JPH0336450B2 - - Google Patents

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JPH0336450B2
JPH0336450B2 JP58217988A JP21798883A JPH0336450B2 JP H0336450 B2 JPH0336450 B2 JP H0336450B2 JP 58217988 A JP58217988 A JP 58217988A JP 21798883 A JP21798883 A JP 21798883A JP H0336450 B2 JPH0336450 B2 JP H0336450B2
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JP
Japan
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voltage
gto
gate
zener diode
resistor
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JP58217988A
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JPS60109919A (ja
Inventor
Akira Honda
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Nihon Inter Electronics Corp
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Nihon Inter Electronics Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/567Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0814Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit
    • H03K17/08148Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit in composite switches

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  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ゲートターンオフサイリスタ「以
下、GTOと略記する)と絶縁ゲート型電界効果
トランジスタ(以下、MOS FETと略記する)
とを直列に接続して構成される複合半導体装置の
過電流保護を目的とした保護回路を有する複合半
導体装置に関するものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、バイポーラ型スイツチング素子とユニポ
ーラ型スイツチング素子、特にMOS FETとを
組合せた所謂BIMOS複合半導体装置の研究が進
んでいる。この複合半導体装置は高耐圧、大電流
密度、高速、しかも制御電力が非常に小さくて済
む等の特長を有し、特に第1図に示すように、
GTO1にMOS FET2がカスコード接続された
ものの場合にはカソードエミツタが開放されてタ
ーンオフするため、通常のサイリスタの逆方向の
ようにターンオフし、高速かつ動耐圧が高く、ま
たGTO単独の場合と異なり、ターンオフ時の電
流分布が広がるので、破壊耐量が大きくなりその
結果、スナバ回路を不要とする等優れた特長を備
えている。
ところで、従来、回路中の主スイツチング素子
を過電流から保護するには、かかる回路中に例え
ば過電流を検出するための抵抗器を挿入し、この
抵抗器の両端に発生する電圧を検出し、フオトカ
プラ等の手段によつて電気的に絶縁された信号を
主スイツチング素子の制御回路にフイードバツク
させ、この制御回路からのオン信号を停止し、主
スイツチング素子を通電流から保護していた。
(図示省略) しかしながな、上記の方法では過電流を検出す
る目的のためだけに回路中に専用の抵抗器を挿入
しなければならず、この抵抗器で回路動作には無
関係な電力損失が発生すること、信号の絶縁のた
めにフオトカプラ等の絶縁手段が必要なこと、信
号の増幅回路が必要なこと、応答速度が遅いこと
等の欠点を有する。また大電流の主スイツチング
素子を使用した回路ではカーレントトランス
(C・T)を前記の抵抗器の代りに用いる方法も
あるが、このC・Tは大型かつ高価であり、しか
も高速化することが難しいという難点を有する。
〔発明の目的〕
本発明は上記の事情に基づきなされたもので、
専用の抵抗器、C・T等を用いることなく、主ス
イツチング素子を過電流から保護することができ
る複合半導体装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、ゲートターンオフサイリスタGTO
のカソード側に直列に接続された絶縁ゲート型電
界効果トランジスタFET2を有する複合半導体装
置において、前記ゲートターンオフサイリスタ
GTOのゲートと絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタFET2のソース間に接続された第1のツエナ
ーダイオードZD1および分圧抵抗器R2,R3の直
列体と、この直列体(ZD1+(R2+R3))と並列
にそれぞれ接続された第2のツエナーダイオード
ZD2および抵抗器R4と、前記絶縁ゲート型電界効
果トランジスタFET2のゲート・ソース間に接続
され、かつ、その制御電極が前記分圧抵抗器R2
R3の接続点に接続されたスイツチング素子
THY1とを有し、前記絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタFET2のオン電圧VD-Sに、前記ゲートタ
ーンオフサイリスタGTOのゲート・カソード間
電圧VG(GTO)-Kを加えた電圧VG(GTO)-Sと、前記第1
のツエナーダイオードZD1の降伏電圧VZ1と、前
記第2のツエナーダイオードZD2の降伏電圧VZ2
との関係が、VG(GTO)-S<VZ1<VZ2となるように構
成した複合半導体装置である。
〔発明の実施例〕
以下に本発明の一実施例を図を参照して説明す
る。
第2図は本発明に係る複合半導体装置の等価回
路図であり、第3図は特にGTOの内部構造を模
式的に示した同じくその等価回路図である。
これらの図において、鎖線で示す部分が入力信
号のバイパス回路B・Pである。
すなわち、制御入力端子G−S間にサイリスタ
THY1を設け、このサイリスタTHY1の制御極
を、ツエナーダイオードZD1のアノード側に接続
したり分圧抵抗器R2,R3との接続点に接続し、
ツエナーダイオードZD1のカソード側と、抵抗器
R3の一端が接続された制御入力端子Sとの間に
は、図示のようにツエナーダイオードZD2及び抵
抗器R4とを並列に接続してある。
尚、図中、R1はMOS FET1、MOS FET2
ノイズ耐量を改善するための抵抗器であつて、本
発明の要旨とは直接関係しない。また、ツエナー
ダイオードZD1の降伏電圧VZ1は常にツエナーダ
イオードZD2の降伏電圧VZ2よりも低く、定常動
作状態におけるMOS FET2のオン電圧VD-Sより
も高い値に選ばれている。
すなわち、VD-S<VZ1<VZ2の関係にある。
上記の回路において抵抗器R4は正常動作時に
MOS FET1及びMOS FET2の各ゲートGに制御
入力端子Gからの入力信号VSig.が印加されるよう
にするためのものであり、GTOの順阻止接合J2
のもれ電流がゲートを介してこの抵抗器R4に流
れた時にその電圧降下が十分に低い値、すなわ
ち、ツエナーダイオードZD1の降伏電圧VZ1以下
になるように選定しておく。
なお、この抵抗器R4が無い場合は次のような
不都合が生じる。すなわち、上記の複合半導体装
置がオフ状態にある場合には、電源電圧Eが
GTOの順阻止接合J2で殆んど分担され残余の電
圧はツエナーダイオードZD2の降伏電圧VZ2で制
限される電圧の範囲内でMOS FET2が分担する
こととなる。したがつてGTOの順阻止接合J2
もれ電流がMOS FET2のもれ電流よりも大きい
と、このFET2にはツエナーダイオードZD2の降
伏電圧VZ2からGTOのゲート・カソード間電圧
VG(GTO)-Kを引いた電圧、すなわちVZ2
(VG(GTO)-K)の電圧がかかる。これにより、GTO
の順阻止接合J2のゲートを介してもれ電流がツエ
ナーダイオードZD1→抵抗器R2→抵抗器R3を経
て分流し、抵抗器R3の両端の電圧降下がTHY1
のゲートトリガ電圧VGTを越えると、THY1にゲ
ート電流が流れ、このTHY1がターンオフし、制
御入力端子G−S間を短絡してしまう。その結
果、制御入力信号VSig.がMOS FET1及びMOS
FET2のゲートGに加わらず、この複合半導体装
置をターンオンされることができなくなつてしま
う。
そこで、図示のように抵抗器R4を設け、複合
半導体装置の正常動作時には前記入力信号VSig.
MOS FET1及びMOS FET2の各ゲートGに確実
に印加されるように構成したものである。
すなわち、制御入力端子G−Sに正の入力信号
VSig.が印加されると、先ずMOS FET2がターン
オンし、次いでMOS FET1がターンオンする。
これによりGTOのゲートGに正のゲート電流が
供給されこのGTOがターンオンする。その後、
アノード電流iA(同一値を持つMOS FET2のドレ
イン電流iDが次第に増加して行き、予め定められ
た基準値IREF.に到達する。ここで、MOS FET2
はオン状態において抵抗特性を持つため、この
FET2のオン電圧VD-Sは前記FET2のドレイン電
流iDに比例して増加する。
上記の状態を第4図に示す。
同図は横軸に時間、縦軸に電流及び電圧をそれ
ぞれ示し、またiAを前記アノード電流、iDを前記
ドレイン電流、IREF.を基準値、VD-Sを前記FET2
のオン電圧、VG(GTO)-KをGTOのゲート・カソー
ド間電圧、VG(GTO)-SをGTOのゲート端子とMOS
FET2のソース端子間に発生する電圧、VREF.を概
略ツエナーダイオードZD1の降伏電圧VZ1とサイ
リスタTHY1のゲートトリガ電流VGT(THY1)との和
で決る基準電圧、VZ2をツエナーダイオードZD2
の降伏電圧をそれぞれ示す。
上記の図から明らかなように時間t0でMOS
FET2がオン状態となり、その後オン電圧VD-S
ドレイン電流iDに比例して増加して行き、GTO
のゲート端子とMOS FET2のソース端子の間に
発生する電圧はMOS FET2のオン電圧VD-S()
GTOのゲート・カソード間電圧VG(GTO)-K()を加え
た図示のVG(GTO)-S()で示す直線となる。
今、GTOのアノード電流iA(MOS FET2のド
レイン電流iD)が増加することによつて前記
VG(GTO)-S()がVREF.以上に増加すると、ツエナーダ
イオードZD1の降伏電圧VZ1に達し電流がツエナ
ーダイオードZD1→抵抗器R2→抵抗器R3と流れ
る。その結果この抵抗器R3の両端の電圧降下が
サイリスタTHY1のゲートトリガ電流VGT以上の
値にあると、このサイリスタTHY1がターンオン
し、MOS FET1及びMOS FET2のゲート電位を
各々のスレツシユホールド電圧Vth以下の値にク
ランプする。
この結果、MOS FET1及びMOS FET2がター
ンオフする。一方、GTOのアノード電流iA
MOS FET2から該GTOのゲートを介してツエナ
ーダイオードZD2へと転流する。その後、この複
合半導体装置はエミツタ開放によりサイリスタの
逆方向の如くターンオンするのでこの半導体装置
は過電流によつて破壊されることから効果的に保
護されることになる。
また、上記の回路においてサイリスタTHY1
自己保持機能を有するため、制御入力信号VSig.
引き続き正の状態にあつても、MOS FET1及び
MOS FET2には正の信号が印加されることがな
い。一方、制御入力信号VSig.が負の状態若しくは
零になつてサイリスタTHY1のターンオフ時間で
決るある一定時間以上経過した後に、再度、正の
制御入力端子VSig.が入力された時のみこの複合半
導体装置が再点弧する。
また、MOS FETのオン抵抗値は正の温度特
性を持つため、MOS FET2の接合温度が上昇す
る程、過電流検出値IREF.が下がり、複合半導体装
置をより安全に保護できるようになる。
〔発明の効果〕
上記したように本発明では複合半導体装置を構
成するGTOに直列接続したMOS FETのオン抵
抗特性を過電流検出に利用しており、従来のよう
に装置外部に過電流検出専用の抵抗器を設ける必
要がなく、また過電流検出信号をフオトカプラの
ような電気的絶縁手段を介して制御回路に送り、
オン信号を遮断するというような構成が不要であ
つて制御入力信号を直接、インターロツクして保
護することが可能である。さらに上記の過電流保
護機能を有する回路を1つの複合半導体装置のパ
ツケージ内に組み込むことにより、自己保護機能
を備えたコンパクトかつ使用し易い複合半導体装
置となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の複合半導体装置の一例を示す回
路図、第2図は本発明の一実施例を示す複合半導
体装置の回路図、第3図は同じくその等価回路
図、第4図は上記複合半導体装置のターンオン時
の各部の電流、電圧関係を示す図である。 GTO……ゲート・ターン・オフサイリスタ、
FET1,FET2……絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタ、ZD1,ZD2……ツエナーダイオード、
THY1……サイリスタ、R1,R2,R3,R4……抵
抗。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ゲートターンオフサイリスタGTOのカソー
    ド側に直列に接続された絶縁ゲート型電界効果ト
    ランジスタFET2を有する複合半導体装置におい
    て、 前記ゲートターンオフサイリスタGTOのゲー
    トと絶縁ゲート型電界効果トランジスタFET2
    ソース間に接続された第1のツエナーダイオード
    ZD1および分圧抵抗器R2,R3の直列体と、この
    直列体(ZD1+(R2+R3))と並列にそれぞれ接
    続された第2のツエナーダイオードZD2および抵
    抗器R4と、前記絶縁ゲート型電界効果トランジ
    スタFET2のゲート・ソース間に接続され、か
    つ、その制御電極が前記分圧抵抗器R2,R3の接
    続点に接続されたスイツチング素子THY1とを有
    し、 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタFET2
    のオン電圧VD-Sに、前記ゲートターンオフサイ
    リスタGTOのゲート・カソード間電圧VG(GTO)-K
    を加えた電圧VG(GTO)-Sと、前記第1のツエナーダ
    イオードZD1の降伏電圧VZ1と、前記第2のツエ
    ナーダイオードZD2の降伏電圧VZ2との関係が、 VG(GTO)-S<VZ1<VZ2となるように構成したこと
    を特徴とする複合半導体装置。
JP58217988A 1983-11-18 1983-11-18 複合半導体装置 Granted JPS60109919A (ja)

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JP58217988A JPS60109919A (ja) 1983-11-18 1983-11-18 複合半導体装置

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JPS60109919A JPS60109919A (ja) 1985-06-15
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JPS60153222A (ja) * 1984-01-20 1985-08-12 Miki Puurii Kk スイツチング回路
FR2611098B1 (fr) * 1987-02-13 1989-06-09 Telemecanique Electrique Interrupteur de puissance a montage serie compose d'un thyristor gto et d'un transistor a effet de champ mos
FR2613889B1 (fr) * 1987-04-07 1990-11-16 Telemecanique Electrique Etage de commande d'un interrupteur statique de puissance a blocage commandable
JP2506434Y2 (ja) * 1991-11-01 1996-08-07 株式会社神戸製鋼所 押出機のダイヘッド

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