DE10118561A1 - Halbleiterschaltelement mit einem Versorgungsausgang - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterschaltelement, welches neben einer nach Maßgabe eines Ansteuersignals leitenden oder sperrenden Laststrecke zwischen ersten und zweiten Anschlussklemmen (AK1, AK2) eine Spannungsversorgung, insbesondere eine Spannungsversorgung für eine Ansteuerschaltung zur Bereitstellung des Ansteuersignals bietet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterschaltele­ ment, insbesondere ein Halbleiterschaltelement, das zum Anle­ gen einer Versorgungsspannung an eine Gleichrichteranordnung in einem Schaltregler geeignet ist.

Aufgabe des Halbleiterschaltelements ist es dabei, die Ver­ sorgungsspannung getaktet nach Maßgabe eines Ansteuersignals an die Gleichrichteranordnung anzulegen. Das Ansteuersignal wird in hinlänglich bekannter Weise durch eine Ansteuerschal­ tung erzeugt. Solche Schaltwandler mit einem Halbleiterschal­ ter, der in Reihe zu einer Gleichrichteranordnung an eine Versorgungsspannung angeschlossen ist, ist beispielsweise in Köstner/Möschwitzer: "Elektronische Schaltungen", Hanser Ver­ lag, München, 1993, Seite 287 beschrieben.

Die bei dieser Schaltung mit Steuerschaltkreis bezeichnete Ansteuerschaltung ist zu deren Spannungsversorgung über einen Widerstand an die Versorgungsspannung angeschlossen. Dies führt insbesondere dann, wenn die Versorgungsspannung wesent­ lich größer als die zur Versorgung der Ansteuerschaltung er­ forderliche Spannung ist, zu erheblichen Verlusten, die in dem Widerstand anfallen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterschalt­ element zur Verfügung zu stellen, welches neben einem Anlegen einer Last an eine Versorgungsspannung auch eine Spannungs­ versorgung, insbesondere für eine Ansteuerschaltung des Halb­ leiterschaltelements, ermöglicht.

Dieses Ziel wird durch eine Ansteuerschaltung gemäß den Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Halbleiterschaltelement weist eine erste und zweite Anschlussklemme, einen Ansteuereingang, einen Ver­ sorgungssausgang, einen ersten Halbleiterschalter mit einer Laststrecke und einem Steueranschluss, und einen zweiten Halbleiterschalter mit einem ersten und zweiten Laststrecken­ anschluss und einem Steueranschluss auf. Die Laststrecke des ersten Halbleiterschalters ist dabei zwischen die erste und zweite Anschlussklemme geschaltet und dessen Steueranschluss ist an den Ansteuereingang angeschlossen. Der erste Laststre­ ckenanschluss des zweiten Halbleiterschalters ist an die ers­ te Anschlussklemme gekoppelt ist und der zweite Laststrecken­ anschluss des zweiten Halbleiterschalters ist an den Versor­ gungsanschluss gekoppelt. Zur Ansteuerung des zweiten Halb­ leiterschalters ist eine Ansteuerschaltung vorgesehen, die den zweiten Halbleiterschalter abhängig von einem Schaltzu­ stand des ersten Halbleiterschalters ansteuert.

Die Ansteuerschaltung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie den zweiten Halbleiterschalter leitend ansteuert, wenn der erste Halbleiterschalter sperrt und dass sie den zweiten Halbleiterschalter sperrend ansteuert, wenn der ers­ ten Halbleiterschalter leitet. Über den zweiten Halbleiter­ schalter ist somit bei gesperrtem ersten Halbleiterschalter eine Strom- bzw. Spannungsversorgung einer weiteren an den Versorgungsausgang anschließbaren Schaltungsanordnung, insbe­ sondere einer Ansteuerschaltung für den ersten Halbleiter­ schalter in dem Halbleiterschaltelement, möglich. Der erste Halbleiterschalter dient zum Schalten der an die erste und zweite Anschlussklemme angeschlossenen Last, das heißt zum Anlegen der in Reihe zu den ersten und zweiten Anschlussklem­ men geschalteten Last an eine Versorgungsspannung.

Zwischen den Versorgungsausgang und die zweite Anschlussklem­ me ist vorzugsweise eine Gleichrichteranordnung, insbesondere ein Kondensator geschaltet, die die getaktet an dem Versor­ gungsausgang anliegende Spannung, bzw. den getaktet anliegen­ den Strom filtert, um wenigstens annäherungsweise eine Gleichspannung zur Verfügung zu stellen.

Der erste Halbleiterschalter ist vorzugsweise als MOS- Feldeffekttransistor oder als IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ausgebildet, wobei der Drain-Anschluss an die erste Anschlussklemme, der Source-Anschluss an die zweite An­ schlussklemme und der Gate-Anschluss an den Ansteuereingang angeschlossen ist. Der erste Laststreckenanschluss des zwei­ ten Halbleiterschalters ist an die erste Anschlussklemme an­ geschlossen oder ist bei Verwendung eines IGBT an die erste Anschlussklemme oder an die Basis des IGBT angeschlossen. Bei Anschließen der zweiten Anschlussklemme an die Basis des IGBT ist die zweite Anschlussklemme über eine intern in dem IGBT zwischen der Basis und dem Drain-Anschluss vorhandene Diode an die erste Anschlussklemme des Halbleiterschaltelements an­ geschlossen. Der zweite Halbleiterschalter schließt somit un­ ter Umgehung des ersten Halbleiterschalters den Versorgungs­ anschluss an die erste Anschlussklemme des Halbleiterschalt­ elements an, wobei an diese erste Anschlussklemme ein Versor­ gungspotential anlegbar ist.

Die Ansteuerschaltung weist gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Reihenschaltung einer Stromquelle und ei­ nes Spannungsbegrenzungselements, insbesondere eine Zenerdio­ de, auf, wobei der Steueranschluss des zweiten Halbleiter­ schaltelements bei einer Ausführungsform an einen der Strom­ quelle und dem Spannungsbegrenzungselement gemeinsamen Knoten angeschlossen ist. Diese Reihenschaltung aus Stromquelle und Spannungsbegrenzungselement ist zwischen die erste und zweite Anschlussklemme oder bei Verwendung eines IGBT als erstem Halbleiterschaltelement zwischen die Basis des IGBT und die zweite Anschlussklemme geschaltet. Das Spannungsbegrenzungs­ element begrenzt zum einen das Potential an dem Ansteueran­ schluss des zweiten Halbleiterschalters, der insbesondere als Bipolartransistor ausgebildet ist, und sorgt zum anderen da­ für, dass das Potential an dem Ansteueranschluss des zweiten Halbleiterschalters nur dann ein zur leitenden Ansteuerung des zweiten Halbleiterschalters ausreichendes Potential an­ nimmt, wenn der erste Halbleiterschalter sperrt.

Das erfindungsgemäße Halbleiterschaltelement mit dem ersten und zweiten Halbleiterschaltelement und der Ansteuerschaltung ist im Namen einer platzsparenden Realisierung in einem Halb­ leiterkörper (Chip) integriert.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei­ spielen anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Halbleiter­ schaltelements gemäß einem ersten Ausführungsbei­ spiel,

Fig. 2 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Halbleiter­ schaltelements gemäß einem zweiten Ausführungsbei­ spiel,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper mit einer integrierten Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 1 oder 2

Fig. 4 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Halbleiter­ schaltelements mit einer als Stromquelle dienenden Transistor-Zenerdioden-Struktur,

Fig. 5 ein Schaltbild eines Anwendungsbeispiels eines er­ findungsgemäßen Halbleiterschaltelements.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung. Ohne Beschränkung der vorliegenden Erfindung wird diese nachfolgend unter Verwendung eines MOS-Transistors als erstem Halbleiterschalter und eines Bipolartransistors als zweitem Halbleiterschalter erläutert. Dabei bilden der Drain- Anschluss des MOS-Transistors und der Kollektor-Anschluss des Bipolartransistors jeweils einen ersten Laststreckenan­ schluss, die Source- bzw. Emitter-Anschlüsse bilden jeweils zweite Laststreckenanschlüsse und die Gate- bzw. Basis- Anschlüsse bilden jeweils Steueranschlüsse.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterschaltelements, das zum einen zum Schalten einer an Anschlussklemmen K1, K2 anschließbaren Last und zum anderen zum Bereitstellen eines Versorgungsstroms bzw. einer Versor­ gungsspannung an einem Versorgungsausgang K4 dient.

Neben der ersten und zweiten Anschlussklemme K1, K2 und dem Versorgungsausgang K4 weist das erfindungsgemäße Halbleiter­ schaltelement einen Ansteuereingang K3 auf, wobei nach Maßga­ be eines an den Ansteuereingang K3 anlegbaren Ansteuersignals eine leitende Verbindung zwischen der ersten und zweiten An­ schlussklemme K1, K2 hergestellt wird.

Das Halbleiterschaltelement weist einen ersten Halbleiter­ schalter T1 auf, der in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als n-leitender MOSFET ausgebildet ist, dessen Drain- Anschluss D an die erste Anschlussklemme K1 angeschlossen ist, dessen Source-Anschluss S an die zweite Anschlussklemme K2 angeschlossen ist und dessen Gate-Anschluss G an den An­ steuereingang K3 angeschlossen ist. Der MOSFET T1 dient als Schalter zum Schalten einer an die erste und zweite An­ schlussklemme K1, K2 anschließbaren Last und leitet bzw. sperrt nach Maßgabe eines an dessen Gate-Anschluss G anlie­ genden Ansteuerpotentials.

Das Halbleiterschaltelement weist einen zweiten Halbleiter­ schalter T2, der in dem Ausführungsbeispiel als Bipolartran­ sistor ausgebildet ist, auf. Der Kollektoranschluss K des Bipolartransistors T2 ist an den Drain-Anschluss D des MOSFET T1 bzw. an die erste Anschlussklemme K1 angeschlossen und dessen Emitteranschluss E ist den Versorgungsausgang K4 ange­ schlossen. Zur Ansteuerung des Bipolartransistors T2 ist eine Ansteuerschaltung AS vorgesehen, die an die Basis B des Bipo­ lartransistors T2 angeschlossen ist. Die Ansteuerschaltung AS weist eine Reihenschaltung einer Stromquelle Iq und einer Ze­ nerdiode Z1 auf, wobei diese Reihenschaltung zwischen die erste Anschlussklemme K1 und die zweite Anschlussklemme K2, bzw. parallel zu der Drain-Source-Strecke des MOSFET T1 ge­ schaltet ist. Ein der Stromquelle Iq und der Zenerdiode Z1 gemeinsamer Knoten ist an die Basis des Bipolartransistors T2 angeschlossen.

Die Funktionsweise der Schaltung gemäß Figur wird im folgen­ den kurz erläutert, wobei das Halbleiterschaltelement in Fig. 1 zu Zwecken der Erläuterung in Reihe zu einer Last RL an eine Versorgungsspannung Uv angeschlossen ist.

Sperrt der MOSFET T1 so liegt annäherungsweise die gesamte Versorgungsspannung Uv über dessen Drain-Source-Strecke D-S an. Die Zenerdiode Z1 hält das Potential an der Basis B des Bipolartransistors T2 auf einem Wert, der um den Wert der Ze­ nerspannung über dem Potential an dem Source-Anschluss S des MOSFET T1 ist. Der Bipolartransistor T2 wird dabei leitend angesteuert, wenn das Potential an dessen Emitter-Anschluss E um den Wert der Einsatzspannung des Bipolartransistors unter dem Wert des Potentials an der Basis B liegt. Die Stromquelle Iq liefert den Basisstrom für den Bipolartransistor T2.

Vorzugsweise ist ein Kondensator C zwischen den Versorgungs­ anschluss K4 und die zweite Anschlussklemme K2 geschaltet, der eine Spannungsquelle für eine nicht näher dargestellte Schaltungsanordnung, beispielsweise eine Ansteuerschaltung für den MOSFET T1 bildet. Dieser Kondensator C wird bei sper­ renden MOSFET T1 über den Bipolartransistor T2 auf einen Spannungswert aufgeladen, der in etwa dem Wert der Zenerspannung abzüglich der Einsatzspannung des Bipolartransistors T2 entspricht. Der zweite Transistor T2 sperrt, wenn der Konden­ sator C auf diese Spannung aufgeladen ist.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Halbleiterschaltelements, welches sich von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch unterscheidet, dass der ers­ te Halbleiterschalter T3 als IGBT ausgebildet ist. Fig. 2 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild dieses IGBT T3 als An­ ordnung mit einem Bipolartransistor T5 und einem MOSFET T4, wobei der Emitteranschluss E des Bipolartransistors T5 den Drain-Anschluss D des IGBT bildet und an die erste Anschluss­ klemme K1 angeschlossen. Der Kollektoranschluss K des Bipo­ lartransistors T5 bildet den Source-Anschluss S des IGBT und ist an die zweite Anschlussklemme K2 angeschlossen. Der Gate- Anschluss G des MOSFET T4 bildet den Gate-Anschluss G des IGBT und ist an den Ansteuereingang K3 angeschlossen. Zur An­ steuerung des Bipolartransistors T5 ist der Drain-Anschluss D des MOSFET T4 an die Basis B des Bipolartransistors T5 ange­ schlossen und der Source-Anschluss S des MOSFET T4 ist an den Kollektor K des Bipolartransistors T5 angeschlossen.

Der zweite Halbleiterschalter T2 ist wie bei dem Ausführungs­ beispiel gemäß der Fig. 1 als Bipolartransistor ausgebildet, wobei die Kollektor-Emitterstrecke K-E dieses Bipolartran­ sistors T2 zwischen die Basis B des IGBT und den Versorgungs­ ausgang K4 geschaltet ist. Der Kollektor K des den zweiten Halbleiterschalter T2 bildenden Bipolartransistors T2 ist ü­ ber die in dem IGBT zwischen dem Emitter-Anschluss E und dem Basisanschluss B des Bipolartransistors T5 vorhandene Diode, bzw. den dort vorhandenen pn-Übergang an die erste Anschluss­ klemme K1 angeschlossen.

Die Funktionsweise dieses in Fig. 2 dargestellten Halblei­ terschaltelements entspricht der Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten, wobei der zweite Halbleiterschalter T2 über die Ansteuerschaltung AS leitend angesteuert wird, wenn der IGBT sperrt. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei­ spiel ist zwischen dem Emitter E und der Basis B des Bipo­ lartransistors T5 ein pn-Übergang vorhanden, der bei Anlegen einer positiven Versorgungsspannung zwischen der ersten An­ schlussklemme K1 und der zweiten Anschlussklemme K2 in Fluss­ richtung gepolt ist, so dass annäherungsweise die gesamte Versorgungsspannung über der Drain-Source-Strecke des MOSFET T4 anliegt. Dieser über der Drain-Source-Strecke D-S des MOS- FET T4 anliegende Spannungsabfall sorgt über die Zenerdiode Z1 an der Basis B des Bipolartransistors T2 für ein ausrei­ chend hohes Ansteuerpotential, um den Bipolartransistor T2 solange leitend anzusteuern, solange das Potential an dem Versorgungsausgang K4 um den Betrag der Einsatzspannung des Bipolartransistors T2 unterhalb des durch die Zenerdiode Z1 bestimmten Potentials an der Basis des Bipolartransistors liegt.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper, in welchem ein Halbleiterschaltelement gemäß Fig. 2 reali­ siert ist. Der Halbleiterkörper 100 weist in dem Ausführungs­ beispiel p-dotiertes Substrat 110 mit einer darüber liegenden n-dotierten Epitaxieschicht auf. Zur Bildung des IGBT sind in der Epitaxieschicht 120 p-dotierte Wannen 32 ausgebildet, in denen wiederum stark n-dotierte Zonen 34 ausgebildet sind. Die stark n-dotierten Zonen 34 sind mit den sie umgebenden p- dotierten Zonen 32 kurgeschlossen, wie dies in Fig. 3 sche­ matisch dargestellt ist. Zur Ausbildung eines leitenden Ka­ nals zwischen den n-dotierten Zonen 34 und der n-dotierten Epitaxieschicht 120 ist auf dem Halbleiterkörper 100 eine Steuer-Elektrode 38 ausgebildet, die mittels einer Isolati­ onsschicht 36 gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert ist. Die stark n-dotierten Zonen 34 bilden die Source-Zone des IGBT, die p-dotierten Zonen 32 bilden die Body-Zone des IGBT.

Bezugnehmend auf das in Fig. 2 dargestellte Ersatzschaltbild des IGBT mit einem MOSFET T4 und einem Bipolartransistor T5 bildet die n-dotierte Epitaxieschicht 120 die Basis des Bipolartransistors T5 und den Drain-Anschluss des MOSFET T4. Das p-dotierte Substrat 110 bildet den Emitter-Anschluss des Bi­ polartransistors T5 bzw. den Drain-Anschluss des IGBT. Zu Zwecken der Veranschaulichung sind die Schaltsymbole des den IGBT bildenden MOSFET T4 und des Bipolartransistors T5 in Fig. 3 eingezeichnet.

Zur Bildung der Zenerdiode Z1 ist in die Epitaxieschicht 120 eine p-dotierte Wanne eingebracht, in welcher nebeneinander­ liegend eine stark p-dotierte Zone 16 und eine stark n- dotierte Zone 14 ausgebildet ist. Die p-dotierte Zone 16 bil­ det die Anode der Zenerdiode Z1, deren Kathode durch n- dotierte Zone 14 gebildet ist.

Zur Bildung des Bipolartransistors T2, der als zweiter Halb­ leiterschalter dient, ist in die Epitaxieschicht 120 eine p- dotierte Wanne 22 eingebracht, in welcher eine n-dotierte Zo­ ne 24 ausgebildet ist. Die n-dotierte Zone 24 bildet den E­ mitter E des Bipolartransistors, dessen Basis durch die p- dotierte Wanne 22 und dessen Kollektor durch die n-dotierte Epitaxieschicht 120 gebildet ist.

Die Stromquelle Iq ist in dem Ausführungsbeispiel durch einen selbstleitenden MOS-Transistor realisiert. Dieser MOS- Transistor ist durch eine p-dotierte Wanne 42 in der Epita­ xieschicht 120, eine in der p-dotierten Wanne 42 ausgebildete stark n-dotierte Wanne 44 und eine über dem Halbleiterkörper angeordnete, durch eine Isolationsschicht 46 gegenüber dem Halbleiterkörper isolierte Gate-Elektrode 48 ausgebildet. Die n-dotierte Zone 44 bildet das Source-Gebiet des MOS- Transistors, welches, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, mit der p-dotierten Zone 42 und dem Gate 48 kurgeschlos­ sen ist. Der leitende Kanal dieses MOS-Transistors ist in dem Ausführungsbeispiel durch eine n-leitende implantierte Zone 49 gebildet, die sich von der Source-Zone 44 durch das p- Body-Gebiet 44 bis in die Epitaxieschicht 120 erstreckt.

Zur Verschaltung des IGBT T3 der Zenerdiode Z1, des Bipo­ lartransistors T2 und der Stromquelle Iq sind Leitungsverbin­ dungen oberhalb des Halbleiterkörpers 100 vorgesehen, die in Fig. 3 lediglich schematisch dargestellt sind. So ist der Source-Anschluss S des IGBT mit der p-dotierten Anodenzone 16 der Zenerdiode Z1 verbunden und die n-dotierte Kathodenzone 14 der Zenerdiode Z1 ist an die Basis-Zone 22 des Bipo­ lartransistors T2 und an die Stromquelle Iq angeschlossen.

Ersetzt man bei der in Fig. 3 dargestellten Struktur das p- dotierte Substrat durch ein n-dotiertes Substrat, wie dies in (Fig. 3) angedeutet ist, so stellt dies die Realisierung ei­ nes Halbleiterschaltelements gemäß Fig. 1 dar.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterschalt­ elements, welches im wesentlichen dem in Fig. 1 dargestell­ ten entspricht, wobei die Stromquelle Iq bei dem Ausführungs­ beispiel gemäß Fig. 1 durch eine Anordnung mit einem MOSFET T5, einem Widerstand R2 und einer Zenerdiode Z2 realisiert ist. Die Drain-Source-Strecke D-S des MOSFET T5 ist zwischen die erste Anschlussklemme K1, bzw. den Drain-Anschluss D des MOSFET T1, und die Basis B des Bipolartransistors T2 geschal­ tet. Zwischen den Gate-Anschluss G und den Source-Anschluss S des MOSFET T5 ist eine Reihenschaltung eines ohmschen Wider­ standes R2 und einer Zenerdiode Z2 geschaltet. Der Gate- Anschluss G des MOSFET T5 ist über die Zenerdiode Z1 an die zweite Anschlussklemme K2, bzw. den Source-Anschluss S des MOSFET T1 angeschlossen. Die Basis des Bipolartransistors T2 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 nicht direkt an die Zenerdiode Z1 sondern über die Parallelschaltung aus dem Widerstand R1 und der Zenerdiode Z2 an die Zenerdiode Z1 an­ geschlossen.

Fig. 5 zeigt eine Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Halbleiterschaltelements in einem Schaltwandler. Dabei ist das erfindungsgemäße Halbleiterschaltelement 10 mittels der ersten und zweiten Anschlussklemme AK1, AK2 in Reihe zu einer Gleichrichteranordnung GLR geschaltet und an eine Versor­ gungsspannung V+ zwischen einer Klemme für Versorgungspoten­ tial und einer Klemme für Bezugspotential GND verschaltet. Die Gleichrichteranordnung GLR weist bei dem Schaltwandler einen Transformator TR mit einer Primärspule L1 und einer Se­ kundärspule L2 auf, wobei die Primärspule L1 in Reihe zu den erfindungsgemäßen Halbleiterschaltelement 10 geschaltet ist. An die Sekundärspule L2 ist ein Gleichrichter mit einer Rei­ henschaltung einer Diode D3 und eines Kondensators C3 ange­ schlossen, wobei eine Ausgangsspannung Uout zur Versorgung einer Last über dem Kondensator C3 abgreifbar ist. Zur Be­ reitstellung dieser Ausgangsspannung Uout wird die Primärspu­ le L1 getaktet über das Halbleiterschaltelement 10 an die Versorgungsspannung V+ angelegt. Zur Ansteuerung des Halblei­ terschaltelements 10 ist eine Ansteuerschaltung IC vorgese­ hen, die ein Ansteuersignal S1 an den Ansteuereingang AK3 des Halbleiterschaltelements 10, bzw. das Gate G des ersten Halb­ leiterschalters T1 liefert, wobei das Halbleiterschaltelement 10 nach Maßgabe dieses Ansteuersignals S1 zwischen der ersten und zweiten Anschlussklemme K1, K2 leitet oder sperrt.

Die Ansteuerschaltung IC weist Eingangsklemmen EK1, EK2 zum Anlegen einer Versorgungsspannung auf, wobei die erste Ein­ gangsklemme EK1 an den Versorgungsausgang K4 des Halbleiter­ schaltelements 10 angeschlossen ist und wobei die zweite Ein­ gangsklemme EK2 an die zweite Anschlussklemme AK2 bzw. an Be­ zugspotential GND angeschlossen ist. Zur Spannungsversorgung der Ansteuerschaltung IC dient die über dem Kondensator C zwischen dem Versorgungsausgang K4 und Bezugspotential GND anliegende Spannung, wobei der Kondensator 10 jeweils in den Schaltpausen des in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellten ers­ ten Halbleiterschalters T1 bzw. T2 über das zweite Halblei­ terschaltelement T2 aufgeladen wird.

Bezugszeichenliste

AS Ansteuerschaltung
B Basis
C Kondensator
C3 Kondensator
D Drain-Anschluss
D1 Diode
D3 Diode
E Emitter
EK1, EK2 Eingangsklemmen
G Gate-Anschluss
GND Bezugspotential
IC Ansteuerschaltung
Iq Stromquelle
K Kollektor
K1, K2 Anschlussklemmen
K3 Ansteuereingang
K4 Versorgungsausgang
L1 Primärspule
L2 Sekundärspule
S Source-Anschluss
S1 Ansteuersignal
TR Transformator
T1 MOSFET
T2 Bipolartransistor
T3 IGBT
T4 MOSFET
T5 pnp-Bipolartransistor
T5 selbstleitender MOSFET
Z1, Z2 Zenerdioden

10

Halbleiterschaltelement

12

,

22

,

32

,

42

p-dotierte Zonen

14

,

24

,

34

,

44

n-dotierte Zonen

16

p-dotierte Zone

36

,

46

Isolationsschichten

38

,

48

Gate-Elektroden

49

implantierte Zone

100

Halbleiterkörper

110

Substrat

120

Epitaxieschicht

Claims (12)

1. Halbleiterschaltelement, das folgende Merkmale aufweist:

• - einen erste und zweite Anschlussklemme (K1, K3), einen An­ steuereingang (K3) und einen Versorgungssausgang (K4),
• - einen ersten Halbleiterschalter (T1; T3) mit einer Last­ strecke (D-S) und einem Steueranschluss (G), wobei die Last­ strecke (D-S) zwischen die erste und zweite Anschlussklemme (K1, K2) geschaltet ist und wobei der Steueranschluss (G) an den Ansteuereingang (K3) angeschlossen ist,
• - einen zweiten Halbleiterschalter (T2) mit einem ersten und zweiten Laststreckenanschluss (K, E) und einem Steueran­ schluss (B), wobei der erste Laststreckenanschluss (K) an die erste Anschlussklemme (K1) gekoppelt ist und der zweite Last­ streckenanschluss (E) an den Versorgungsausgang (K4) gekop­ pelt ist,
• - eine an den Steueranschluss (B) des zweiten Halbleiter­ schalters (T2) angeschlossene Ansteuerschaltung (AS), die den zweiten Halbleiterschalter (T2) abhängig von einem Schaltzu­ stand des ersten Halbleiterschalters (T1; T3) ansteuert.

2. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 1, bei dem die An­ steuerschaltung (AS) den zweiten Halbleiterschalter (T2) lei­ tend ansteuert, wenn der erste Halbleiterschalter (T1; T3) sperrt, und bei dem die Ansteuerschaltung (AS) den zweiten Halbleiterschalter (T2) sperrend ansteuert, wenn der erste Halbleiterschalter (T1) leitet.

3. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste Halbleiterschalter (T1) als MOS- Feldeffekttransistor ausgebildet ist, dessen Drain-Anschluss (D) an die erste Anschlussklemme (K1), dessen Source- Anschluss (S) an die zweite Anschlussklemme (K2) und dessen Gate-Anschluss (G) an den Ansteuereingang (K3) angeschlossen ist.

4. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 3, bei dem der erste Laststreckenanschluss (K) des zweiten Halbleiterschalters (T2) an die erste Anschlussklemme (K1) angeschlossen ist.

5. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste Halbleiterschalter (T3) als IGBT ausgebildet ist, dessen Drain-Anschluss (D) an die erste Anschlussklemme (K1) angeschlossen ist, dessen Source-Anschluss (S) an die zweite Anschlussklemme (K2) angeschlossen ist und dessen Gate- Anschluss (G) an den Ansteuereingang (K3) angeschlossen ist.

6. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 5, bei dem der erste Laststreckenanschluss (K) des zweiten Halbleiterschalters (T2) an den Drain-Anschluss (D) oder an die Basis des IGBT (T2) angeschlossen ist.

7. Halbleiterschaltelement nach einem der vorangehenden An­ sprüche, bei dem der zweite Halbleiterschalter (T2) als Transistor, insbesondere als Bipolartransistor, ausgebildet ist.

8. Halbleiterschaltelement nach einem der vorangehenden An­ sprüche, bei dem die Ansteuerschaltung (AS) eine Reihenschal­ tung einer Stromquelle (Iq) und einer Spannungsbegrenzungsan­ ordnung (Z1) aufweist, wobei ein Anschluss der Reihenschal­ tung an die erste Anschlussklemme (K1) gekoppelt ist und wo­ bei ein anderer Anschluss der Reihenschaltung an die zweite Anschlussklemme (K2) gekoppelt ist und wobei ein der Strom­ quelle (Iq) und der Spannungsbegrenzungsanordnung (Z1) ge­ meinsamer Knoten an dem Steueranschluss (B) des zweiten Halb­ leiterschalters (T2) angeschlossen ist.

9. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 8, bei dem der erste Anschluss der Reihenschaltung (Iq, Z1) an den ersten Laststreckenanschluss (K) des zweiten Halbleiterschalters (T2) angeschlossen ist.

10. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Spannungsbegrenzungsanordnung eine Zenerdiode (Z1) ist.

11. Halbleiterschaltelement nach einem der vorangehenden An­ sprüche, bei dem der erste und zweite Halbleiterschalter (T1; T3, T2) und die Ansteuerschaltung in einem Halbleiterkörper integriert sind.

12. Verwendung eines Halbleiterschaltelements nach einem der vorangehenden Ansprüche in einem Schaltwandler zum Anlegen einer Versorgungsspannung an eine Gleichrichteranordnung.