JPS6119143B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6119143B2
JPS6119143B2 JP8278278A JP8278278A JPS6119143B2 JP S6119143 B2 JPS6119143 B2 JP S6119143B2 JP 8278278 A JP8278278 A JP 8278278A JP 8278278 A JP8278278 A JP 8278278A JP S6119143 B2 JPS6119143 B2 JP S6119143B2
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JP
Japan
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thyristor
gate
current
terminal
signal
Prior art date
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Expired
Application number
JP8278278A
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English (en)
Other versions
JPS5510239A (en
Inventor
Tetsuo Yoshino
Isatake Sawano
Tokuo Takeuchi
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.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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 Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP8278278A priority Critical patent/JPS5510239A/ja
Priority to US06/031,131 priority patent/US4302687A/en
Publication of JPS5510239A publication Critical patent/JPS5510239A/ja
Publication of JPS6119143B2 publication Critical patent/JPS6119143B2/ja
Granted 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
    • H03K17/725Electronic 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 AC voltages or currents

Landscapes

  • Thyristor Switches And Gates (AREA)
  • Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流信号を瞬断なく通過させることの
できる双方向半導体スイツチに関する。
従来、双方向半導体スイツチの一例として特公
昭52―50673号が提案されている。これは、カソ
ードゲート駆動サイリスタとアノードゲート駆動
サイリスタを並列接続したものを2組逆並列接続
するか、あるいは第1図に示すようにカソードゲ
ートとアノードゲートとを備えた4端子サイリス
タ3を逆並列接続して双方向スイツチを構成し、
負荷2が容量性ないし誘導性である場合信号源1
よりの交流信号を瞬断なく通過させるためにPゲ
ート(カソードゲート)駆動回路4またはNゲー
ト(アノードゲート)駆動回路5の少なくとも一
方より信号を通過させようとする間中ゲート電流
が供給されるものである。ところがこのゲート電
流は負荷、または電源を帰路として使用するため
実質的に負荷側で再現される信号にはゲート電流
分が重畳しておりこの電流をむやみに大きくする
ことは信号の忠実性を損なうことになる。そこで
この電流を必要最小限とするようにPゲート駆動
回路、Nゲート駆動回路の出力電流が決定され、
また4端子サイリスタもゲート感度の高いものを
使用する必要があつた。
一方、サイリスタは臨界電圧上昇率又はdv/dt
耐量と呼ばれる特有な性質を有している。これは
急峻な印加電圧に対するサイリスタの誤動作耐量
であり一般的にゲート感度と相反する性質を持
つ。すなわちdv/dt耐量の向上はゲート感度を犠
牲にして第2図に示した様にサイリスタ20のゲ
ート(G)21とカソード(K)22の間に抵抗
(ゲート・カソード間抵抗)RGKを挿入すること
により行なわれるのが一般的であり、その抵抗値
は1KΩ以上の値が多く用いられる。そのためこ
のときのdv/dt耐量は数10V/μSとなつていた。
しかるに第1図に示した双方向スイツチでは小さ
な抵抗値をもつゲート・カソード間抵抗RGKの挿
入によるゲート電流増分が信号路に流入し信号の
忠実性を損なうことになり望ましくない。そこで
dv/dt耐量向上のため、第3図に示すよな付加回
路30を設けてゲート感度を悪化させない程度に
ゲート・カソード間抵抗RGKの値を過渡的に小さ
くする方法が提案されている。しかし同図から明
らかなように付加回路30は過渡電圧により動作
するトランジスタ31、過渡電流増幅手段32、
ダイオード等を組合せて構成しているため回路が
複雑になる欠点があり、特に集積回路化を考えた
場合にチツプ面積、歩留りの面で不利であつた。
また、一般的にサイリスタを自己保持電流値を
上まわる保持電流で使用すると、サイリスタは正
抵抗領域で動作することになり、通過する交流信
号に対し損失を与えることになる。この損失を保
償するためには自己保持電流値以下での負性抵抗
領域ないし自己保持電流値付近での負性抵抗の影
響による低抵抗領域でサイリスタを動作させれば
よいが、ゲート・カソード間抵抗RGKが高抵抗の
場合前記負性抵抗値が大きくなり安定な電流増巾
作用が望めない。更に、従来のようにゲート・カ
ソード間抵抗RGKが高抵抗の場合、サイリスタの
自己保持電流値も小さいため低抵抗領域における
動作範囲が限定されている。しかし、ゲート・カ
ソード間抵抗RGKを小さく設定すればこの様な問
題点を解消でき、安定な負性抵抗領域が広範囲の
保持電流値に対して得られるが、反面前述の様に
ゲート感度低下による弊害を起すことになる。
本発明の目的はゲート電流の信号路への流入を
増加させることなく、dv/dt耐量の向上を図り所
望の低損失特性を得る上に瞬断を事実上おこすこ
となく交流信号を通過させうる双方向半導体スイ
ツチを提供することにある。
本発明の双方向半導体スイツチは、逆並列接続
され、第1の導電型に属する2個の等価的トラン
ジスタのベース端子を共通に接続した4端子サイ
リスタと;これらサイリスタの第2の導電型に属
する2個の等価的トランジスタのベース端子間に
並列に接続された逆直列ダイオードと;これらダ
イオードの共通端子と前記サイリスタの共通ベー
ス端子との間に接続され、前記サイリスタの電位
と入力電圧との電位差が正のとき動作する第1の
増幅手段と;該第1の増幅手段に並列に接続さ
れ、前記サイリスタの電位と入力電圧との電位差
が負のとき動作する第2の増幅手段と;前記サイ
リスタの第2の導電型に属する2個の等価的トラ
ンジスタのそれぞれのベースエミツタ接合に並列
に接続された十分低い抵抗値を有する抵抗と;を
備え、前記サイリスタの電位の正負により前記2
つの増幅手段の一方に入力を印加し、この入力を
増巾してゲート電流とすることを特徴とする。
次に本発明の実施例について図面を参照して詳
細に説明する。
第4図は本発明の第1の実施例を示す回路図で
ある。4端子サイリスタ41,43のそれぞれは
第5図に示すように第1の導電型に属するトラン
ジスタ411、第2の導電型に属するトランジス
タ412を含む等価回路で表わせる。逆並列接続
した4端子サイリスタ41,43のそれぞれ第1
の導電型に属する等価的トランジスタのベース端
子(以下アノードゲートという)は共通に接続さ
れ、また、それぞれ第2の導電型に属する2個の
等価的トランジスタのベース・エミツタ接合には
所望のdv/dt耐量を満足するに足る十分低い例え
ば500Ω以下の抵抗値を持つ等価的抵抗42,4
4が並列に接続される。さらに、逆直列に接続さ
れたダイオード45,46が前記逆並列に接続さ
れた4端子サイリスタ41,43のアノードゲー
ト間に並列に接続される。このダイオード45,
46は後述する増幅手段への電流逆流防止用のも
のである。前記共通接続されたアノードゲートと
ダイオード45,46の接続点との間には駆動回
路49,50からの電流を増巾し、かつ、相補的
入力特性をもち過渡電圧印加に強い一対の増幅手
段47,48が接続される。なお、駆動回路4
9,50はそれぞれ、前記4端子サイリスタ4
1,43が導通時に負又は正の電圧を持つ場合、
ゲート電流を供給し導通状態を維持させるための
ものである。
第6図は第4図に示した第1の実施例において
双方向スイツチの一方に交流信号源1を、他の一
方に容量性負荷2を接続し、導通状態にある時の
負荷電流波形と負荷電圧波形を示す。負荷2が容
量性であるため、負荷電流60は負荷電圧61よ
り進み位相となる。一点鎖線62は4端サイリス
タの自己保持電流値を示しており、抵抗42,4
4の値を低く選んでいるためかなり大きな値とな
つている。
今、負荷電流が第6図t0で駆動回路に入力が印
加された場合のt0からt1の間の動作を考える。こ
のとき4端子サイリスタ41は順方向阻止の状態
でそのアノード電位は正であるので駆動回路50
によりゲート電流が加えられる。この入力電流I
i1は増幅手段であるトランジスタ48によつて
増巾され4端子サイリスタ41のアノードゲート
から抵抗42の低抵抗値化によるゲート感度低下
を補うだけの電流を流出させ、ダイオード75,
4端子サイリスタ41のカソードゲートを通して
信号路に戻るとともに、該サイリスタ41を導通
させる。一旦、4端子サイリスタ41が導通する
と、トランジスタ48の両端の電圧は低下し該ト
ランジスタ48の動作は停止する。しかし、この
とき該サイリスタ41は自己保持状態にあり信号
の通過には全く支障がない。またこの期間信号源
より負荷を通らず流出してしまう電流はIi1
みであり、この電流は4端子サイリスタ41のア
ノードゲート及びカソードゲートに流れるゲート
電流の数分の1〜数10分の1であるため抵抗42
を小さくしたことによる信号の忠実性は劣化しな
い。
次に、t1からt2の間の動作を考える。このとき
4端子サイリスタ41は自己保持電流値を割つて
いるため非導通状態となり、もう一方の4端子サ
イリスタ43はまだ逆バイアスの状態にあるので
このままでは瞬断を生じてしまう。しかし本発明
によれば入力電流Ii1は、この期間もサイリス
タに加わる電位が正であるので流れ続けることに
なり、その結果信号電流はアノードゲート―トラ
ンジスタ48―ダイオード45の方向に流れ瞬断
は生じない。
さらに、期間t2からt3では流れる電流の方向が
反転するが、かわつて4端子サイリスタ43のア
ノードゲートよりトランジスタ48、ダイオード
45を通つて信号電流が流れる。そしてこの信号
電流がゲート条件を満たす値い達すると4端子サ
イリスタ43は自己保持状態となりトランジスタ
48は動作を停止する。
また、期間t3からt7ではサイリスタの電位が負
であるため駆動回路49が動作し、入力電流Ii
がトランジスタ47に流入する。この電流はt4
で4端子サイリスタ43が非導通状態となつた
時、信号電流を該サイリスタ43のアノードゲー
ト―トランジスタ47―ダイオード46の方向に
流し続けるために必要であり、これによつて瞬断
が防止される。このようにサイリスタの電位に応
じて一対の増幅手段の少なくとも一方に入力を印
加することにより瞬断なく交流信号を通すことが
可能となる。
ここで、トランジスタ47,48の電流増巾率
をKとすると4端子サイリスタ41,43のアノ
ードゲートより流出する電流Igは入力電流Iiに対
しサイリスタを導通させようとする瞬間は次式で
示す値となる。
Ig=KIi このため抵抗42,43を所望のdv/dt耐量を満
足するような小さな値に定め次に使用するトラン
ジスタの増巾率Kをゲート条件を満たすように決
定すれば実質的なゲート感度を低下させずまた信
号路に流入する電流を増加させ信号の忠実性を劣
化させることなしにdv/dt耐量を改善できる。こ
のとき抵抗は500Ω以下のものが使用でき、その
ときのdv/dt耐量として500V/μS以上の値が得ら
れる。さらに、サイリスタの電位によらずゲート
電流が流れるため容量負荷に対しても事実上瞬断
をおこすことなく交流信号の通過が可能である。
また、逆直列接続されたダイオードは、サイリス
タ41のカソードゲートとサイリスタ44のカソ
ードゲートとの間の接続され抵抗42および44
が介在していないために、サイリスタ41または
44のゲート電流はアノードゲート―トランジス
タ47または48―ダイオード45または46―
サイリスタ41または44のカソードゲートの回
路を通つて帰還される。このために小さい入力で
も駆動可能となる。
また、前述したゲート・カソード間抵抗に対す
る4端子サイリスタの自己保持電流値付近の保持
電流に微小交流信号を重畳して使用した場合、4
端子サイリスタは負性抵抗の影響を受け、自己保
持電流値以下では負性抵抗、自己保持電流値では
無損失、自己保持電流値直上ではゲート・カソー
ド間抵抗が高抵抗の場合に比し低損失で交流信号
を伝達することが可能になる。
以上の説明では容量性負荷を考えたが誘導性あ
るいは抵抗負荷においても何ら問題のないことは
明白である。
第7図は本発明はの第2の実施例を示す回路図
である。図において参照数字41ないし47は第
4図と同じものを指す。一般に集積回路において
はPNPトランジスタは横形構造となり電流増巾率
が小さいので電流増巾率の大きなNPNトランジ
スタと組み合わせることによつてトランジスタ7
0,71による増巾手段を構成し、このような欠
点を解決したものである。
第8図は本発明の第3の実施例を示す回路図で
ある参照数字41ないし46は第4図と同じもの
をさす。本発明はでは増巾手段として
MOSFET80,81を使用し、同一の効果を得てい
る。
第9図は本発明はの第4の実施例を示す回路図
である。ここでは4端子サイリスタ41,43の
カソードゲートを用いてゲートトリガを行ない、
アノード・アノードゲート間にdv/dt耐量向上用
の抵抗42,44を挿入したものでありこのよう
にしても何ら変わらない。
以上の説明では4端子サイリスタと外付け抵抗
による回路で行なつたが、エミツタシヨート構造
の三端子サイリスタで構成しても何らかわらな
い。また増巾手段として4端子サイリスタ等を使
用した場合には過渡電圧による回路全体の誤動作
を招くため本発明はの目的の1つであるdv/dt耐
量の改善が得られないことは明白である。
本発明は以上説明したような構成をとることに
より、信号を通過させようとする間中、増巾手段
の少なくとも一方を印加しつづけることにより、
dv/dt耐量の向上を図り、かつ信号路に流入する
ゲート電流の増加と実質的ゲート感度の低下を押
え、負荷インピーダンスの性質によらず事実上瞬
断なく交流信号を通過させうることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の双方向半導体スイツチの一例を
示す回路図、第2図,第3図は従来の臨界電圧上
昇率改善例を示す回路図、第4図は本発明はの第
1の実施例を示す回路図、第5図は4端子サイリ
スタの等価回路図、第6図は第4図に示した第1
の実施例における電流電圧関係を示す波形図、第
7図ないし第9図はそれぞれ第2ないし第4の実
施例を示す回路図である。 1……信号源、2……負荷、41,43……4
端子サイリスタ、42,44……抵抗、45,4
6……ダイオード、47,48……増巾手段とし
てのトランジスタ、49,50……駆動回路、4
11……第1の等価的トランジスタ、412……
第2の等価的トランジスタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 逆並列接続され、第1の導電型に属する2個
    の等価的トランジスタのベース端子を共通に接続
    した4端子サイリスタと; これらサイリスタの第2の導電型に属する2個
    の等価的トランジスタのベース端子間に並列に接
    続された逆直列ダイオードと; これらダイオードの共通端子と前記サイリスタ
    の共通ベース端子との間に接続され、前記サイリ
    スタの電位と入力電圧との電位差が正のとき動作
    する第1の増幅手段と; 該第1の増幅手段に並列に接続され、前記サイ
    リスタの電位と入力電圧との電位差が負のとき動
    作する第2の増幅手段と; 前記サイリスタの第2の導電型に属する2個の
    等価的トランジスタのそれぞれのベースエミツタ
    接合に並列に接続された十分低い抵抗値を有する
    抵抗と; を備え、前記サイリスタの電位の正負により前
    記2つの増幅手段の一方に入力を印加し、この入
    力を増巾してゲート電流とすることを特徴とする
    双方向半導体スイツチ。
JP8278278A 1978-04-20 1978-07-06 Bilateral semiconductor switch Granted JPS5510239A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8278278A JPS5510239A (en) 1978-07-06 1978-07-06 Bilateral semiconductor switch
US06/031,131 US4302687A (en) 1978-04-20 1979-04-18 Semiconductor switch

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JP8278278A JPS5510239A (en) 1978-07-06 1978-07-06 Bilateral semiconductor switch

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JPS5510239A JPS5510239A (en) 1980-01-24
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JPH01166133U (ja) * 1988-04-27 1989-11-21

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