JPS585608B2 - 半導体スイツチ回路 - Google Patents

半導体スイツチ回路

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JPS585608B2
JPS585608B2 JP6769878A JP6769878A JPS585608B2 JP S585608 B2 JPS585608 B2 JP S585608B2 JP 6769878 A JP6769878 A JP 6769878A JP 6769878 A JP6769878 A JP 6769878A JP S585608 B2 JPS585608 B2 JP S585608B2
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capacitive element
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JP6769878A
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佐川明男
鈴木政善
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Hitachi Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic 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
    • H03K17/72—Electronic 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 having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region
    • H03K17/73—Electronic 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 having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region for DC voltages or currents

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はPNPNスイッチ素子を用いた半導体スイッチ
回路における、PNPNスイッチのレイト効果による誤
動作を防止するもので、特にその防止効果を著しく向上
させる半導体スイッチ回路に関するものである。
一般にSCR、サイリスク等と呼ばれる PNPN4層構造の半導体スイッチ回路は遮断中であっ
ても半導体スイッチ回路の両端子間(アノード・カソー
ド間)に急激な順方向電圧が加えられると誤点弧してし
まう欠点がある。
これはレイト効果と呼はれるものでその耐力をdv/d
t耐量と呼ぶことにする。
この誤点弧を防止するため、一般には第1図に示したよ
うにPNPN4層スイッチ素子(以下PNPNスイッチ
と記す)1のゲートG、カソードK間を抵抗(RGK)
2で短絡する方法、あるいは第2図に示すようにPNP
Nスイッチ1のアノードA、カソードK間に急激な電圧
が印加された過渡状態のときのみにおいてゲートG・カ
ソードK間を電子スイッチ3(たとえは図においてはト
ランジスタ4を用いる)により短絡する方法等がある。
第1図の方法は回路構成が簡単であるが、高いdv/d
t耐量を得るためには抵抗(RGK)2の値を低く設定
する必要がある。
そのためにゲート感度が低下する欠点を生じる。
そこで、第2図に示すように、PNPNスイッチ1のゲ
ートG、カソードK間に電子スイッチ3を設け、その電
子スイッチ3の制御端子部とPNPNスイッチ1のNベ
ースN1との間に過渡電流を通すトランジスタ6とダイ
オード7より成る静電容量性素子5を挿入する回路構成
が用いられている。
第2図に示した回路は、電子スイッチ3としてNPNト
ランジスタ4により、また、静電容量性素子5としてP
NPトランジスタ6のベース・コレクタ間静電容量を用
いた場合の1例である。
この回路の動作は、PNPNスイッチ1のアノードAに
立ち上りの急激なパルス電圧が侵入すると、その過渡電
圧によりトランジスタ6のベース・コレクタ間静電容量
を通して微分電流がトランジスタ4のベースに流れ、た
だちにトランジスタ4が動作領域に入りPNPNスイッ
チ1のゲートG・カソードK間を短絡するものである。
したがって、レート効果によってゲートG・カソードK
間に発生する電圧が低くなり、このためPNPNスイッ
チ1が誤点弧することはなくなる。
また、この回路はPNPNスイッチ1のアノードAに過
渡電圧が印加されないときは、トランジスタ4のベース
電流は零であるので、トランジスタ4はしゃ断状態とな
り、このときのPNPNスイッチ1のゲートGより見込
んだ抵抗は抵抗(RGK)2のみとなり、この値はdv
/dt耐量にほとんど関係しないので比較的高い値に選
ぶことができる。
それゆえ、ゲート点弧電流は減少し高感度でPNPNス
イッチ1を動作させることが可能になる。
しかし、より高dv/dt耐量を得るためには急激な電
圧が加えられたとき静電容景性素子5に流す電流、すな
わち、トランジスタ4のベース電流を増加させる必要が
ある。
そのために静電容量性素子5の等価静電容量を増加させ
る回路方式として第2図に示すようなPNPトランジス
等が用いられている。
これはトランジスタ6のベース・コレクタ間の静電容量
を直流電流増幅率hFE倍した回路で、トランジスタ4
の駆動ベース電流を増加させるものである。
一方、レート効果によりPNPNスイッチ1が誤点弧す
る状態は、PNPNスイッチ1のアノードA・カソード
K間に急激な電圧が印加された場合にPNPNスイッチ
1のNベース(N1)Pベース(P2)間静電容量C1
2を通して抵抗RGK2に電流が流れ、その電圧降下に
よりゲートG・カソードK間電圧がPNPNスイッチの
点弧電圧VGKB以上になると誤点弧するものである。
これを防止するためにゲートG・カソードK間を電子ス
イッチ3により短絡するものであるが、実際には第2図
に示すようにトランジスタ4等が用いられるため、その
内部抵抗が有り過渡電圧による電圧降下は残る。
さらに、静電容量性素子5に流す過渡電流はPNPNス
イッチ1のP1、N1、P2トランジスタで構成するベ
ース電流(N1ベース)として引抜かれるため、その電
流にP1、N1、P2トランジスタの直流電流増幅率h
FE倍した電流が抵抗(RGK)2に流れゲートG・カ
ソードK間の電圧降下が大きくなる欠点がある。
そのために、第2図に示した回路方式において、高dv
/dt耐量を得ようとして静電容量性素子5の値を増加
すると、PNPNスイッチ1の第2接合(N1、P2)
静電容量C12を通して抵抗(RGK)2に流れる過渡
電流が増加するため、効率のよいdv/dt耐量の向上
が得られない欠点がある。
本発明の目的は、このような問題に鑑み、PNPNスイ
ッチのゲート点弧感度を高感度に保ちながら高dv/d
t耐量を向上させ、過渡電圧印加時に発生する誤点弧を
防止する半導体スイッチ回路を提供するものである。
本発明の特徴は、PNPNスイッチ1に急激な電圧が加
えられたときのdv/dt耐量を向上させるために、ゲ
ート・カソード間を抑え込むトランジスタ4のベース電
流を増加させてもPNPNスイツチ1の第2接合静電容
量C12に過渡電流を増加させないよう回路構成にした
ところにある。
以下図を用いて本発明を詳細に説明する。
第3図は本発明による半導体スイッチの基本構成をブロ
ック図で示したものであり、PNPNスイッチ1、電子
スイッチ3、静電容量性素子5とからなる。
すなわち、PNPNスイッチ1のゲートG・カソードK
間に電子スイッチ3を接続し、PNPNスイッチ1のア
ノードA・カソードK間に急激な電圧が印加されたとき
アノードAより接続された静電容量性素子5を通して流
れる過渡電流により駆動するものである。
ここで静電容量性素子5は等価的に静電容量であるが、
一般に集積化する場合にはトランジスタやダイオード等
の素子が用いられ、その過渡電流入力端子51をPNP
Nスイッチ1のアノードA側に、過渡電流出力端子52
を電子スイッチ3の制御端子31側にそれぞれ接続する
。
また、静電容量性素子5に過渡電流を流した場合の蓄積
電荷の放電は、電荷放電子端子53によりPNPNスイ
ッチ1のNベースNN1)に接続し放電するように構成
したものである。
したがって、dv/dt耐量の向上を画る場合、静電容
量性素子5の値を等価的に高めて電子スイッチ3の制御
電流を増加させても、それによってPNPNスイッチの
第2接合(N1、P2)に流れる過渡電流の増加はおこ
らない。
以下回路構成の具体的な方法について、詳細に説明する
。
第4図に本発明の半導体スイッチの具体的な第1の実施
例を示す。
同図において第2図と同符号の部分はそれぞれ同じ部分
に相当するものとする第4図において、PNPNスイッ
チ1のゲートG・カソードK間には電子スイッチ3の具
体例としてトランジスタ4が接続される。
これはトランジスタに限られることなく電子操作でスイ
ッチ動作するものであれはよい。
たとえは、電界効果形トランジスタ(FET)等が上げ
られる。
静電容量性素子5には集積化を考慮してPNPトランジ
スタ6のベース・コレクタ間静電容量を利用している。
この場合ベース・コレクタ間に蓄積された電荷は放電ダ
イオード7を通してPNPNスイッチ1が導通したとき
に端子53よりNベース(N1)に放電する。
尚、PNPNがオンしない時には、第2接合部に電荷が
蓄積されている。
この蓄積電荷がアノード電圧の印加に対して逆作用とな
り、過渡電流を流しにくくする。
この結果、オフ状態下では、dv/dt耐量は極めてよ
くなる。
このようなことから静電容量性素子5の容量値を等価的
に大きくしてトランジスタ4のベース電流を増しても、
第2図の従来例のようにPNPNスイッチ1の第2接合
(N1、P2)に流れる過渡電流の増加がないため高d
v/dt耐量が得られる。
なお、蓄積電荷の放電ダイオード7はダイオード素子で
なくとも抵抗でもよい。
これはPNPNスイッチ1のP1、N1接合順方向電圧
よりトランジスタ6のベースエミツタ間電圧が低いとア
ノードAからトランジスタ6のベース電流として流れる
のを防止するためにダイオード7の順方向電圧降下をも
たせたものである。
したがって、ダイオード7としてはダイオード順方向電
圧分を抵抗で電圧降下できる値に設定すれはよい。
また、第4図において電荷放電ダイオードの出力端子5
3をトランジスタ6のエミツク端子51に接続しても同
等の特性が得られるが、この場合にはトランジスタ4の
エミツク・ベース間耐圧をPNPNスイッチ1の耐圧と
同じくしなければならない欠点がある。
これに対して第4図に示す本発明ではトランジスタ4の
エミツタ・ベース間耐圧はPNPNスイッチのN1、P
1接合部の耐圧で補償することができる利点がある。
第5図は本発明の半導体スイッチの第2の実施例を示す
。
同図の回路は静電容量性素子5をダイオード7,8.9
で構成したもので、ダイオード8は、順接合静電容量を
利用し、PNPNスイッチ1のアノードAに急激な電圧
が印加された場合その過渡電流をトランジスタ4のベー
スに流すために静電容量性素子として用いている。
ダイオード9はPNPNスイッチ1のアノードA、カソ
ードK間に逆電圧が印加された場合にトランジスタ4の
ベース・エミツク間逆耐圧を保護するために挿入したも
ので、これがないと高耐圧用半導体スイッチとして用い
ることができない。
ダイオード7は第4図の回路と同様に静電容量性素子5
内に蓄積された電荷を放電させるためのダイオードであ
る。
すなわち、ダイオード8および9がそれぞれ逆方向に直
列に接続されているため、その接続点に蓄積された電荷
を放電させるものである。
このような構成により静電容量性素子5の値を大きくし
ても第2図で説明したようなPNPNスイッチの第2接
合N1、P2部に流れる過渡電流の増加はなく、スイッ
チの高ゲート点弧感度を保ちながらdv/dt耐量の向
上を図ることができ、かつ半導体集積化を図る場合に特
に有利な半導体スイッチが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のdv/dt耐量を高めた半導体スイッチ
の1例を示す図、第2図は従来のdv/dt耐量とゲー
ト点弧感度を向上させた半導体スイッチの例を示す図、
第3図は本発明による半導体スイツチのブ吊ツク図、第
4図は本発明による半導体スイッチの第1の具体的な実
施例を示す図、第5図は本発明による半導体スイッチの
第2の具体的な実施例を示す図である。 1・・・半導体スイッチ素子、3・・・電子スイッチ、
5・・・静電容量性素子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 P型エミツタP1とN型ベースN1とP型ベースP
    2及びN型エミツクN2の4層構造からなる半導体スイ
    ッチ素子と、該スイッチ素子の上記P型ベースP2とN
    型エミツクN2との間に設けられた電子スイッチと、該
    電子スイッチの制御端子と上記半導体スイッチ素子のP
    型エミツクとの間に設けられると共に、逆接続された2
    つのPN接合部分を有し、その中点が上記半導体スイッ
    チ素子のN型ベースN1に接続されてなる静電容量性素
    子とを備えると共に、該静電容量性素子を通して流れる
    過渡電流により上記電子スイッチの制御を行い、且つ該
    静電容量性素子に過渡的に蓄積された電荷を上記半導体
    スイッチ素子がオンした状態でN型ベースN1に放電さ
    せるようにした半導体スイッチ回路。 2 上記静電容量性素子をPNPトランジスタにより構
    成し、且つ該トランジスタのエミッタは上記半導体スイ
    ッチ素子のP型エミツタ側に接続せしめる端子とし、コ
    レクタを上記電子スイッチ側に接続せしめる端子とし、
    該トランジスタのベースをもって上記中点とせしめ、該
    中点となるベースよりダイオード又は抵抗を介して導出
    された端子をもって上記半導体スイッチ素子のN型ベー
    スN1への放電用の端子として形成せしめた特許請求の
    範囲第1項記載の半導体スイッチ回路。 3 上記静電容量性素子を2つの逆方向に接続されたダ
    イオードをもって形成し、該ダイオード間の中点より第
    3のダイオードを介して得られる端子を上記半導体スイ
    ッチ素子のN型ベースN1への放電用端子として形成せ
    しめた特許請求の範囲第1項記載の半導体スイッチ回路
    。
JP6769878A 1978-06-07 1978-06-07 半導体スイツチ回路 Expired JPS585608B2 (ja)

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JPS54159159A JPS54159159A (en) 1979-12-15
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