JPS587923A - 半導体スイツチ - Google Patents

半導体スイツチ

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JPS587923A
JPS587923A JP56105512A JP10551281A JPS587923A JP S587923 A JPS587923 A JP S587923A JP 56105512 A JP56105512 A JP 56105512A JP 10551281 A JP10551281 A JP 10551281A JP S587923 A JPS587923 A JP S587923A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switch
pnpn
gate
current
transistor
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.)
Pending
Application number
JP56105512A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuo Matsuyama
光男 松山
Shinji Okuhara
奥原 真治
Yasunobu Inabe
井鍋 泰宣
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.)
Hitachi Ltd
NTT Inc
Original Assignee
Hitachi Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP56105512A priority Critical patent/JPS587923A/ja
Publication of JPS587923A publication Critical patent/JPS587923A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H03K17/72Electronic 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

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  • Power Conversion In General (AREA)
  • Thyristor Switches And Gates (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はPNPNスイッチを含んだ半導体スイッチ回路
に係9、%(ニゲート・ターンオフ時のスイッチング市
、力全軽減し、かつ、重加切断能力の大きな半導体集積
化しゃすい半導体スイッチに関するものである。
−すに、半導体スイッチとしてのPNPNスイッチは、
トランジスタスイッチに比べて双方向に高耐圧が得ら几
ること、オン抵抗を低くできること、大′屯#辿電時に
もオン富、圧を低くできることなどの利点かある。しか
し、同時に自己保持機能全1するため(−、オン・オフ
スイッチとして用−る場合にはオフ開側]か比較的離し
いという欠Aを有している。
P N P Nス・rツチをオフさせるには、負荷電η
rを惺ト1′市fAr倫lソ下才で減少プせる方法と、
ゲートにl」シて逆小’、fA7. k与えてオフさせ
る方法(ゲート・ターンオフ方f1.)とがある。一般
には前者の方法か月(いらrLるか、′1:J1)J′
串帷111!I全変化させずにオフきせるにiJ後渚の
方法分用いることになる。
この後場の方法を月1いて通1((中のPNPNスイッ
(をゲート・ターンオフMj!+作に、[:!Itオフ
させるには、第1図に示すような回路構hy、をとる。
すなわら、P N I) )ランジスタQ1とNPN)
ランジスタQ2とで等測的C二構成き才しるPNPNス
イッチのカソードK (III l: 狛(r(抵)”
>T、 RL 、 Wi、源VI(v、〈0)全接続し
、オフ開側1入力端子Bに印加さ扛るオフ制イl1ll
入力によってオンジノ上る切断用トランジスタQ3ff
i介しで、PNPNスイッチのゲートGよす゛市g V
2(V2≦V、<11) +二回って、i(?)tを引
出すものである。ここでゲー11GI・カッーFiK1
間l二接続さnている也抗、1(1げ、P N P N
スイッチのd v/d を効果による誤動作全防止する
もので、PNPNスイッチのゲート店弧感瓜L3]この
口(わ1:R1によって定められる。−また、ダイオ−
ドD1は電流の逆流を防止するためのものである。
第1図の回路構成l:おいて問題となるのは、ゲ−l−
・ターンオフ動作時の過渡電流である。すなわち、PN
P)ランジスタQ1がオン時での飽和動作エリ目金して
オフするまでの間は低インピーダンスとなることから、
切断用トランをンスタQ乙には瞬時C二大′電流が流扛
活性動作状態となる。この瞬11ヶ′市流はPNPNス
イッチのオン電流が大きいほど増大する。このため、切
断用スランジスタQ3にはヌイップング゛市力の大きな
ものが暇求され、小さなものでは破壊の恐れがある。−
万、上記回路の半導体集積化を考えた場合に経済性の観
点から素子占有佃槓を可能な限り小きくすることが望”
tiシるが、上記の内容と相反関係にある。捷た。
第1図の回路構成において負荷′電流の切断能力は切断
用トランジスタQ6が引出し得る電流(1ft!=依存
するため、トランジスタQ3の電流増幅率H)’IIの
けらつきシニエつて電流切断能力が大きく左右さnる。
すなわち、従来の公知例においては、大面積金層する大
スイッチング4i、力の素子を含む回路構成であるため
素子内イ」面槓全小ざくできないこと、素子の慣性ばら
つきに5Lって7j(流切断能力が大きく左右ざfLる
という欠点があったものである。
本発明の目的は、大゛べ(刃用の素子を使用することな
く、素子占南面槓が小さく、かつ、′電流切断hl〕刀
の太きい集権化に適した半導体スイ・ソチを得ることに
ある。
この目的のために、本発明は主電流スイッチ回路のゲー
ト端子にゲート・ターンオフ用としてPNPNスイッチ
ヲ接続し、ゲート・ターンオフ動作時のスイッチング電
力消費全抑え、かつ、ゲート・ターンオフ後は上H,4
pNpNスイッチのオン状態電流が茄扛ないように構成
したことを特徴とする。
以下、図面を用いて本弓ら明を詳細1に説明する。
第2図は本発明による半導体スイッチの第1の実施例を
示す回路構成図であり、Q1.Q2はPNPNスイッチ
k +j*成するPNP )ランジスタとNPNトクン
、ンスタ、Q4.Q5はゲート・ターンオフ用のPNP
Nスイ・ソチを構成するPNP )ランジスタとN P
 N l−ランiンヌタ、D2は逆流防止用のダイオー
ド、R1、H2はdv/dt効果による1動作の防止用
徂抗、R3は過重加の制限用担抗である。捷た、Aはγ
ノード端子、Kはカソード端子、Gはゲート端子、Bは
オフ制御入力翅子、Eは電源端子をボす。第2図の回路
構成において、オン制御はゲートGからゲート駆動電流
全供給することによって成ざA、PNPNスイッチQ1
.Q2がオンとなり、アノードAからカソードにへ負荷
電流が流れる。また、オフ制御はオフ制御入力端子Bか
らオフ制御入力′覗#を流5すことに工って成さ扛、こ
の結果PNPNスイッチQ4.Q5がオン状態となり、
PNPNスイッチQl、Q2のゲート、すなわち、トラ
ンジスタQ2のベースから電源端子Eに回って’嘔15
1t’を引出すことによってPNPNスイッチQ1.Q
2がゲート・ターンオフとなジ、アノードAからカソー
ドKに同って流扛ていた負荷゛重加全切断する。
以上の動作条件として、オン状態において電#端−子E
の′部位をカソードにの市位、1′:9低くしておくこ
とが必要である。
ここで、ダイオードD2け、ゲート・ターンオフp+ニ
カソードKからP N P NスイッチQ 4 、 Q
 5 ヘ回う逆゛市Mtを防ぐためのものであり1ゲー
ト・ターンオフ後にカソードにと′市か端子Eとが四直
位になる場合は接続する必要はない。また、担抗R3は
ゲート・ターンオフ動作時にトランジスタQ2から引出
す電流を制限するためのもので、最大切断軍ηrとトラ
ンジスタQ2のベース抵抗値によっては接kL、でも、
しなくともよい。
さて、第2図図示の回路構成5二おいて、そのゲ−)・
ターンオフ後はP N l) NスイッチQ4.Q5に
対する重加供給源がなくなるため、オン状態電流は流れ
は、′山′力消費はほとんどかくなる。すなわち、PN
PNスイッチQ4.Q5においてに、ゲートターンオフ
動作での過渡的な時間にのみ電力消費がうら生する。そ
のゲート・ターンオフ動作時C二はPNPNスイッチQ
4.Q5がオン状態となっており、PNP)ランジスタ
Q4.NPN)ランジスタQ5が共に飽和状態となって
f’t’和電圧を示すことから、PNPN  スイッチ
としてのオン市圧は低く、そのスイッチング電力消費も
小さいものとなる。
この結果、PNPNスイッチQ4.Q5として大電力用
の大面積のものは必要としないし、PNPNスイッナQ
4.Q5は一体構造として形成できかいため、素子占自
面槙が小さなものにできる。甘た。 PNPNスイッチ
は双方間に高側圧を得られるため、第1図の従来例で示
した逆流防止用ダイオードD1は第2図の回路構成では
不要である。さらに、PNPNスイゾチQ4.Q5は一
度オン状態となわばそのオン電流はほとんど外部負荷条
件によって定−チるため、PNPNスイッチQ4.Q5
の特性ばらつきによって電流切断能力(二影響を与える
ことはほとんどない。従って、第2図の回路全半導体集
積化した場合には集積度の高い経済的な設n1ができか
つ、′市Mf切断能力が大きな半導体スイッチが得ら扛
るものである。
第6図は本発明C″−よる半導体スイッチの第2の実施
例を示す回路構成図であり、第2図図示の回路構成に′
電流分流用のトランジスjIQ6.Q17全加えて、半
導体スイッチとしての電流切断能力をさらに高めた実施
例を示すものである。
第3図において第2図と同一部分は同一の記号を用いで
あるが、第2図で示したダイオードD2、抵抗R3は雀
略しである。この回路構成においても、オン制御はゲー
トGからのゲート駆動電流の供給によって成さn%1ず
PNPNスイッチQ、1゜Q2がオンどなり1次いでト
ランジスタQ6.Q7がオン状kpとなって、アノード
八からカソードに\負荷′嘔流が流7’Lる。また、オ
フ制御もオフ制御入力端子Bから電流を油し込むことで
成さ扛、まずPNPNスイッチQ4.Q5かオンとなり
PNPNスイッチQi、q2がゲート・ターンオフとな
って、次いでトランジスタQ7さらにトランジスタQ6
の順序でオフ状pかとなり、アノードAからカソードに
へ向って151f扛ていた狛荷電渾を切断する。
第5図の実施例によ?いては、負荷電流がPNPNスイ
ッチQ1.Q2とトランジスタQ6.Q7とに分甜する
構成であるため、第2図図示の実施例↓Vさらに電流切
断能力の大きい半導体スイッチが得られる。また、第2
図での説明と同様の効果が得ら扛ることは言うまでもな
い。
さて、上記した構成例C二別の回路素子を力11えるこ
とに、r、!l11半導体スイッチとしての特性を改良
することか可能である。第2図および第3図図示回路の
ようにd v / d を効果による誤動作を抵[1(
1のみで防止する場合、その抵抗値においてdv/dt
耐匍とゲート点弧感度とが相反するため、高感度かつ高
dv/dt側菫の半導体スイッチ金得ることはできない
。第4図は、第2図で示した構成例にdv、/dt誤動
作を防止する回路を付加した本発明の他の実施例で、図
においてトランジスタQB。
タイオードD3.D4および抵抗R1がdV、’atB
R動作を防ぐ回路である。なお、第2図に示したダイオ
ードD2、抵抗R3は省略しである。第4図において、
トランジスタQ8はアノード(Al−カソード(K1間
に過渡的な11万同電圧が加わったときにのみオン状態
となり、PNPNスイッチQ1.Q2の誤動作分隔ぐ。
担−抗R1はトランジスタQBが動作し得ない工うなゆ
るやかな′重圧変化のときのみ、dv/dt誤動作を防
げばよいので高めの抵抗値に股だできる。従って、この
実施例によnは高感度高dv/dt劇量で、かつ第2図
の説明で述べた諸効果全有する半導体スイッチが得らn
る。
゛また、上記した構成例と相補的な構成をとることも可
能である。第5図は本発明のさらに他の実施例で第2図
と相補的な構成としたものである。
第5図におりて、Ql、Q2はPNPNスイッチを構成
するトランジスタTh  Q4.Q5はゲート−ターン
オフ用のP N P Nスイッチ+ +t*成するトラ
ンジスタ、R1,R2は誤動作防止用41(抗である。
なお、第2図で示したダイオードD2、抵抗R3は省略
しである。この回路構成(二おいては、NPN)ランジ
スタQ2.Q5が双方間に高制圧のとれるものが望まし
い。捷た、回路動作は第2図での説明に比べてオン制御
、オフ制御共に制御電流の方向が逆になるほかは第2図
の」動台と同様である。
以上、計しく説明したように、本発明は、主電流スイッ
チ回路のゲート・ターンオフ用にPNPNスイッチ金用
いることによって、ゲートターンオフ動作時のスイッチ
ング電力消費が小さく抑えらn1ゲート・ターンオフ後
の”[を力消費もほとんどなくなるように構l水しであ
るので、素子6壱面積の小さんものにでき、しかもゲー
ト・ターンオフ用素子の特性ばらつきに係わりなく、′
市原切断能力が大きい半導体スイッチが得られる。従っ
て、半導体集積化した場合には高集積化がh]能であり
経済性および特性面に優扛た半導体スイ・ソチを提供し
得るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体スイ、ソチの回路構成図、第2図
乃至第5図は本発明による半導体スイッチのそrぞ;/
li#、1乃至第4の実施例を示す回路構成図である。 qi、Q2.Q4.Q5 : PNPNスイッチ構成用
のトランジスタ Q6.Q7.Q8:)ランジスタ D2.D5.D4:ダイオード R1,R2,R5:抵抗 A ; アノード端子 K : カソード端子 G : ゲート端子 B : オフ制御入力端子 E : 電源端子 Vl+”2 :  電源 代理人弁理士 薄 1)利 辛 2 オフ 図        才2 図 ε          K 74 図 A f S 図 手続補正書(自発) 事件の表示 昭和56  年特許願第 105512号、発明の名称
 半傳体スイッチ 補正をする者 名  111.    (510144式会と1 11
  立  製  作  所代 lく 古  三   1
11   勝  茂(ほか  1名) 代   理   人 補正の内容 1 明細簀第6貞第15行の1のグー)Gより」を、r
(1,!、 、(、!、 )のゲート、即ちトランジス
タQ。 のベースから」とU正する。 2、 明細曹′1iA4負第10行の「スランジスタ」
を「トランジスタ」と訂正する。 6、 同貞第18行の口」pdを、rllFdと訂正す
る。 4、 明1t−tri 7 Dim 14 h(7) 
「tALtL4m、」を、「流れず、」と訂正する。 5 四組1第8貴第5行の「形成できない」を、「形成
できる」とn正する。 以   上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 アノード、カソードの主電極端子および制御用の
    ゲート端子を備えた主電流スイッチ回路と、該圧電流ス
    イッチ回路のゲート端子に接U1−されたゲート・ター
    ンオフ用のPNPNスイッチであってPNPNスイッチ
    がそのオン状態電流をもつで上記主電流スイッチ回路を
    ゲート・ターンオフせしめかつ、ゲート・ターンオフ後
    は上記オン状態’4(流が帽扛得なりようになさnたゲ
    ート・ターンオフ用のPNPNスイッチとで構成さ扛た
    ことをlrt徴とする半導体スイッチ。 2、 上記主電流スイッチ回路はP N P Nスイッ
    チであることを特徴とする特許請求の範u11第1項記
    載の半導体スイッチ。 五 上記主電流スイッチ回路はPNPNスイッチと第1
    .第2の′電流分派用のトランジスタとから構成さ扛、
    上記PNPNスイッチの一万〇主″d(椿は土MiJ!
    1のトランジスタのエミッタにb 他方Q:) 、EV
    E ’4(極は上記第2のトランジスタのベースにそn
    ぞn接続さ扛るとともに、上記第1のトランジスタのベ
    ース、コレクタはそ扛ぞれ上記第2のトランジスタのコ
    レクタ、エミッタC二接続ざnていることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の半導体スイッチ。
JP56105512A 1981-07-08 1981-07-08 半導体スイツチ Pending JPS587923A (ja)

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JP56105512A JPS587923A (ja) 1981-07-08 1981-07-08 半導体スイツチ

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JP56105512A JPS587923A (ja) 1981-07-08 1981-07-08 半導体スイツチ

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JPS587923A true JPS587923A (ja) 1983-01-17

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JP56105512A Pending JPS587923A (ja) 1981-07-08 1981-07-08 半導体スイツチ

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JP (1) JPS587923A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6079820A (ja) * 1983-10-07 1985-05-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 集積化半導体スイツチ回路
JPS60180217A (ja) * 1984-02-27 1985-09-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体スイツチ回路
JPS61152123A (ja) * 1984-12-26 1986-07-10 Hitachi Ltd 半導体スイツチ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6079820A (ja) * 1983-10-07 1985-05-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 集積化半導体スイツチ回路
JPS60180217A (ja) * 1984-02-27 1985-09-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体スイツチ回路
JPS61152123A (ja) * 1984-12-26 1986-07-10 Hitachi Ltd 半導体スイツチ

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