form einer Schicht aus Metall oder polykristallinem Silizium angeordnet (gestrichelt in Fig.4a). Der FET besteht aus den Schichten 13,14 und 116. Die letztere ist über den Kontakt 18 und die Schicht 115 ohmsch mit der P-Basisschicht 14 des Thyristors 7V verbunden.
Wenn der Steuereingang 17 den FET in den leitenden Zustand steuert, wird daher die P-Basisschicht 14 des Thyristors mit dem n+-Emitter 13 des Thyristors über eine ohmsche Verbindung mit niedriger Resistenz verbunden. Der injizierende Emitterübergang 13—14 wird also überbrückt, und der Thyristor erlischt.
Am Rand der oberen Fläche der Komponente ist eine randförmige n+-leitende Zone 16 angeordnet. Diese Zone bildet den gemeinsamen Punkt (siehe F i g. 1) für die Diode Dv u den Widerstand R V1 und die Diodenschaltung Dv2— Dv}. Die Diode DV\ besteht aus dem Anodenemitterübergang (22-1) des Thyristors Tv. Der Widerstand Rv\ ist eine schmale und längliche p-leitende Schicht in der Oberfläche der Scheibe. Links in F i g. 4 schließt der Widerstand an die P-Basisschicht 14
des Thyristors an. Rechts in der Figur ist der Widerstand mit Hilfe eines Kontaktes 110 ohmsch mit der Schicht 16 verbunden.
Die Zenerdiode Zv besteht aus der Schicht 14 und der im rechten Teil dieser Schicht ausgebildeten n + -leitenden Schicht 15. Diese letztgenannte Schicht ist über einen Kontakt 117 (F i g. 4a) elektrisch mit dem Steuereingang 17 des FET Fv verbunden, uer Widerstand Rvi ist wie der Widerstand Rv \ eine schmale, längliche p-leitende Schicht in der Oberfläche der Scheibe. Der Widerstand ist an seinem inneren Ende (rechts in der Figur) über einen auf der Isolationsschicht 124 angeordneten Kontakt 19 mit der Schicht 15 (und damit mit dem Steuereingang 17) ohmsch verbunden. An seinem äußeren Ende (links in Fig.4) ist der Widerstand Rvi über die
Diodenschaitung (DV2- Dvi in F i g. 1) mit der Randzone 16 verbunden. Der Deutlichkeit halber ist die Diodenschaltung mit nur einer Diode gezeigt Diese besteht aus dem Übergang zwischen der p-leiienden Schicht 111 und der hierin ausgebildeten η4 -leitenden Schicht
112. Das äußere Ende des Widerstandes Rv2 ist durch einen auf der Isolationsschicht 122 angeordneten Kontakt 113 mit der Kathodenschicht 112 der Diode verbunden. Die Anodenschicht 111 der Diode ist durch einen
auf der Isolationsschicht 123 angeordneten Kontakt 114 mit der Randzone 16 verbunden.
Natürlich können weitere Dioden in einer beliebigen Anzahl in Reihe angeordnet werden, und sie können dann beispielsweise in einer Reihe hintereinander längs der Peripherie der Scheibe ausgebildet werden.
Die auf der unteren Seite der Scheibe ausgebildeten Steuerkreise für den Thyristor Tu haben denselben Aufbau, wie die vorstehend beschriebenen Steuerkreise für den Thyristor Tv auf der oberen Seite der Scheiben. Sie to sind in Fig. 4b mit denselben Bezugszeichen versehen, jedoch ist die erste Ziffer durch eine »2« ersetzt. Der Anodenanschluß des Thyristors Tu besteht aus der Metallschicht ßin Fig. 4b.
Wie aus Fig.4a hervorgeht, sind die Widerstände Ry, und Rv2 so angeordnet, daß sie ein Muster bilden, welches die Fläche zwischen dem zentralen Teil und dem Rand der Scheibe bedeckt, und so, daß das Potential sukzessiv von dem zentralen Teil zum Rand hin abnimmt oder zunimmt. Hierdurch erhält man eine wirksame Steuerung des Potentials auf der Oberfläche der Scheibe, lokalisierte Spannungsbeanspruchungen werden vermieden, und die Spannungsfestigkeit der Schaltungselemente wird verbessert.
Natürlich sind andere Muster als das in Fig.4a gezeigte möglich. Beispielsweise können die Widerstände An und Rv; als zwei zwischen dem zentralen Teil und dem Rand der Scheibe ineinander verlaufende Spiralen ausgebildet werden.
F i g. 5 zeigt, wie ein Überstromschutz nach der Erfindung in Planartechnik ausgeführt werden kann. Eine Halbleiterscheibe hat ganz unten eine p+-leitende Zone 31 und darüber eine η-leitende Zone 30. In der Zone 30 ist eine ρ + -leitende Zone 32 und eine p-leitende Zone 33 ausgebildet, und in der letzteren ist eine η+-leitende Zone 34 ausgebildet. Die Zonen 31 und 34 sind mit dem einen Anschluß B verbunden, während die Zone 32 mit dem anderen Anschluß A verbunden ist. Die Zonen 32, 30, 33, 34 bilden den Thyristor. Wenn dieser leitend ist, fließen von der Schicht 32 injizierte Löcher durch die Schicht 30 in Richtung des voll ausgezogenen Pfeils. Der Transistorteil des Schutzes wird von den Zonen 32, 30 und 31 gebildet und leitet bei steigender Durchlaßspannung einen zunehmenden Anteil der Löcher (gestrichelter Pfeil) auf dieselbe Weise ab, wie vorstehend im Zusammenhang mit den Fig. 1—4 beschrieben. Die Steuerkreise können genau wie in F i g. 4 in der oberen Fläche der Scheibe ausgebildet werden. Fig.5 zeigt eine Ein-Richtungs-Anordnung, sie kann jedoch wie die in den F i g. 1 —4 gezeigte derart ergänzt werden, daß sie Strom in beiden Richtungen führen kann.
Die Dioden Da 2 und Dm sowie die Dioden Dy2 und Dv3 können polgewendet und als Zenerdioden ausgeführt werden, was angebracht sein kann, wenn eine hohe Funktionsspannung (Ut) in F i g. 2 gewünscht wird.
Wie aus der vorliegenden Beschreibung hervorgeht, erhält man gemäß der Erfindung einen Überstrom-Schutz mit erheblichen Vorteilen. Dadurch, daß der Schutz zweipolig ist, werden seine Herstellung, Kapselung und Einschaltung in den Stromkreis einfach und billig. Der Schutz kann zweckmäßig in Form einer einzigen relativ einfachen integrierten Schaltung aufgebaut werden, deren Gehäuse nur zwei Durchführungen und Anschlüsse zu haben braucht. Bei gewissen der vorgesehenen Anwendungsbereiche, z. B. Telefonanlagen, sind Überstromschutze in sehr großer Anzahl erforderlich, weshalb die Einfachheit, der niedrige Preis und die einfache Einschaltung des Schutzes nach der Erfindung von großer Bedeutung ist.
Außerdem ist der Überstromschutz, wie vorstehend erwähnt, unmittelbar nach Verschwinden eines Überstroms automatisch sofort wieder betriebsbereit.
Dem Überstromschutz nach der Erfindung kann ferner, wie oben erläutert, ein genau definierter und präziser Ansprechwert gegeben werden. Er stellt einen sehr schnellen und sicheren Schutz gegen Überströme dar.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Zweipoliger Überstromschutz zum Einschalten in eine stromführende Leitung mit vom zu überwachenden Strom durchflossenen Halbleiterelementen und mit Gliedern zur Messung einer Schwellenspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente aus einem im Normalzustand leitenden löschbaren Thyristor (Th) bestehen, daß Glieder (Du, bis DH3) zur Abtastung der Durchlaßspannung des Thyristor vorhanden sind und daß ein mit dem Thyristor integrierter und zu einem der injizierenden pn-Übergänge des Thyristors parallelgeschalteter MOS-Transistor (Fn) vorhanden ist, der beim Überschreiten eines bestimmten Wertes der Thyristorspannung mindestens einen der injizierenden pn-Übergänge des Thyristors kurzschließt
2. Überstromschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Glieder (TR) vorhanden sind, die eine schnelle Zunahme des Durchlaßspannungsfalles des Thyristors beim Erreichen eines bestimmten Wertes des Thyristorstromes veranlassen.
3. Überstromschutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Thyristor (Tu) integrierter und zu dem Thyristor parallelgeschalteter Transistorteil (TR) vorhanden ist, welcher seine Basisschicht (1) mit einer der Basisschichten des Thyristors gemeinsam hat, und welcher derart angeordnet ist, daß von dieser Basisschicht ein mit der Thyristorspannung zunehmender Anteil der in die Basisschicht injizierten Minoritätsladungsträger abgeleitet wird.
4. Überstromschutz nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die Spannung am Thyristor abtastende Glied eine zwischen dem Steuereingang (27) des MOS-Transisiors und der gemeinsamen Basisschicht (1) angeschlossene Diodenschaltung (Dm, Du 0 enthält, welche aus einer oder mehreren untereinander in Reihe geschalteten, mit dem Thyristor integrierten Dioden besteht.
5. Überstromschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Thyristor integrierter erster Widerstand (Rn \) vorhanden ist, der zwischen der Steuerschicht (24) des Thyristors und der gemeinsamen Basisschicht (1) derart angeschlossen ist, daß über ihn der Steuerschicht Strom zur Zündung des Thyristors zuführbar ist.
6. Überstromschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Thyristor integrierte und zwischen der Steuerschicht (24) und dem Steueranschluß (27) des MOS-Transistors angeschlossene Schutzdiode (Zn) vorhanden ist.
7. Überstromschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Thyristor integrierter und in Reihe mit der Diodenschaltung liegender zweitei Widerstand (Rn 2) vorhanden ist.
8. Überstromschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei miteinander integrierte amiparallelgeschaliete Thyristoren (Tn, Ti) vorhanden sind, von denen jeder mit spannungsabtastcnden Gliedern und einem kurzschließenden MOS-Transistor (Fn, Fv) versehen ist.
9. Überstromschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die injizierenden Stellen (12,23) der Anoden- und Kathodenteile des Thyristors im Verhältnis zueinander seitlich verschoben angeordnet sind.
10. Überstromschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor zentral auf einer Halbleiterscheibe ausgebildet ist und daß der erste und/oder der zweite Widerstand in der Oberfläche der Scheibe zwisehen dem Thyristor und dem Rand der Scheibe auf solche Weise ausgebildet ist, daß der Widerstand die Potentialverteilung zwischen dem Thyristor und dem Rand der Scheibe steuert
DE3011557A 1979-04-03 1980-03-26 Zweipoliger Überstromschutz Expired DE3011557C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE7902932A SE430450B (sv) 1979-04-03 1979-04-03 Tvapoligt overstromsskydd for inkoppling i en stromforande ledning

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3011557A1 DE3011557A1 (de) 1980-10-16
DE3011557C2 true DE3011557C2 (de) 1985-02-14

Family

ID=20337711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3011557A Expired DE3011557C2 (de) 1979-04-03 1980-03-26 Zweipoliger Überstromschutz

Country Status (11)

Country Link
US (1) US4331884A (de)
JP (1) JPS55133618A (de)
AU (1) AU534375B2 (de)
BR (1) BR8002016A (de)
DE (1) DE3011557C2 (de)
FR (1) FR2453522A1 (de)
GB (1) GB2049316B (de)
IT (1) IT1130104B (de)
MX (1) MX148526A (de)
NL (1) NL8001719A (de)
SE (1) SE430450B (de)

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2945380A1 (de) * 1979-11-09 1981-05-21 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Triac mit einem mehrschichten-halbleiterkoerper
DE2945366A1 (de) * 1979-11-09 1981-05-14 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Thyristor mit steuerbaren emitter-kurzschluessen
DE2945347A1 (de) * 1979-11-09 1981-05-21 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Thyristor mit hilfsemitterelektrode und verfahren zu seinem betrieb
DE3019883A1 (de) * 1980-05-23 1981-12-03 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Zweirichtungsthyristor
US4414560A (en) * 1980-11-17 1983-11-08 International Rectifier Corporation Floating guard region and process of manufacture for semiconductor reverse conducting switching device using spaced MOS transistors having a common drain region
US4595941A (en) * 1980-12-03 1986-06-17 Rca Corporation Protection circuit for integrated circuit devices
EP0065346A3 (de) * 1981-05-20 1983-08-31 Reliance Electric Company Halbleiter-Schaltungsanordnung
US4797720A (en) * 1981-07-29 1989-01-10 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Controlled breakover bidirectional semiconductor switch
GB2125622B (en) * 1982-02-09 1985-10-02 Western Electric Co Field-effect controlled bi-directional lateral thyristor
US4742380A (en) * 1982-02-09 1988-05-03 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Switch utilizing solid-state relay
SE431381B (sv) * 1982-06-03 1984-01-30 Asea Ab Tvapoligt overstromsskydd
GB2130028B (en) * 1982-11-16 1986-10-29 Barry Wayne Williams Integrated semiconductor device
SE435436B (sv) * 1983-02-16 1984-09-24 Asea Ab Tvapoligt overstromsskydd
US4630162A (en) * 1984-07-31 1986-12-16 Texas Instruments Incorporated ESD input protection circuit
EP0204723B1 (de) * 1984-10-24 1991-05-08 Om Ahuja Sich selbst wiedereinschaltender schalter
JPS624368A (ja) * 1985-06-28 1987-01-10 シ−メンス、アクチエンゲゼルシヤフト サイリスタ
FR2699015B1 (fr) * 1992-12-04 1995-02-24 Sgs Thomson Microelectronics Dispositif de protection contre des surtensions.
US5436786A (en) * 1992-12-21 1995-07-25 Dairyland Electrical Industries, Inc. Isolator surge protector for DC isolation and AC grounding of cathodically protected systems
FR2713400B1 (fr) * 1993-11-29 1996-02-16 Sgs Thomson Microelectronics Composant de protection triangle.
CA2183176C (en) * 1995-08-18 2000-10-24 Brian R. Pelly High power dc blocking device for ac and fault current grounding
US5856904A (en) * 1996-11-15 1999-01-05 Dairyland Electrical Industries, Inc. Voltage and current based control and triggering for isolator surge protector
JP4256544B2 (ja) * 1998-08-25 2009-04-22 シャープ株式会社 半導体集積回路の静電気保護装置、その製造方法および静電気保護装置を用いた静電気保護回路
GB0520909D0 (en) * 2005-10-14 2005-11-23 Eco Semiconductors Ltd Power semiconductor devices
USD771036S1 (en) 2014-08-11 2016-11-08 Apple Inc. Wearable device
USD727198S1 (en) 2014-08-11 2015-04-21 Apple Inc. Band
USD759725S1 (en) 2014-09-08 2016-06-21 Apple Inc. Wearable device
USD755299S1 (en) 2014-09-05 2016-05-03 Apple Inc. Label
US9478608B2 (en) * 2014-11-18 2016-10-25 Analog Devices, Inc. Apparatus and methods for transceiver interface overvoltage clamping
US10068894B2 (en) 2015-01-12 2018-09-04 Analog Devices, Inc. Low leakage bidirectional clamps and methods of forming the same
US9673187B2 (en) 2015-04-07 2017-06-06 Analog Devices, Inc. High speed interface protection apparatus
USD789822S1 (en) 2016-03-07 2017-06-20 Apple Inc. Band
USD777163S1 (en) 2016-03-07 2017-01-24 Apple Inc. Wearable device
USD781853S1 (en) 2016-03-07 2017-03-21 Apple Inc. Wearable device
USD795121S1 (en) 2016-03-07 2017-08-22 Apple Inc. Band
US9831233B2 (en) 2016-04-29 2017-11-28 Analog Devices Global Apparatuses for communication systems transceiver interfaces
US10734806B2 (en) 2016-07-21 2020-08-04 Analog Devices, Inc. High voltage clamps with transient activation and activation release control
USD838619S1 (en) 2017-03-10 2019-01-22 Apple Inc. Band
US10249609B2 (en) 2017-08-10 2019-04-02 Analog Devices, Inc. Apparatuses for communication systems transceiver interfaces
US10700056B2 (en) 2018-09-07 2020-06-30 Analog Devices, Inc. Apparatus for automotive and communication systems transceiver interfaces
US11387648B2 (en) 2019-01-10 2022-07-12 Analog Devices International Unlimited Company Electrical overstress protection with low leakage current for high voltage tolerant high speed interfaces

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1357095A (fr) * 1962-02-23 1964-04-03 Ass Elect Ind Appareil interrupteur de sécurité
US3263128A (en) * 1962-07-23 1966-07-26 Richard L White Circuit breaker
US3369154A (en) * 1965-08-03 1968-02-13 William H. Swain Overload protector for electrical current supply including a solid state breaker with improved sequencing logic combined with or without a combined electromechanical breaker
NL6807092A (de) * 1968-05-18 1969-11-20
DE2112598B2 (de) * 1971-03-16 1973-08-30 Ueberlast- und kurzschlusschutzanordnung
DE2120233A1 (de) * 1971-04-24 1972-11-02 Tekade Feiten & Guilleaume, Fern meldeanlagen GmbH, 8500 Nürnberg Schaltungsanordnung fur einen elek tromschen Uberstromschalter
SE392783B (sv) * 1975-06-19 1977-04-18 Asea Ab Halvledaranordning innefattande en tyristor och en felteffekttransistordel
JPS5847724B2 (ja) * 1975-10-16 1983-10-24 ソニー株式会社 デンゲンカイロ
JPS5574168A (en) * 1978-11-28 1980-06-04 Oki Electric Ind Co Ltd Pnpn switch

Also Published As

Publication number Publication date
FR2453522A1 (fr) 1980-10-31
MX148526A (es) 1983-04-29
US4331884A (en) 1982-05-25
JPS55133618A (en) 1980-10-17
IT8067506A0 (it) 1980-04-02
FR2453522B1 (de) 1985-04-19
GB2049316B (en) 1983-05-25
AU5700080A (en) 1980-10-09
IT1130104B (it) 1986-06-11
NL8001719A (nl) 1980-10-07
SE7902932L (sv) 1980-10-04
AU534375B2 (en) 1984-01-26
DE3011557A1 (de) 1980-10-16
BR8002016A (pt) 1980-11-25
GB2049316A (en) 1980-12-17
SE430450B (sv) 1983-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3011557C2 (de) Zweipoliger Überstromschutz
DE2932152C2 (de)
DE69325608T2 (de) Halbleiterbauelement mit einem Schutzmittel
DE19811297B4 (de) MOS-Halbleitervorrichtung mit hoher Durchbruchspannung
DE69311627T2 (de) Schutzvorrichtung einer integrierten Schaltung gegen elektrostatische Entladungen
DE69305909T2 (de) Leistungsanordnung mit isoliertem Gate-Kontakt-Gebiet
EP0118785B1 (de) Zweipoliger Überstromschutz
DE2226613C3 (de) Schutzvorrichtung für einen Isolierschicht-Feldeffekttransistor
DE69302244T2 (de) Halbleiter-Schutzkomponente
DE69511178T2 (de) Telefonleitungs-Interface-Schutz
DE2050289A1 (de)
DE2649419A1 (de) Transistor mit integrierter schutzeinrichtung
EP0096651B1 (de) Zweipoliger Überstromschutz
EP0992069B1 (de) Halbleiter-strombegrenzer
DE1489894B2 (de) In zwei richtungen schaltbares halbleiterbauelement
EP0978159B1 (de) Vorrichtung zum begrenzen elektrischer wechselströme, insbesondere im kurzschlussfall
EP0978145B1 (de) Halbleiter strombegrenzer und deren verwendung
EP0028798B1 (de) Thyristor mit Hilfsemitterelektrode und Verfahren zu seinem Betrieb
DE2021160A1 (de) Halbleiterschaltvorrichtung
DE1912192A1 (de) Halbleiterschaltelement mit Gleichrichterdiodenaufbau
DE2628273A1 (de) Halbleiterbauteil
DE1639244B2 (de) Thyristor
EP0222280A2 (de) Thyristor mit steuerbaren Emitter-Basis-Kurzschlüssen
DE2425364A1 (de) Gate-gesteuerter halbleitergleichrichter
DE2758616A1 (de) Halbleiterbauelement

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee