DE19750168A1

DE19750168A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE19750168A1
Application number: DE19750168A
Authority: DE
Inventors: Masanori Fukunaga
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2017-11-13
Also published as: JP3607033B2; DE19750168B4; US5963066A; JPH10285949A

Description

Die Erfindung betrifft eine Technik zum Treiben einer Lei stungseinheit einer Halbleitervorrichtung und speziell eine einzelne Stromversorgungs-Treiberschaltung für eine Leistungs einheit mit Halbbrückenstruktur.

Eine einzelne Stromversorgungs-Treiberschaltung für eine Lei stungseinheit mit Halbbrückenstruktur, wie sie in Fig. 10 ge zeigt ist, umfaßt zwei Schalteinrichtungen Q2P und Q1P, die in Reihe zwischen eine Hochspannungs-Gleichstromquelle 1P und Masse GND geschaltet sind, und eine hochspannungsseitige Trei berschaltung (d. h. einen Gate-Treiber) 2P und eine niederspan nungsseitige Treiberschaltung (d. h. einen Gate-Treiber) 3P, die die Schalteinrichtungen Q2P bzw. Q1P treiben. Die Treiber schaltungen 2P und 3P schalten die beiden Schalteinrichtungen Q2P und Q1P abwechselnd ein und aus.

Bei der herkömmlichen Treiberschaltung für eine Leistungsein heit wird von einer Gleichspannungsversorgung 4P für niedere Spannungen, deren eines Ende mit dem Massepunkt GND verbunden ist, eine Spannung VCC an die niederspannungsseitige Treiber schaltung 3P geführt, während eine Spannung, die in einem Kon densator CP geladen ist, der hochspannungsseitigen Treiber schaltung 2P durch eine Diode DiP zugeführt wird. Normalerweise sind die Dioden D2P und D1P in Gegenparallelschaltung zu den Schalteinrichtungen Q2P und Q1P geschaltet, die in Reihe zwi schen die Gleichspannungsversorgung 1P für hohe Spannungen und Masse GND geschaltet sind. Die Dioden D2P und D1P dienen der Regenerierung einer induzierten elektromotorischen Kraft, wenn eine Induktivität L belastet ist.

Die Betriebsprinzipien der herkömmlichen Treiberschaltung, die in Fig. 10 gezeigt ist, sind die folgenden. (A) Wenn die Schalteinrichtung Q1P im EIN-Zustand ist, wird der Kondensator CP auf einem Weg L1 von der Gleichspannungsversorgung 4P für niedere Spannungen, in dem die Diode DiP, der Kondensator CP und die Schalteinrichtung Q1P angeordnet sind, oder auf einem Weg L2 von der Gleichspannungsversorgung 4P für niedere Span nungen, in dem die Diode DiP, der Kondensator CP und die Diode D1P angeordnet sind, aufgeladen, und (B) wenn die Schaltein richtung Q2P im EIN-Zustand ist, floatet bzw. schwebt der Kon densator CP, weil die Diode DiP in Sperrichtung vorgespannt ist, und daher wird die in dem Kondensator CP geladene Spannung der Schalteinrichtung Q2P zugeführt.

Da jedoch bei der in Fig. 10 gezeigten herkömmlichen Treiber schaltung die niederspannungsseitige Schalteinrichtung Q1P und die niederspannungsseitige Diode D1P in den Ladewegen L1 bzw. L2 sind, auf denen der Kondensator CP aufgeladen wird, ist eine Ladespannung VC zum Kondensator CP innerhalb des folgenden Be reichs:

VC = (VCC - VD - VCE) bis (VCC - VD + VF)

wobei eine EIN-Spannung zu der niederspannungsseitigen Schalt einrichtung Q1P = VCE, eine Vorwärts-Spannung zu der Diode D1P = VF, eine Vorwärts-Spannung zu der Diode DiP = VD und eine Spannung in der Gleichspannungsversorgung 4P für niedere Span nungen = VCC.

Während also die Induktivität L unter Last ist, gibt es eine Periode, in der die Schalteinrichtung Q1P im EIN-Zustand ist, so daß die Schalteinrichtung Q1P einen Strom führt (Bahn L1), und eine Periode, in der die Diode D1P einen Strom führt (Bahn L2).

Normalerweise ist die EIN-Spannung VCE für die niederspannungs seitige Schalteinrichtung Q1P ca. 2 V, und das gleiche gilt für die Vorwärts-Spannung VF zu der Diode D1P. Wenn also die Vor wärts-Spannung VD zu der Diode DiP ca. 1 V ist, ist die La despannung VC zum Kondensator CP innerhalb des folgenden Be reichs veränderlich:

VC = (VCC - 3 V) bis (VCC + 1 V).

Wenn also mit anderen Worten ein Strom in dem Weg L1 fließt, so daß der Kondensator CP geladen wird, ist die Ladespannung VC um 3 V niedriger als die Spannung VCC der Gleichspannungsversor gung für niedere Spannungen.

In einem solchen Fall ist der Bereich der Ladespannung VC von 12 V bis 16 V bei einer mit 15 V getriebenen Schalteinrichtung (wobei VCC = 15 V). Während des Treibens mit 15 V hat eine Gatespannung in der hochspannungsseitigen Schalteinrichtung Q2P im EIN-Zustand ein Minimum von 3 V. Es heißt, daß dieser Änderungswert der Ladespannung VC in einen brauchbaren Span nungsbereich fällt.

Bei einer Schalteinrichtung, die mit 5 V getrieben wird (wobei VCC = 5 V), liegt jedoch die Ladespannung VC zwischen 2 V und 6 V. Die Änderung der Ladespannung VC ist zu groß, um diese Schaltung zu verwenden. Während des Treibens mit 5 V ist also die Gatespannung in der im EIN-Zustand befindlichen hochspan nungsseitigen Schalteinrichtung Q2P 0,5 V bis 0,75 V, und somit wird, da die Ladespannung VC von der Treiberspannung von 5 V auf bis zu 3 V abfällt, obwohl die Schalteinrichtung Q1P ein schaltet, der Einschaltwiderstandswert so groß, daß an der Schalteinrichtung Q2P ein großer Verlust entsteht. Und zudem besteht die Gefahr, daß sogar das Treiben der Schalteinrichtung Q2P nicht mehr steuerbar ist.

Es gibt also ein inhärentes Problem bei der herkömmlichen ein zigen Stromversorgungs-Treiberschaltung für eine Leistungsein heit mit Halbbrückenstruktur, daß sich die Ladespannung infolge der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung, die in dem Lade weg zum Laden des Kondensators besteht, der der Treiberschal tung der hochspannungsseitigen Schaltungseinheit eine Spannung zuführt, oder infolge der Diode, die mit der niederspannungs seitigen Schalteinrichtung in Gegenparallelschaltung angeordnet ist, stark ändert. Somit kann die herkömmliche Schaltung eine Schalteinrichtung, die mit 5 V getrieben wird, nicht mit einer Spannung von 5 V von einer Gleichspannungsversorgung für nie dere Spannungen treiben. Dieses Problem muß im Hinblick auf den neuesten Trend, daß eine Spannung zum Treiben von Bauelementen immer niedriger wird, überwunden werden.

Ein erster Aspekt der Erfindung richtet sich auf eine Halblei tervorrichtung, die folgendes aufweist: eine Gleichstromver sorgung für hohe Spannungen; eine hochspannungsseitige Schalt einrichtung, deren erste Elektrode mit der Gleichstromversor gung für hohe Spannungen verbunden ist; eine hochspannungssei tige Treiberschaltung, deren erster Anschluß bzw. zweiter An schluß mit einer Steuerelektrode bzw. einer zweiten Elektrode der hochspannungsseitigen Schalteinrichtung verbunden sind; eine niederspannungsseitige Schalteinrichtung, deren erste Elektrode mit der zweiten Elektrode der hochspannungsseitigen Schalteinrichtung verbunden ist, während eine zweite Elektrode der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung mit einem Masse punkt verbunden ist; und eine niederspannungsseitige Treiber schaltung, deren erster Anschluß bzw. deren zweiter Anschluß mit einer Steuerelektrode bzw. mit der zweiten Elektrode der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung verbunden sind, wobei die hochspannungsseitige Schalteinrichtung und die nieder spannungsseitige Schalteinrichtung von der hochspannungsseiti gen Treiberschaltung und der niederspannungsseitigen Treiber schaltung so gesteuert sind, daß sie abwechselnd ein- und aus schalten. Die Halbleitervorrichtung weist ferner folgendes auf: eine Diode; eine Gleichstromversorgung für niedere Spannungen, deren eines Ende und deren anderes Ende jeweils mit einer Anode der Diode bzw. mit Masse verbunden sind; einen Kondensator, dessen erste Elektrode mit dem einen Ende der Gleichstromver sorgung für niedere Spannungen durch die Diode und außerdem mit einem dritten Anschluß der hochspannungsseitigen Treiber schaltung verbunden ist, während eine zweite Elektrode des Kon densators mit der zweiten Elektrode der hochspannungsseitigen Schalteinrichtung verbunden ist; und eine Spannungsfixierschal tung, die dem Kondensator parallelgeschaltet ist, um einen Spannungswert zwischen den beiden Enden des Kondensators wäh rend des Ladens des Kondensators zu fixieren, das erfolgt, wäh rend die hochspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Ein schaltzustand wirksam ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist die Halbleiter vorrichtung des ersten Aspekts weiterhin folgendes auf: eine niederspannungsseitige Diode, deren Kathode und Anode jeweils mit der ersten Elektrode bzw. der zweiten Elektrode der nieder spannungsseitigen Schalteinrichtung verbunden sind; und einen Widerstand, dessen eines Ende und dessen anderes Ende mit einer Kathode der Diode bzw. mit der ersten Elektrode des Kondensa tors verbunden sind, wobei die Spannungsfixierschaltung eine Z-Diode aufweist, deren Kathode mit der ersten Elektrode des Kon densators und deren Anode mit der zweiten Elektrode des Konden sators verbunden ist, und wobei eine Spannung in der Gleich stromversorgung für niedere Spannungen mit einem größeren Wert vorgegeben ist als eine Summe aus einer Z-Spannung der Z-Diode, einer Vorwärts-Spannung zu der Diode und einer Einschaltspan nung zu der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung.

Bei einem dritten Aspekt der Erfindung weist die Halbleitervor richtung nach dem zweiten Aspekt weiterhin folgendes auf: eine weitere Z-Diode, deren Kathode und Anode jeweils mit einem dritten Anschluß der niederspannungsseitigen Treiberschaltung bzw. Masse verbunden sind; und einen weiteren Widerstand, der zwischen das eine Ende der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen und die Kathode der weiteren Z-Diode geschaltet ist.

Ein Halbleiterbauelement gemäß einem vierten Aspekt der Erfin dung weist folgendes auf: eine hochspannungsseitige Schaltein richtung, deren erste Elektrode mit einer Gleichstromversorgung für hohe Spannungen verbunden ist; eine hochspannungsseitige Treiberschaltung, deren erster Anschluß und zweiter Anschluß mit einer Steuerelektrode bzw. einer zweiten Elektrode der hochspannungsseitigen Schalteinrichtung verbunden sind; eine niederspannungsseitige Schalteinrichtung, deren erste Elektrode mit der zweiten Elektrode der hochspannungsseitigen Schaltein richtung verbunden ist, wobei eine zweite Elektrode der nieder spannungsseitigen Schalteinrichtung mit Masse verbunden ist; und eine niederspannungsseitige Treiberschaltung, deren erster Anschluß und deren zweiter Anschluß mit einer Steuerelektrode bzw. mit der zweiten Elektrode der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung verbunden sind, wobei die hochspannungseitige Schalteinrichtung und die niederspannungsseitige Schalt einrichtung von der hochspannungsseitigen Treiberschaltung und der niederspannungsseitigen Treiberschaltung so gesteuert wer den, daß sie abwechselnd ein- und ausschalten. Das Halbleiter bauelement weist ferner folgendes auf: eine niederspannungs seitige Diode, deren Kathode und Anode mit der ersten Elektrode bzw. der zweiten Elektrode der niederspannungsseitigen Schalt einrichtung verbunden sind; eine Diode; eine Gleichstromver sorgung für niedere Spannungen, deren eines Ende und deren an deres Ende mit einer Anode der Diode bzw. mit Masse verbunden sind; und eine Ladespannungs-Zuführschaltung, die mit einer Ka thode der Diode, mit Masse und mit einem dritten Anschluß der hochspannungsseitigen Treiberschaltung verbunden ist, wobei die Ladespannungs-Zuführschaltung eine Ladung speichert, die von der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen, jedoch weder durch die niederspannungsseitige Schalteinrichtung noch durch die niederspannungsseitige Diode zugeführt und benötigt wird, um die hochspannungsseitige Schalteinrichtung zu treiben, wenn die niederspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Ein schaltzustand wirksam ist, wobei die Ladespannungs-Zuführschal tung eine Ladespannung, die mit der Ladung zu der hochspan nungssseitigen Treiberschaltung übereinstimmt, zuführt, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Einschalt zustand wirksam ist.

Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung weist bei der Halblei tervorrichtung nach dem vierten Aspekt, wobei die Diode als eine erste Diode angesehen wird, die Ladespannungs-Zuführschal tung folgendes auf: einen ersten Kondensator, dessen erste Elektrode mit der Kathode der ersten Diode verbunden ist; einen ersten Schalter, der zwischen einer zweiten Elektrode des er sten Kondensators und Masse angeordnet ist, wobei der erste Schalter so gesteuert wird, daß er einschaltet, wenn die nie derspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Einschaltzustand wirksam ist, und wobei der erste Schalter so gesteuert wird, daß er ausschaltet, wenn die hochspannungsseitige Schaltein richtung in einem Einschaltzustand wirksam ist; eine zweite Diode, deren Anode und Kathode mit der Kathode der ersten Diode bzw. dem dritten Anschluß der hochspannungsseitigen Trei berschaltung verbunden sind; einen zweiten Kondensator, dessen erste und dessen zweite Elektrode mit dem dritten bzw. dem zweiten Anschluß der hochspannungsseitigen Treiberschaltung verbunden sind; und einen zweiten Schalter, der zwischen der zweiten Elektrode des ersten Kondensators und der zweiten Elek trode des zweiten Kondensators angeordnet ist, wobei der zweite Schalter so gesteuert wird, daß er ausschaltet, wenn die nie derspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Einschaltzustand wirksam ist, und der zweite Schalter so gesteuert wird, daß er einschaltet, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Einschaltzustand wirksam ist.

Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung weist bei der Halb leitervorrichtung nach dem vierten Aspekt die Ladespannungs- Zuführschaltung folgendes auf: einen ersten Kondensator, dessen erste Elektrode mit der Kathode der Diode verbunden ist; einen ersten Schalter, der zwischen einer zweiten Elektrode des ersten Kondensators und Masse angeordnet ist, wobei der erste Schalter so gesteuert wird, daß er einschaltet, wenn die nie derspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Einschaltzustand wirksam ist, und der erste Schalter so gesteuert wird, daß er ausschaltet, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Einschaltzustand wirksam ist; einen zweiten Kondensator, dessen erste und zweite Elektrode mit dem dritten bzw. dem zweiten Anschluß der hochspannungsseitigen Treiberschaltung verbunden sind; einen zweiten Schalter, der zwischen der zwei ten Elektrode des ersten Kondensators und der zweiten Elektrode des zweiten Kondensators angeordnet ist, wobei der zweite Schalter so gesteuert wird, daß er ausschaltet, wenn die niederspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Ein schaltzustand wirksam ist, und der zweite Schalter so gesteuert wird, daß er einschaltet, wenn die hochspannungsseitige Schalt einrichtung in einem Einschaltzustand wirksam ist; und einen dritten Schalter, der zwischen der ersten Elektrode des ersten Kondensators und der ersten Elektrode des zweiten Kondensators angeordnet ist, wobei der dritte Schalter so gesteuert wird, daß er ausschaltet, wenn die niederspannungsseitige Schaltein richtung in einem Einschaltzustand wirksam ist, und der dritte Schalter so gesteuert wird, daß er einschaltet, wenn die hoch spannungsseitige Schalteinrichtung in einem Einschaltzustand wirksam ist.

Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung weist die Halbleiter vorrichtung nach dem fünften Aspekt weiterhin folgendes auf: eine weitere Z-Diode, deren Kathode und deren Anode jeweils mit einem dritten Anschluß der niederspannungsseitigen Treiber schaltung bzw. Masse verbunden sind; und einen weiteren Wider stand, der zwischen das eine Ende der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen und die Kathode der weiteren Z-Diode ge schaltet ist.

Alternativ weist gemäß einem achten Aspekt der Erfindung die Halbleitervorrichtung nach dem fünften Aspekt weiterhin folgen des auf: eine dritte Diode, die zwischen einen dritten Anschluß der niederspannungsseitigen Treiberschaltung und das eine Ende der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen geschaltet ist.

Alternativ ist gemäß einem neunten Aspekt der Erfindung bei der Halbleitervorrichtung nach dem fünften Aspekt ein dritter An schluß der niederspannungsseitigen Treiberschaltung direkt mit dem einen Ende der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen verbunden.

Gemäß einem zehnten Aspekt der Erfindung weist die Halbleiter vorrichtung nach dem sechsten Aspekt ferner folgendes auf: eine weitere Z-Diode, deren Kathode und deren Anode mit einem dritten Anschluß der niederspannungsseitigen Treiberschaltung bzw. Masse verbunden sind; und einen weiteren Widerstand, der zwischen das eine Ende der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen und die Kathode der weiteren Z-Diode geschaltet ist.

Alternativ weist gemäß einem elften Aspekt der Erfindung die Halbleitervorrichtung nach dem sechsten Aspekt weiterhin fol gendes auf: eine dritte Diode, die zwischen einen dritten An schluß der niederspannungsseitigen Treiberschaltung und das eine Ende der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen ge schaltet ist.

Alternativ ist nach einem zwölften Aspekt der Erfindung bei der Halbleitervorrichtung nach dem sechsten Aspekt ein dritter An schluß der niederspannungsseitigen Treiberschaltung direkt mit dem einen Ende der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen verbunden.

Alternativ ist nach einem dreizehnten Aspekt der Erfindung bei der Halbleitervorrichtung nach dem fünften Aspekt eine Spannung in der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen mit einem Wert vorgegeben, der durch Addition einer Vorwärts-Spannung zur ersten Diode und einer Treiberspannung zu der hochspannungssei tigen Schalteinrichtung gebildet ist.

Alternativ ist nach einem vierzehnten Aspekt der Erfindung bei der Halbleitervorrichtung nach dem sechsten Aspekt eine Span nung in der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen mit einem Wert vorgegeben, der durch Addition einer Vorwärts-Span nung zur ersten Diode und einer Treiberspannung zu der hoch spannungsseitigen Schalteinrichtung gebildet ist.

Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem fünfzehnten Aspekt der Erfindung weist folgendes auf: eine hochspannungsseitige Schalteinrichtung, deren erste Elektrode mit einer Gleich stromversorgung für hohe Spannungen verbunden ist; eine hoch spannungsseitige Treiberschaltung, deren erster Anschluß und deren zweiter Anschluß mit einer Steuerelektrode bzw. mit einer zweiten Elektrode der hochspannungsseitigen Schalteinrichtung verbunden sind; eine niederspannungsseitige Schalteinrichtung, deren erste Elektrode mit der zweiten Elektrode der hoch spannungsseitigen Schalteinrichtung verbunden ist, während eine zweite Elektrode der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung mit Masse verbunden ist; und eine niederspannungsseitige Treiberschaltung, deren erster Anschluß und deren zweiter Anschluß mit einer Steuerelektrode bzw. mit der zweiten Elek trode der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung verbunden sind, wobei die hochspannungsseitige Schalteinrichtung und die niederspannungsseitige Schalteinrichtung von der hochspannungs seitigen Treiberschaltung und der niederspannungsseitigen Treiberschaltung so gesteuert werden, daß sie alternierend ein- und ausschalten. Die Halbleitervorrichtung weist ferner folgendes auf: eine niederspannungsseitige Diode, deren Kathode und deren Anode mit der ersten Elektrode bzw. mit der zweiten Elektrode der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung verbun den sind; eine Diode; eine Gleichstromversorgung für niedere Spannungen, deren eines Ende und deren anderes Ende mit einer Anode der Diode bzw. mit Masse verbunden sind; und eine La despannungs-Zuführschaltung, die mit einer Kathode der Diode, mit Masse und mit einem dritten Anschluß der hochspannungssei tigen Treiberschaltung verbunden ist, wobei die Ladespannungs- Zuführschaltung eine Ladung speichert, die von der Gleich stromversorgung für niedere Spannungen, jedoch weder durch die niederspannungsseitige Schalteinrichtung noch durch die nie derspannungsseitige Diode zugeführt und benötigt wird, um die hochspannungsseitige Schalteinrichtung zu treiben, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Einschaltzu stand wirksam ist, wobei die Ladespannungs-Zuführschaltung eine Ladespannung zuführt, die mit der Ladung zu der hochspannungs seitigen Treiberschaltung in Übereinstimmung ist, wenn die nie derspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Einschaltzustand wirksam ist.

Gemäß einem sechzehnten Aspekt der Erfindung für die Halblei tervorrichtung nach dem fünfzehnten Aspekt, wobei die Diode als eine erste Diode angesehen wird, weist die Ladespannungs- Zuführeinrichtung folgendes auf: einen ersten Kondensator, dessen erste Elektrode mit der Kathode der ersten Diode verbun den ist; einen ersten Schalter, der zwischen einer zweiten Elektrode des ersten Kondensators und Masse angeordnet ist, wo bei der erste Schalter in den Einschaltzustand gesteuert wird, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Ein schaltzustand wirksam ist, und der erste Schalter in den Aus schaltzustand gesteuert wird, wenn die niederspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Einschaltzustand wirksam ist; eine zweite Diode, deren Anode und deren Kathode mit der Kathode der ersten Diode bzw. dem dritten Anschluß der hochspannungs seitigen Treiberschaltung verbunden sind; einen zweiten Konden sator, dessen erste und dessen zweite Elektrode mit dem dritten bzw. dem zweiten Anschluß der hochspannungsseitigen Trei berschaltung verbunden sind; und einen zweiten Schalter, der zwischen der zweiten Elektrode des ersten Kondensators und der zweiten Elektrode des zweiten Kondensators angeordnet ist, wo bei der zweite Schalter in den Ausschaltzustand gesteuert wird, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Einschaltzustand wirksam ist, und der zweite Schalter in einen Einschaltzustand gesteuert wird, wenn die niederspannungssei tige Schalteinrichtung in einem Einschaltzustand wirksam ist.

Gemäß einem siebzehnten Aspekt der Erfindung wird bei der Halb leitervorrichtung nach dem sechzehnten Aspekt eine Spannung in der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen mit einem Wert vorgegeben, der durch Addition einer Vorwärts-Spannung zu der ersten Diode und einer Treiberspannung zu der hochspannungssei tigen Schalteinrichtung gebildet ist.

Alternativ weist gemäß einem achtzehnten Aspekt der Erfindung die Halbleitervorrichtung nach dem sechzehnten Aspekt ferner folgendes auf: eine weitere Z-Diode, deren Kathode und deren Anode mit einem dritten Anschluß der niederspannungseitigen Treiberschaltung bzw. mit Masse verbunden sind; und einen wei teren Widerstand, der zwischen das eine Ende der Gleichstrom versorgung für niedere Spannungen und die Kathode der weiteren Z-Diode geschaltet ist.

Alternativ weist gemäß einem neunzehnten Aspekt der Erfindung die Halbleitervorrichtung nach dem sechzehnten Aspekt weiterhin folgendes auf: eine dritte Diode, die zwischen einen dritten Anschluß der niederspannungsseitigen Treiberschaltung und das eine Ende der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen ge schaltet ist.

Gemäß der Erfindung, die im ersten und zweiten Aspekt definiert ist, ist es selbst dann, wenn die niederspannungsseitige Schalteinrichtung in dem Ladeweg zum Kondensator vorhanden ist, jederzeit möglich, die Spannung über dem Kondensator auf einem Konstantwert während des Ladens festzulegen, ohne daß der Ladeweg irgendwie beeinflußt wird. Somit ist die Erfindung problemlos bei einem Fall anwendbar, bei dem die niederspan nungsseitige Schalteinrichtung der Erfindung unter Anwendung der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen zu treiben ist, wenn beispielsweise eine mit 5 V getriebene Schalteinrich tung unter Nutzung der Gleichstromversorgung für niedere Span nungen von 5 V getrieben werden soll.

Gemäß der im zweiten Aspekt definierten Erfindung ist es insbe sondere auch dann, wenn die niederspannungsseitige Diode in dem Ladeweg zum Kondensator liegt, vorteilhaft möglich, die an der niederspannungsseitigen Diode erzeugte Spannung durch den Span nungsabfall auszugleichen, der an dem Widerstand ausgebildet wird. Selbstverständlich ist es jederzeit möglich, die La despannung zum Kondensator auch während des Aufladens des Kon densators auf einem Konstantwert festzulegen, und zwar durch den Ladeweg, der die niederspannungsseitige Diode aufweist.

Da es gemäß der im vierten bis neunzehnten Aspekt definierten Erfindung möglich ist, eine Ladung zu laden, die zum Treiben der hochspannungseitigen Schalteinrichtung erforderlich ist, wobei weder die niederspannungsseitige Schalteinrichtung noch die niederspannungsseitige Diode beeinflußt werden, ist es möglich, eine Änderung der Ladespannung zu der hochspannungs seitigen Treiberschaltung auf einen viel kleineren Wert zu un terdrücken, als das bisher möglich war. Somit ist die Erfindung auch in einem Fall anwendbar, in dem eine mit 5 V getriebene Schalteinrichtung unter Anwendung der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen von 5 V getrieben werden soll.

Gemäß der im fünften, sechsten und sechzehnten Aspekt definier ten Erfindung ist es insbesondere durch die Kombination von Einschalt- und Ausschaltvorgängen der Vielzahl von Schaltern möglich, ein stabiles Laden des ersten Kondensators und damit das Laden des zweiten Kondensators ohne Störung durch die nie derspannungsseitige Schalteinrichtung oder die niederspan nungsseitige Diode zu realisieren. Da ferner die jeweiligen Schalter beispielsweise mit MOSFETs realisierbar sind, ist in diesem Fall eine weitere Integration der entsprechenden Berei che der Ladewege in dem Vorrichtung möglich.

Gemäß der insbesondere nach dem dreizehnten, dem vierzehnten und dem siebzehnten Aspekt definierten Erfindung ist es (1) in bezug auf den fünften und den sechzehnten Aspekt möglich, eine Änderung der Ladespannung zum zweiten Kondensator und der Zu führspannung zu der hochspannungsseitigen Treiberschaltung in nerhalb des Bereichs von ±1 V zu begrenzen, (2) in bezug auf den sechsten Aspekt möglich, eine Änderung der Ladespannung zu eliminieren, und (3) die Gleichstromversorgung für niedere Spannungen von 6 V oder 5 V zu nutzen, um dadurch die hochspan nungsseitige Schalteinrichtung mit 5 V zu treiben.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Technik für eine Treibereinheit einer Halbleitervorrichtung bereitzustellen, wo bei sich eine Ladespannung zu einem Kondensator auch dann nicht ändert, wenn eine niederspannungsseitige Schalteinrichtung oder eine dazu gegenparallel geschaltete Diode in einem Ladeweg für den Kondensator angeordnet ist.

Ein Vorteil der Erfindung ist dabei die Bereitstellung einer Technik für eine Treibereinheit einer Halbleitervorrichtung, wonach ein Schaltungsaufbau realisiert wird, bei dem sich weder eine niederspannungsseitige Schalteinrichtung noch eine Diode, die dazu gegenparallel geschaltet ist, in einem tatsächlichen Ladeweg für einen Kondensator befinden, so daß es möglich ist, eine mit 5 V getriebene Schalteinrichtung mit einer Gleichstromversorgung für niedere Spannungen von 5 V zu ver wenden, ohne daß eine Ladespannung zum Kondensator geändert wird.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merk male und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 ein Schaltbild, das eine einzige Stromversor gungs-Treiberschaltung für eine Leistungsein heit mit Halbbrückenstruktur gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung zeigt;

Fig. 2 ein Schaltbild, das eine einzige Stromversor gungs-Treiberschaltung für eine Leistungsein heit mit Halbbrückenstruktur gemäß einer zwei ten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 3(a) bis 3(g) Diagramme, die einen Ladezeitpunkt und einen Treiberzeitpunkt bei einer Methode (A) zeigen;

Fig. 4(a) bis 4(g) Diagramme, die einen Ladezeitpunkt und einen Treiberzeitpunkt bei einer Methode (B) zeigen;

Fig. 5 und 6 Schaltbilder, die eine Modifikation der in Fig. 2 gezeigten Schaltung zeigen;

Fig. 7 ein Schaltbild einer einzigen Stromversor gungs-Treiberschaltung für eine Leistungsein heit mit Halbbrückenstruktur gemäß einer drit ten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 und 9 Schaltbilder, die eine Modifikation der in Fig. 7 gezeigten Schaltung zeigen; und

Fig. 10 ein Schaltbild einer herkömmlichen einzigen Stromversorgungs-Treiberschaltung für eine Leistungseinheit mit Halbbrückenstruktur.

Die vorliegende Erfindung umfaßt grob zwei technische Grundkon zepte, die nachstehend erläutert werden.

(I) Erstens ist die Spannung, die dazu bestimmt ist, einen Kon densator zu laden, durch die Z-Spannung einer Z-Diode bestimmt, und eine Gleichstromversorgung für niedere Spannungen wird ver wendet, die eine Spannung hat, die wenigstens um den Wert von Änderungen höher als die Ladespannung für den Kondensator ist, die durch den Einfluß einer niederspannungsseitigen Schaltein richtung, die in einem Ladeweg des Kondensators liegt, oder einer Diode, die zu der niederspannungsseitigen Schalteinrich tung gegenparallel geschaltet ist, verursacht werden.
(II) Zweitens ist ein weiterer Schaltbereich vorgesehen, um zu verhindern, daß die niederspannungsseitige Schalteinrichtung oder die zu der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung ge genparallel geschaltete Diode in dem Ladeweg des Kondensators liegt, und wird ein/ausgeschaltet, wenn die niederspannungssei tige Schalteinrichtung und eine hochspannungsseitige Schalt einrichtung einschalten, um den Kondensator zu laden. Die An wendung dieser Konstruktion ergibt eine viel kleinere Änderung der Kondensator-Ladespannung als die herkömmliche Konstruktion, wie noch beschrieben wird.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die nach stehend beschrieben wird, basiert auf der Konstruktion (I), und eine zweite und eine dritte bevorzugte Ausführungsform basieren auf der Konstruktion (II).

Erste bevorzugte Ausführungsform

Nachstehend wird eine erste bevorzugte Ausführungsform der Er findung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung im einzelnen be schrieben.

Fig. 1 ist ein Schaltbild, das eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Diese Vorrichtung bezieht sich auf eine einzelne Stromversorgungs-Treiberschal tung für eine Leistungseinheit mit Halbbrückenstruktur.

Die Vorrichtung umfaßt zwei Schalteinrichtungen Q2 und Q1, die in dieser Reihenfolge in Serie zwischen eine Gleichstromversor gung 1 für hohe Spannungen und einen Massepunkt GND geschaltet sind, Dioden D1 und D2, die jeweils in Gegenparallelschaltung mit den beiden Schalteinrichtungen Q2 bzw. Q1 verbunden sind, und Gatetreiberschaltungen, die die zwei Schalteinrichtungen Q2 bzw. Q1 treiben, und zwar eine hochspannungsseitige Treiber schaltung 2 und eine niederspannungsseitige Treiberschaltung 3.

Die Treiberschaltungen 2 und 3 sind Gatetreiber bekannter Kon struktion, die Transistoren aufweisen. T1, T2 und T3 sind ein erster, ein zweiter und ein dritter Anschluß der Treiberschal tung 2, und T1', T2' und T3' sind ein erster, ein zweiter und ein dritter Anschluß der Treiberschaltung 3. Die ersten Enden T1 und T1' sind Ausgänge. Eine Eingangsspannung, die zum Be trieb der Schaltung 2 (3) erforderlich ist, wird zwischen dem zweiten Anschluß T2 (T2') und dem dritten Anschluß T3 (T3') angelegt.

Von den vorgenannten Elementen werden die Schalteinrichtungen Q2 bzw. Q1 als "hochspannungsseitige Schalteinrichtung" oder "zweite Schalteinrichtung" bzw. "niederspannungsseitige Schalt einrichtung" oder "erste Schalteinrichtung" bezeichnet, und die Dioden D2 bzw. D1 werden als "hochspannungsseitige Diode" bzw. "niederspannungsseitige Diode" bezeichnet. Von den Anschlüssen der Schalteinrichtungen Q1 und D2 werden diejenigen, die mit der Gleichstromversorgung 1 für hohe Spannungen verbunden sind, als "erste Elektrode" bzw. "zweite Elektrode (Kathode)" bezeichnet, und die übrigen Anschlüsse der Schalteinrichtungen Q2 und D2, d. h die Anschlüsse auf der Seite des Referenzpotentialpunkts N1 (Ausgang OUT) der Schalteinrichtung Q2 werden als "zweite Elektrode" und "erste Elektrode (Anode)" bezeichnet. Der Anschluß der Schalteinrichtung Q2, der mit dem ersten Anschluß der hochspannungsseitigen Treiberschaltung 2 verbunden ist, wird als "Steuerelektrode" bezeichnet. Nachste hend wird der Referenzpotentialknoten N1 einfach als "Knoten N1" bezeichnet.

Auch in bezug auf die Schalteineinrichtungen Q1 und D1 werden auf die gleiche Weise die Anschlüsse, die mit dem Knoten N1 verbunden sind, als "erste Elektrode" und "zweite Elektrode (Kathode)" bezeichnet, und die übrigen Anschlüsse, die mit Masse GND verbunden sind, werden als "zweite Elektrode" und "erste Elektrode (Anode)" bezeichnet. Die Schalteinrichtungen Q2 und Q1 sind beide durch Transistoren wie etwa IGBTs und Lei stungs-MOS-Transistoren gebildet.

Das Symbol PC bezeichnet einen Umgehungskondensator.

Was den Betrieb der beiden Schalteinrichtungen Q2 und Q1 be trifft, so werden in Abhängigkeit von ON/OFF-Schaltsignalen 6 und 7 (das Signal 7 hat eine zu dem Signal 6 entgegengesetzte Phase), die von einer extern angeordneten ON/OFF-Schaltsi gnalerzeugungsschaltung 5 erzeugt und abgegeben werden, die Schalteinrichtungen Q2 und Q1 alternierend ein- und ausgeschal tet.

Von einer Gleichstromversorgung 4 für niedere Spannungen, deren eines Ende mit Masse GND verbunden ist (ein Spannungswert der Gleichstromversorgung 4 für niedere Spannungen ist VCC), wird über einen ersten Widerstand R1 ein Strom zu einer ersten Z-Diode (oder einer niederspannungsseitigen Z-Diode) ZD1 zuge führt, deren erste Elektrode (Anode) mit Masse GND verbunden ist. Die niederspannungsseitige Treiberschaltung 3 erhält eine Spannung, die infolgedessen zwischen einer zweiten Elektrode (Kathode) und der ersten Elektrode der ersten Z-Diode ZD1 er zeugt wird.

Von der Gleichstromversorgung 4 für niedere Spannungen wird ferner durch eine Diode Di und einen zweiten Widerstand R2 ein Strom einer zweiten Z-Diode (oder einer hochspannungsseitigen 1Z-Diode) ZD2 zugeführt, deren erste Elektrode (Anode) mit dem Knoten N1 eines Referenzpotentials (eines Ausgangs) der hoch spannungsseitigen Schalteinrichtung Q2 verbunden ist. Eine re sultierende Spannung, die zwischen einer zweiten Elektrode (Kathode) und der ersten Elektrode der zweiten Z-Diode ZD2 er zeugt wird, wird der hochspannungsseitigen Treiberschaltung 2 durch einen Kondensator C zugeführt, der zu der zweiten Z-Diode ZD2 parallelgeschaltet ist. Der Anschluß der hochspannungssei tigen Treiberschaltung 2, der mit einem ersten Ende (oder einer ersten Elektrode) des Kondensators C verbunden ist, wird als "dritter Anschluß" bezeichnet, während der Anschluß der hoch spannungsseitigen Treiberschaltung 2, der mit einem zweiten Ende (oder einer zweiten Elektrode) des Kondensators C verbun den ist, als "zweiter Anschluß" bezeichnet wird.

Z-Dioden mit einer Z-Spannung von ca. 5 V werden als die erste und die zweite Z-Diode ZD1 und ZD2 verwendet.

Als nächstes wird der Betrieb dieser Einrichtung zum Treiben einer Leistungseinheit beschrieben.

(A) Wenn die niederspannungsseitige Schalteinrichtung Q1 im Einschaltzustand ist:
Von der Gleichstromversorgung 4 für niedere Spannungen wird durch die Diode Di und den zweiten Widerstand R2 auf einem La deweg (L1 oder L2), in dem der Kondensator C und die nieder spannungsseitige Schalteinrichtung Q1 oder die niederspannungs seitige Diode D1 liegt, der Kondensator C mit einer Ladung auf geladen, die durch die Spannung bestimmt ist, die zwischen den beiden Elektroden der zweiten Z-Diode ZD2 erzeugt wird (d. h. Z-Spannung). Dadurch wird gewährleistet, daß die Ladespannung zum Kondensator C konstant ist.

(B) Wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung Q2 im Ein schaltzustand ist:
Die Diode Di ist in Sperrichtung vorgespannt, und daher wird der Kondensator C schwebend, so daß eine in dem Kondensator ge speicherte Spannung dem dritten Anschluß der hochspannungssei tigen Treiberschaltung 2 zugeführt wird.

Wenn nun die Spannung VCC so vorgegeben ist, daß sie der fol genden Gleichung (1) genügt:

VCC < VZD2 + VD + VCE (1)

wobei VCE = eine Einschaltspannung zu der niederspannungssei tigen Schalteinrichtung Q1, VF = eine Vorwärts-Spannung zu der Diode D1, VD = eine Vorwärts-Spannung zu der Diode Di, VZD2 = die Z-Spannung in der zweiten Z-Diode ZD2 und VCC = die Span nung in der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen, dann kann die Ladespannung VC zum Kondensator C immer so vorgegeben werden, daß sie VC = VZD2 erfüllt. Nachdem der Kondensator C aufgeladen ist, ist es dadurch, daß der zweite Widerstand R2 keinen Strom führt, möglich, eine Spannung am zweiten Wider stand R2 als 0 V zu behandeln, wenn man einen Ausschaltpunkt zur Vorgabe der Spannung VCC in Betracht zieht. Der zweite Wi derstand R2 selbst ist ein Element, das eine Spannung aus gleicht, die dann resultiert, wenn in der niederspannungsseiti gen Diode D1 ein Strom fließt.

Da andererseits die Spannung VCC der Gleichstromversorgung 4 für niedere Spannungen mit einem höheren Wert als eine reguläre Treiberspannung (5 V) für eine Leistungseinheit vorgegeben ist, wird die Spannung zu der niederspannungsseitigen Treiber schaltung 3 von der Gleichstromversorgung 4 für niedere Span nungen durch den ersten Widerstand R1 auf einem Weg zugeführt, der die erste Z-Diode ZD1 erreicht. Die auf diese Weise zuge führte Spannung ist eine Z-Spannung VZD1 der ersten Z-Diode ZD1. Somit gilt VZD1 = VZD2. Kurz gesagt wird der Wert des ersten Widerstands R1 auf solche Weise vorgegeben, daß die oben beschriebene zugeführte Spannung gleich der Z-Spannung VZD1 (= VZD2) ist.

Auf die oben beschriebene Weise ist es möglich sicherzustellen, daß eine Änderung der Ladespannung zum Kondensator C als Trei berstromversorgung der Hochspannungsseite 0 V ist, so daß eine mit 5 V getriebene Schalteinrichtung stabil getrieben werden kann.

Die zweite Z-Diode ZD2 kann als eine Schaltung zum Fixieren einer Spannung zwischen den beiden Enden des Kondensators C während der Aufladung des Kondensators C durch Einschalten der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung Q1 angesehen werden.

Daraus folgt, daß die in Fig. 1 gezeigte zweite Z-Diode ZD2 als ein Spannungsfixierbereich zum Festlegen eines Spannungswerts zwischen den beiden Enden des Kondensators C während der Aufla dung des Kondensators C anzusehen ist, wobei diese Aufladung erfolgt, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung Q2 im Einschaltzustand ist.

Zweite bevorzugte Ausführungsform

Fig. 2 ist ein Schaltbild, das eine Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung unterscheidet sich von der jenigen von Fig. 1 dadurch, daß anstelle der zweiten Z-Diode ZD2 und des zweiten Widerstands R2 ein erster Kondensator C1, eine erste und eine zweite Diode Di1 und Di2 sowie ein erster und ein zweiter Schalter SW1 und SW2 angeordnet sind. Die üb rige Konstruktion bleibt dieselbe. Dabei ist ein erstes Ende (oder eine erste Elektrode) des ersten Kondensators C1 mit einem Verbindungspunkt zwischen einer Kathode der ersten Diode Di1 und einer Anode der zweiten Diode Di2 verbunden, ein erstes Ende des zweiten Schalters SW2 ist mit einem Verbindungspunkt N3 zwischen dem zweiten Ende (oder der zweiten Elektrode) des ersten Kondensators C1 und einem ersten Ende des ersten Schal ters SW1 verbunden, und zweite Enden des ersten bzw. des zwei ten Schalters SW1 und SW2 sind mit Masse GND bzw. dem Knoten N1 verbunden. Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist der Kondensator C als ein zweiter Kondensator C bezeichnet.

Fig. 2 zeigt nicht die externe ON/OFF-Schaltsignalerzeugungs schaltung 5, die in Fig. 1 gezeigt ist. Die Zeichnungen, die eine weitere bevorzugte Ausführungsform betreffen, die noch be schrieben wird, enthalten ebenfalls die Schaltung 5 nicht.

Die Spannung, die an die erste Z-Diode ZD1 von der Gleichstrom versorgung 4 für niedrige Spannungen (deren Spannung VCC ist) durch den ersten Widerstand R1 angelegt wird, d. h. die Z-Span nung VZD1 (= 5 V), wird der niederspannungsseitigen Treiber schaltung 3 zugeführt.

Andererseits wird der erste Schalter SW1 eingeschaltet und der zweite Schalter SW2 ausgeschaltet, so daß der erste Kondensator C1 von der Gleichstromversorgung 4 für niedrige Spannungen durch die erste Diode Di1 auf einem Ladeweg L3 aufgeladen wird, der von dem ersten Kondensator C1 und dem ersten Schalter SW1 gebildet ist. Danach wird der zweite Schalter SW2 eingeschal tet, und der erste Schalter SW1 wird ausgeschaltet, so daß der zweite Kondensator von dem ersten Kondensator C1 durch die zweite Diode Di2 geladen wird, und die Ladespannung zum zwei ten Kondensator C wird der hochspannungsseitigen Treiberschal tung 2 zugeführt.

Nachstehend wird der Betrieb beschrieben. Da es zwei Methoden als Verfahren zum Treiben der in Fig. 2 gezeigten Schaltung gibt, werden diese als die Methoden (A) und (B) in dieser Rei henfolge beschrieben.

Erste Methode A

Die Vorwärts-Spannungen zu der ersten Diode Di1 und der zweiten Diode Di2 werden beide als VD bezeichnet, und die Einschalt spannungen zum ersten Schalter SW1 und zum zweiten Schalter SW2 sind beide 0 V.

(a) Wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung Q2 im Ein schaltzustand ist:
Der erste Schalter SW1 wird eingeschaltet, und der zweite Schalter SW2 wird unter Steuerung ausgeschaltet. In dieser Phase wird von der Gleichstromversorgung 4 für niedrige Span nungen auf dem Ladeweg L3, der durch die Elemente Di1, C1 und SW1 gebildet ist, der erste Kondensator C1 aufgeladen. Die La despannung VC1 wird wie folgt geschrieben:

VC1 = VCC - VD.

Da der zweite Schalter SW2 im Ausschaltzustand ist, sind die niederspannungsseitige Schalteinrichtung Q1 und die nieder spannungsseitige Diode D1 nicht im Ladeweg L3. Das verhindert eine Änderung der Ladespannung VC1, die bei der herkömmlichen Technik auftritt.

Zu diesem Zeitpunkt aktiviert die Spannung VC, die bereits in dem zweiten Kondensator C als Ergebnis der Operation (b), die der Operation (a) vorausgeht, die hochspannungsseitige Treiber schaltung 2. Da die hochspannungsseitige Schalteinrichtung Q2 im Einschaltzustand ist, ist nun das Potential eines Ausgangs werts von der hochspannungsseitigen Schalteinrichtung Q2 hoch, so daß der zweite Kondensator C floatet.

(b) Wenn die niederspannungsseitige Schalteinrichtung Q1 an schließend im Einschaltzustand ist:
Der erste Schalter SW1 wird ausgeschaltet, und der zweite Schalter SW2 wird unter Steuerung eingeschaltet. Ladewege, die in diesem Stadium resultieren, sind: (1) ein erster Weg L4, der von der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung Q1 oder der niederspannungsseitigen Diode D1 durch die Elemente Di1, Di2 und C gebildet ist und sich von der Gleichstromversorgung 4 für niedere Spannungen erstreckt; und (2) ein zweiter Weg L5, der den zweiten Schalter SW2 von dem ersten Kondensator C1 durch die Elemente Di2 und C erreicht. Bei VCE = VF = 2 V und VD = 1 V werden die Ladespannungen VC auf den jeweiligen Wegen L4 und L5 wie folgt geschrieben.

Erstens auf dem ersten Weg L4:

VC = (VCC - 2 × VD - VCE) bis (VCC - 2 × VD + VE) = (VCC - 4 V) bis VCC.

Andererseits auf dem zweiten Weg L5:

VC = VC1 - VD = VCC - 2 × VD = VDD - 2 V.

Wenn die Ladespannung VC auf dem ersten Weg L4 wie folgt ge schrieben wird:

VC = (VCC - 4 V) bis (VCC - 2 V)

dann ist der Spannungspegel der Ladespannung VC auf dem zweiten Weg L5 höher als der der Ladespannung VC auf dem ersten Weg L4, und daher ist die erste Diode Di1 in Sperrichtung vorgespannt, so daß der zweite Kondensator C von dem ersten Kondensator C1 nur auf dem zweiten Weg L5 aufgeladen wird. Infolgedessen wird die Ladespannung VC zu:

VC = (VCC - 2 V) bis VCC (2).

Daraus folgt, daß unter Berücksichtigung der obigen Gleichung (2) nur dann, wenn die Spannung VCC in der Gleichstromversor gung 4 für niedrige Spannungen um gerade 1 V höher als ein op timaler Wert (z. B. 5 V) der Treiberspannung zu der hochspan nungsseitigen Schalteinrichtung Q2 vorgegeben ist (d. h., nur wenn VCC in Gleichung (2) durch VCC + 1 V ersetzt wird), eine Änderung der Spannung, die der hochspannungsseitigen Treiber schaltung 2 zugeführt wird, auf ±1 V begrenzt ist. Wenn mit an deren Worten die Spannung VCC in der Gleichstromversorgung 4 für niedrige Spannungen mit einem Wert vorgegeben wird, der gleich einer Summe aus der Treiberspannung (5 V) zur hochspan nungsseitigen Schalteinrichtung Q2 und der Vorwärts-Spannung VD der ersten Diode Di1 ist, eine Änderung der zugeführten Span nung auf ±1 V unterdrückt wird.

Eine Spannung wird der niederspannungsseitigen Treiberschaltung 3 auf einem Weg zugeführt, der die Z-Diode ZD1 von der Gleich stromversorgung 4 für niedrige Spannungen durch den Widerstand R1 erreicht. In diesem Fall hat die Z-Diode ZD1, die verwendet wird, eine Z-Spannung, die gleich einem optimalen Wert (5 V) der Treiberspannung zu der niederspannungsseitigen Schaltein richtung Q1 ist. Wenn daher VCC = 5 V + 1 V gewährleistet ist, wird der Wert des Widerstands R1 so vorgegeben, daß die Span nung am Widerstand R1 gleich 1 V ist.

Die Fig. 3(a) bis 3(g) zeigen Zeitdiagramme der oben beschrie benen Vorgänge.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich: Ein Bereich 10, der aus den Elementen C, C1, SW1, Di2 und SW2 gebildet ist, ist mit der Ka thode der Diode Di1, Masse GND und dem dritten Anschluß der hochspannungsseitigen Treiberschaltung 2 verbunden, so daß eine Ladespannungs-Zuführschaltung gebildet ist. Wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung Q2 im Einschaltzustand wirksam ist, speichert die Ladespannungs-Zuführschaltung eine Ladung, die von der Gleichstromversorgung 4 für niedrige Span nungen 4, jedoch weder durch die niederspannungsseitige Schalteinrichtung Q1 noch die niederspannungsseitige Diode D1 zugeführt wird und die zum Treiben der hochspannungsseitigen Schalteinrichtung Q2 benötigt wird. Wenn die niederspannungs seitige Schalteinrichtung Q1 im Einschaltzustand wirksam ist, liefert die Ladespannungs-Zuführschaltung eine Ladespannung, die mit der oben beschriebenen Ladung übereinstimmt, zu der hochspannungsseitigen Treiberschaltung 2.

(B) Als nächstes wird der Betrieb der Schaltung von Fig. 2 in der zweiten Treibermethode beschrieben. Die Vorwärts-Spannungen zu der ersten Diode Di1 und der zweiten Diode Di2 werden beide als VD bezeichnet, und die Einschaltspannungen des ersten Schalters SW1 und des zweiten Schalters SW2 sind beide 0 V.

(a) Wenn die niederspannungsseitige Schalteinrichtung Q1 im Einschaltzustand ist:
Der erste Schalter SW1 wird eingeschaltet, und der zweite Schalter SW wird unter Steuerung ausgeschaltet. In diesem Sta dium wird von der Gleichstromversorgung 4 für niedrige Spannun gen auf dem Ladeweg L3, der durch die Elemente Di1, C1 und SW1 gebildet ist, der erste Kondensator C1 aufgeladen. Die La despannung VC1 wird wie folgt geschrieben:

VC1 = VCC - VD.

Da der zweite Schalter SW2 ausgeschaltet ist, ist weder die niederspannungsseitige Schalteinrichtung Q1 noch die nieder spannungsseitige Diode D1 in dem Ladeweg L3. Das beseitigt eine Ursache für eine Änderung der Ladespannung VC1.

Zu diesem Zeitpunkt aktiviert die Spannung VC, die bereits in dem zweiten Kondensator C geladen worden ist, die hochspan nungsseitige Treiberschaltung 2. Da jedoch die hochspannungs seitige Schalteinrichtung Q2 ausgeschaltet ist, ist ein Poten tial am Ausgang OUT (d. h. am Knoten N1) niedrig, so daß der zweite Kondensator C auf einem Weg, der die niederspannungs seitige Schalteinrichtung Q1 oder die niederspannungsseitige Diode D1 durch die Elemente Di1, Di2 und C erreicht, von der Gleichstromversorgung 4 für niedrige Spannungen geladen wird. Die Ladespannung VC wird wie folgt geschrieben:

VC = (VCC - 2 × VD - VDE) bis (VCC - 2 × VD + VE) = (VCC - 4 V) bis VCC

mit VCE = VF = 2 V und VD = 1 V. Die Ladespannung VC ist zwar im schlechtesten Fall (VCC - 4 V), aber da der zweite Schalter SW2 ausgeschaltet ist, gibt es überhaupt kein Problem.

(b) Wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung Q2 im Ein schaltzustand ist:
Der erste Schalter SW1 wird ausgeschaltet und der zweite Schal ter SW2 wird unter Steuerung eingeschaltet. In diesem Stadium wird der zweite Kondensator C auf einem Weg, der die Elemente Di2, C und SW2 erreicht, von dem ersten Kondensator C1 aufgela den. Bei VD = 1 V wird die Ladespannung VC wie folgt geschrie ben:

VC = VC1 - VD = VCC - 2 × VD = VCC - 2 V.

Nur wenn die Ladespannung VC zum zweiten Kondensator C in dem folgenden Bereich ist:

VC = (VCC - 4 V) bis (VCC - 2 V)

wird die erste Diode Di1 in Sperrichtung vorgespannt, so daß der zweite Kondensator C nur auf dem zweiten Weg L5, der die Elemente Di2, C und SW2 erreicht, von dem ersten Kondensator C1 aufgeladen wird. Infolgedessen wird die Ladespannung VC zu:

VC = (VCC - 2 V) bis VCC (3).

Unter Berücksichtigung der obigen Gleichung (3) wird nur dann, wenn die Spannung VCC in der Gleichstromversorgung 4 für nied rige Spannungen gerade 1 V höher als der Optimalwert (beispielsweise 5 V) der Treiberspannung zu der hochspannungs seitigen Schalteinrichtung Q2 vorgegeben ist (d. h. die Vor wärts-Spannung VD zu der ersten Diode Di1 höher als der Opti malwert vorgegeben wird), eine Änderung der Spannung, die der hochspannungsseitigen Treiberschaltung 2 zugeführt wird, auf ±1 V begrenzt.

Die Fig. 4(a) bis 4(g) zeigen Zeitdiagramme der oben beschrie benen Vorgänge.

Daraus folgt nunmehr, daß bei der Methode (B) der Bereich 10, der von den Elemente C, C1, SW1, Di2 und SW2 gemäß Fig. 2 ge bildet ist, mit der Kathode der Diode Di1, dem Massepunkt GND und dem dritten Anschluß der hochspannungsseitigen Treiber schaltung 2 verbunden ist, so daß dadurch eine Ladespannungs- Zuführschaltung gebildet ist. Wenn die niederspannungsseitige Schalteinrichtung Q1 im Einschaltzustand wirksam ist, speichert die Ladespannungs-Zuführschaltung eine Ladung, die von der Gleichstromversorgung 4 für niedrige Spannungen, aber weder durch die niederspannungseitige Schalteinrichtung Q1 noch durch die niederspannungseitige Diode D1 zugeführt wird und die benö tigt wird, um die hochspannungsseitige Schalteinrichtung Q2 zu treiben. Wenn die hochspannungseitige Schalteinrichtung Q2 im Einschaltzustand wirksam ist, liefert die Ladespannungs-Zuführ schaltung eine Ladespannung, die der oben beschriebenen Ladung entspricht, an die hochspannungsseitige Treiberschaltung 2.

Wie bereits beschrieben wurde, wird bei der obigen Methode (A) der erste Kondensator C1 aufgeladen, während die hochspannungs seitige Schalteinrichtung Q2 zum Betrieb im Einschaltzustand gesteuert wird, wogegen der zweite Kondensator C während des Einschaltbetriebs der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung Q1 aufgeladen wird, und die resultierenden Ladespannungen werden der Schaltung 2 während der nächsten Einschaltzustand- Betriebe der hochspannungsseitigen Schalteinrichtung Q2 zuge führt. Andererseits wird bei der Methode (B) der erste Konden sator C1 aufgeladen, wenn die niederspannungsseitige Schalt einrichtung Q1 im Einschaltzustand ist, während der zweite Kondensator C aufgeladen wird, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung Q2 im Einschaltzustand ist, so daß die re sultierenden Ladespannungen der hochspannungsseitigen Treiber schaltung 2 zugeführt werden.

Die Tabellen 1 und 2 fassen die Schaltsteuerung der Methoden (A) und (B) zusammen.

Tabelle 1

Da es nur erforderlich ist, so zu steuern, daß der erste Schal ter SW1 ein- oder ausgeschaltet wird, wenn die niederspannungs seitige Schalteinrichtung Q1 im Einschaltzustand ist, ist es möglich, ein Signal, das von der niederspannungsseitigen Trei berschaltung 3 abgegeben wird, um die niederspannungsseitige Schalteinrichtung Q1 einzuschalten, als ein Steuersignal zu dem ersten Schalter SW1 zu nutzen. Das ermöglicht eine leichte Steuerung des Ein- und Ausschaltens des ersten Schalters SW1. In bezug auf den zweiten Schalter SW2 ist es möglich, da es nur erforderlich ist, so zu steuern, daß der zweite Schalter SW2 ein- oder ausgeschaltet wird, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung Q2 im Einschaltzustand ist, ein Signal, das von der hochspannungsseitigen Treiberschaltung 2 zum Einschal ten der hochspannungsseitigen Schalteinrichtung Q2 abgegeben wird, als ein Steuersignal zum zweiten Schalter SW2 zu nutzen, was es leicht macht, das Ein- und Ausschalten des zweiten Schalters SW2 zu steuern.

Modifikation der zweiten bevorzugten Ausführungsform

(1) Fig. 5 zeigt eine Modifikation der in Fig. 2 gezeigten Schaltung und entspricht Fig. 2 in modifizierter Form, wobei der erste Widerstand R1 entfernt ist. Das heißt, in der in Fig. 5 gezeigten Schaltung liefert die Gleichstromversorgung 4 für niedrige Spannungen eine Spannung direkt zu der niederspan nungsseitigen Treiberschaltung 3. Die Zuführspannung VCC von der Stromversorgung 4 ist zwar gerade um 1 V höher als die Op timalwerte (beispielsweise 5 V) der Treiberspannungen zu der hochspannungsseitigen Schalteinrichtung Q2 und der niederspan nungsseitigen Schalteinrichtung Q1, aber dies führt zu keinem echten Problem. Diese Konstruktion vereinfacht den Schaltungs aufbau.

(2) Eine in Fig. 6 gezeigte Schaltung ist ebenfalls eine Modi fikation der in Fig. 2 gezeigten Schaltung und entspricht Fig. 2 mit der Modifikation, daß der erste Widerstand R1 durch eine dritte Diode Di3 ersetzt ist. Insbesondere wird die Zuführspan nung VCC der niederspannungsseitigen Treiberschaltung 3 durch die dritte Diode Di3 zugeführt. Wenn eine Vorwärts-Spannung VD zu der dritten Diode Di3 1 V ist, dann wird die Zuführspannung, die der niederspannungsseitigen Treiberschaltung 3 zugeführt wird, wie folgt geschrieben:

VCC - VD = VCC - 1 V.

Es ist somit möglich, die Optimalwerte (beispielsweise 5 V) der Treiberspannungen zu der hochspannungsseitigen Schalteinrich tung Q2 und zu der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung Q1 an die niederspannungsseitige Treiberschaltung 3 zuzuführen.

(3) In den jeweiligen Schaltungen gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform, die in den Fig. 2, 5 und 6 gezeigt sind, kön nen der erste Schalter SW1 und der zweite Schalter SW2 unter Verwendung von MOSFETs gebildet sein. In einem solchen Fall kann in den Fig. 2, 5 und 6 ein Bereich, der von dem ersten und dem zweiten Kondensator C1 und C, der Gleichstromversorgung 4 für niedere Spannungen und der Last L verschieden ist, zu einer monolithischen IC gemacht werden. Wenn dabei der erste Schalter SW1 und der zweite Schalter SW2 von N-Kanal-MOSFETs gebildet sind, ist es möglich, die N-Kanal-MOSFETs des ersten Schalters SW1 mit der Spannung VCC der Gleichstromversorgung 4 für niedere Spannungen oder mit der Zuführspannung zu der nieder spannungsseitigen Treiberschaltung 3 zu treiben und die N-Kanal-MOSFETs des zweiten Schalters SW2 mit der Zuführspannung zum zweiten Kondensator C zu treiben.

Dritte bevorzugte Ausführungsform

Fig. 7 ist ein Schaltbild, das eine Struktur eines Halbleiter bauelements gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Das in Fig. 7 gezeigte Bauelement unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten Bauelement dadurch, daß die zweite Diode Di2 von Fig. 2 durch einen dritten Schalter SW3 ersetzt ist. Im übrigen ist der Aufbau der gleiche wie in Fig. 2.

Die Betriebsweise dieser Schaltung wird nunmehr beschrieben. Die Vorwärts-Spannung zu der ersten Diode Di1 wird mit VD be zeichnet, und die ON-Spannungen zum ersten Schalter SW1, dem zweiten Schalter SW2 und dem dritten Schalter SW3 sind sämtlich 0 V.

(a) Wenn die niederspannungsseitige Schalteinrichtung Q1 im Einschaltzustand ist:
Der erste Schalter SW1 wird eingeschaltet, und der zweite und der dritte Schalter SW2 und SW3 werden unter Steuerung ausge schaltet. In diesem Stadium wird auf einem Ladeweg L6, der die Elemente Di1, C1 und SW1 von der Gleichstromversorgung 4 für niedere Spannungen erreicht, der erste Kondensator C1 aufgela den. Die Ladespannung VC1 wird wie folgt geschrieben:

VC1 = VCC - VD = VCC - 1 V.

Da der zweite und der dritte Schalter SW2 und SW3 ausgeschaltet sind, ist weder die niederspannungsseitige Schalteinrichtung Q1 noch die niederspannungsseitige Diode D1 in dem Ladeweg L6.

Zu diesem Zeitpunkt aktiviert die Spannung VC, die in dem zwei ten Kondensator C bereits geladen ist, die hochspannungsseitige Treiberschaltung 2. Da jedoch die hochspannungsseitige Schalt einrichtung Q2 AUS ist, bleibt die hochspannungsseitige Schalteinrichtung Q2 AUS, da sowohl der zweite als auch der dritte Schalter SW2 und SW3 AUS sind, obwohl ein Potential am Ausgang OUT (d. h. am Knoten N1) niedrig ist.

(b) Wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung Q2 im Ein schaltzustand ist:
Der erste Schalter SW1 wird ausgeschaltet, und der zweite und der dritte Schalter SW2 und SW3 werden unter Steuerung einge schaltet. Die Diode Di1 wird in Sperrichtung vorgespannt. In diesem Stadium gibt es als einen Ladeweg nur einen Weg L7, der vom ersten Kondensator C1 die Elemente SW3, C und SW2 erreicht. Die Ladespannung VC wird wie folgt geschrieben:

VC = VC1 = VCC - VD = VCC - 1 V

mit VD = 1 V. Die Ladespannung VC für den zweiten Kondensator C macht also die hochspannungsseitige Treiberschaltung 2 wirksam, so daß die hochspannungsseitige Schalteinrichtung Q2 einge schaltet wird.

Nur dann, wenn die Spannung VCC in der Gleichstromversorgung 4 für niedere Spannungen um gerade 1 V höher als die Optimalwerte (beispielsweise 5 V) der Treiberspannungen zu den hochspan nungsseitigen und niederspannungsseitigen Schalteinrichtungen Q2 und Q1 vorgegeben ist (d. h. die Vorwärts-Spannung VD zu der Diode Di1 höher als die Optimalwerte ist), wird die Zuführspan nung zu der hochspannungsseitigen Treiberschaltung 2 auf die Optimalwerte fixiert. In diesem Sinn kann ein Bereich, der aus den Elementen C1, SW1, SW2 und SW3 besteht, als ein funktionel ler Teil angesehen werden, der den zweiten Kondensator C auf lädt, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung Q2 EIN ist, während gleichzeitig die Zuführspannung zum zweiten Kon densator C auf einem Konstantwert festgelegt wird.

Außerdem kann aufgrund des Vorstehenden gesagt werden: Ein Be reich 20, der von den Elementen C, C1, SW1, SW2 und SW3 gebil det ist, ist mit der Kathode der Diode Di1, dem Massepunkt GND und dem dritten Anschluß der hochspannungsseitigen Treiber schaltung 2 verbunden, wodurch eine Ladespannungs-Zuführschal tung gebildet ist. Wenn die niederspannungsseitige Schaltein richtung Q1 im EIN-Zustand wirksam ist, speichert die Ladespan nungs-Zuführschaltung eine Ladung, die von der Gleichstromver sorgung 4 für niedere Spannungen, aber weder durch die nieder spannungsseitige Schalteinrichtung Q1 noch durch die nieder spannungsseitige Diode D1 zugeführt wird und die benötigt wird, um die hochspannungseitige Schalteinrichtung Q2 zu treiben. Wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung Q2 im EIN-Zustand wirksam ist, führt die Ladespannungs-Zuführschaltung eine Ladespannung, die der oben beschriebenen Ladung ent spricht, an die hochspannungsseitige Treiberschaltung 2.

Diese Schaltmethode ist in der Tabelle 3 zusammengefaßt.

Tabelle 3

Eine Spannung wird der niederspannungsseitigen Treiberschaltung 3 auf einem Weg zugeführt, der an der Z-Diode ZD1 von der Gleichstromversorgung 4 für niedere Spannungen über den Wider stand R1 ankommt. Die Z-Spannung VZD1, die gleich den Optimal werten (beispielsweise 5 V) der Treiberspannungen zu den beiden Schalteinrichtungen Q1 und Q2 ist, wird der Schaltung 3 zugeführt.

Da es in bezug auf den ersten Schalter SW1 nur erforderlich ist, die Steuerung so durchzuführen, daß der erste Schalter SW1 eingeschaltet wird, wenn die niederspannungsseitige Schaltein richtung Q1 EIN ist, ist es möglich, das Ein- und Ausschalten des ersten Schalters SW1 auf einfache Weise mittels eines EIN-Signals für die niederspannungsseitige Schalteinrichtung Q1 auszuführen, das von der niederspannungsseitigen Treiberschal tung 3 abgegeben wird.

Da es in bezug auf den zweiten und den dritten Schalter SW2 und SW3 nur erforderlich ist, die Steuerung so durchzuführen, daß der zweite und der dritte Schalter SW2 und SW3 beide einschal ten, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung Q2 EIN ist, ist es möglich, den zweiten und den dritten Schalter SW2 und SW3 auf einfache Weise ein- und auszuschalten mit Hilfe des Signals zum Einschalten der hochspannungsseitigen Schaltein richtung Q2, das von der hochspannungsseitigen Treiberschaltung 2 abgegeben wird.

Modifikation der dritten bevorzugten Ausführungsform

(1) Eine in Fig. 8 gezeigte Schaltung wird erhalten, indem die in Fig. 7 gezeigte Schaltung auf die gleiche Weise wie bei der Modifikation der Schaltung von Fig. 2 zu der Schaltung von Fig. 5 geändert wird. Daher ist auch die in Fig. 7 gezeigte Schaltung imstande, Vorteile zu zeigen, die der Schaltung gemäß Fig. 5 eigen sind. Dadurch kann die in Fig. 8 gezeigte Schaltung den Schaltungsaufbau vereinfachen.
(2) Eine in Fig. 9 gezeigte Schaltung ist zu der in Fig. 7 ge zeigten Schaltung äquivalent, wenn sie auf die gleiche Weise modifiziert wird, wie die Schaltung von Fig. 2 zu der in Fig. 6 gezeigten Schaltung modifiziert wird. Wenn daher die Vorwärts- Spannung zu der Diode Di3 VD ist, ist die Zuführspannung zu der niederspannungsseitigen Treiberschaltung 3:
VCC - VD = VCC - 1 V.
Somit ist es mit nur einer Diode möglich, die Optimalwerte (beispielsweise 5 V) der Treiberspannungen an die beiden Schalteinrichtungen Q1 und Q2 zu liefern.
(3) In den jeweiligen Schaltungen, die in den Fig. 7, 8 und 9 gezeigt sind, können der erste, der zweite und der dritte Schalter SW1, SW2 und SW3 unter Verwendung von MOSFETs gebildet sein, und ein Bereich, der von dem ersten und dem zweiten Kon densator C1 und C, der Gleichstromversorgung 4 für niedere Spannungen und der Last L verschieden ist, kann zu einer mono lithischen IC ausgebildet werden.
Wenn dabei der erste Schalter SW1 und der zweite Schalter SW2 durch N-Kanal-MOSFETs gebildet sind und der dritte Schalter SW3 durch P-Kanal-MOSFETs gebildet ist, ist es möglich, die N-Kanal-MOSFETs des ersten Schalters SW1 mit der Spannung VCC der Gleichstromversorgung 4 für niedere Spannungen oder mit der Zuführspannung zu der niederspannungsseitigen Treiberschaltung 3 zu treiben und die N-Kanal-MOSFETs und die P-Kanal-MOSFETs des zweiten und des dritten Schalters SW2 und SW3 mit der Zu führspannung zum zweiten Kondensator C zu treiben.

Zusammenschau

Wie oben beschrieben wird, erfordert das Laden des Kondensators C, der als eine Stromquelle für die hochspannungsseitige Trei berschaltung 2 dient, gemäß der zweiten und der dritten bevor zugten Ausführungsform der Erfindung keinen Weg, in dem die niederspannungsseitige Schalteinrichtung Q1 oder die nieder spannungsseitige Diode D1 vorhanden ist, wogegen bei der ersten bevorzugten Ausführungsform die Ladespannung bei der Z-Spannung fixiert ist. Somit ist eine Änderung der Ladespannung zum Kondensator C gleich 0 V bei der ersten bevorzugten Ausfüh rungsform, die in Fig. 1 gezeigt ist, innerhalb von ±1 V bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in den Fig. 2, 5 und 6 gezeigt ist, und 0 V bei der dritten bevorzugten Ausfüh rungsform, die in den Fig. 7, 8 und 9 gezeigt ist. Es ist somit möglich, eine einzige Stromversorgungs-Treiberschaltung für eine Leistungseinheit mit Halbbrückenstruktur zu realisieren, wobei eine Änderung der Ladespannung zum Kondensator C klein ist oder wobei keine Änderung der Ladespannung zum Kondensator C vorhanden ist. Wenn daher die Spannung in der Gleichstromver sorgung für niedere Spannungen bei jeder von der ersten, der zweiten und der dritten bevorzugten Ausführungsform mit einem vorbestimmten Wert vorgegeben wird, kann eine einzelne Strom versorgungs-Treiberschaltung für eine Leistungseinheit einer Halbbrückenstruktur realisiert werden, mit der eine mit 5 V ge triebene Schalteinrichtung bei einer niedrigen Gleichstromver sorgungs-Spannung von 5 V verwendet werden kann.

Claims

1. Halbleitervorrichtung gekennzeichnet durch
eine Gleichstromversorgung (1) für hohe Spannungen;
eine hochspannungsseitige Schalteinrichtung (Q2), deren erste Elektrode mit der Gleichstromversorgung (1) für hohe Spannungen verbunden ist;
eine hochspannungsseitige Treiberschaltung (2), deren er ster Anschluß (T1) und zweiter Anschluß (T2) jeweils mit einer Steuerelektrode bzw. einer zweiten Elektrode der hochspan nungsseitigen Schalteinrichtung (Q2) verbunden sind;
eine niederspannungsseitige Schalteinrichtung (Q1), deren erste Elektrode mit der zweiten Elektrode der hochspannungsei tigen Schalteinrichtung (Q2) verbunden ist, wobei eine zweite Elektrode der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung (Q1) mit Masse (GND) verbunden ist; und
eine niederspannungsseitige Treiberschaltung (3), deren erster Anschluß (T1') und deren zweiter Anschluß (T2') jeweils mit einer Steuerelektrode bzw. mit der zweiten Elektrode der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung (Q1) verbunden sind,
wobei die hochspannungsseitige Schalteinrichtung (Q2) und die niederspannungsseitige Schalteinrichtung (Q1) von der hoch spannungsseitigen Treiberschaltung (2) und der niederspannungs seitigen Treiberschaltung (3) so gesteuert werden, daß sie al ternierend ein- und ausschalten, und
daß die Halbleitervorrichtung ferner folgendes aufweist:
eine Diode (Di);
eine Gleichstromversorgung (4) für niedere Spannungen, deren eines Ende und deren anderes Ende jeweils mit einer Anode der Diode bzw. mit Masse verbunden sind;
einen Kondensator (C), dessen erste Elektrode mit dem einen Ende der Gleichstromversorgung (4) für niedere Spannungen durch die Diode (Di) und außerdem mit einem dritten Anschluß (T3) der hochspannungsseitigen Treiberschaltung (2) verbunden ist, wobei eine zweite Elektrode des Kondensators mit der zwei ten Elektrode der hochspannungsseitigen Schalteinrichtung (Q2) verbunden ist; und
eine Spannungsfixierschaltung (ZD2), die zu dem Kondensa tor (C) parallelgeschaltet ist, um einen Spannungswert zwischen den beiden Enden des Kondensators während des Ladens des Kon densators festzulegen, das stattfindet, während die hochspan nungsseitige Schalteinrichtung (Q2) in einem Einschaltzustand wirksam ist.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine niederspannungsseitige Diode, deren Kathode und Anode jeweils mit der ersten Elektrode bzw. der zweiten Elektrode der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung (Q1) verbunden sind; und
einen Widerstand (R1), dessen eines Ende bzw. dessen ande res Ende mit einer Kathode der Diode bzw. mit der ersten Elek trode des Kondensators (C) verbunden sind,
wobei die Spannungsfixierschaltung eine Z-Diode aufweist, deren Kathode mit der ersten Elektrode des Kondensators (C) verbunden ist und deren Anode mit der zweiten Elektrode des Kondensators (C) verbunden ist, und
wobei eine Spannung in der Gleichstromversorgung (4) für niedere Spannungen mit einem größeren Wert vorgegeben ist als eine Summe aus einer Z-Spannung der Z-Diode, einer Vorwärts- Spannung zu der Diode und einer EIN-Spannung zu der nieder spannungsseitigen Schalteinrichtung (Q1).

3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch
eine weitere Z-Diode, deren Kathode und Anode jeweils mit einem dritten Anschluß der niederspannungsseitigen Treiber schaltung (3) bzw. Masse (GND) verbunden sind; und
einen weiteren Widerstand, der zwischen das eine Ende der Gleichstromversorgung (4) für niedere Spannungen und die Ka thode der anderen Z-Diode geschaltet ist.

4. Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch
eine hochspannungsseitige Schalteinrichtung (Q2), deren erste Elektrode mit einer Gleichstromversorgung (1) für hohe Spannungen verbunden ist;
eine hochspannungsseitige Treiberschaltung (2), deren er ster Anschluß (T1) und deren zweiter Anschluß (T2) mit einer Steuerelektrode bzw. einer zweiten Elektrode der hochspan nungsseitigen Schalteinrichtung (Q2) verbunden sind;
eine niederspannungsseitige Schalteinrichtung (Q1), deren erste Elektrode mit der zweiten Elektrode der hochspannungssei tigen Schalteinrichtung (Q2) verbunden ist, wobei eine zweite Elektrode der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung (Q1) mit Masse (GND) verbunden ist; und
eine niederspannungsseitige Treiberschaltung (3), deren erster Anschluß (T1') und deren zweiter Anschluß (T2') jeweils mit einer Steuerelektrode bzw. mit der zweiten Elektrode der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung (Q1) verbunden sind,
wobei die hochspannungsseitige Schalteinrichtung (Q2) und die niederspannungsseitige Schalteinrichtung (Q1) von der hoch spannungsseitigen Treiberschaltung (2) und der niederspannungs seitigen Treiberschaltung (3) so gesteuert werden, daß sie al ternierend ein- und ausschalten, und
daß die Halbleitervorrichtung ferner aufweist:
eine niederspannungsseitige Diode (D1), deren Kathode bzw. Anode mit der ersten Elektrode bzw. der zweiten Elektrode der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung (Q1) verbunden sind;
eine Diode (Di1);
eine Gleichstromversorgung (4) für niedere Spannungen, de ren eines Ende und deren anderes Ende mit einer Anode der Diode (Di1) bzw. Masse (GND) verbunden sind; und
eine Ladespannungs-Zuführschaltung (10, 20), die mit einer Kathode der Diode, mit Masse (GND) und mit einem dritten An schluß (T3) der hochspannungsseitigen Treiberschaltung (2) verbunden ist, wobei die Ladespannungs-Zuführschaltung (10, 20) eine Ladung speichert, die von der Gleichstromversorgung (4) für niedere Spannungen, aber weder durch die niederspan nungsseitige Schalteinrichtung (Q1) noch durch die niederspan nungsseitige Diode zugeführt wird und die benötigt wird, um die hochspannungsseitige Schalteinrichtung (Q2) zu treiben, wenn die niederspannungsseitige Schalteinrichtung (Q1) in einem Einschaltzustand wirksam ist, wobei die Ladespannungs-Zu führschaltung (10, 20) eine Ladespannung, die in Übereinstim mung mit der Ladung zu der hochspannungsseitigen Treiberschal tung (2) ist, zuführt, wenn die hochspannungsseitige Schaltein richtung (Q2) in einem Einschaltzustand wirksam ist.

5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4,
wobei, wenn die Diode (Di1) als eine erste Diode angesehen wird, die Ladespannungs-Zuführschaltung (10, 20) gekennzeichnet ist durch
einen ersten Kondensator (C1), dessen erste Elektrode mit der Kathode der ersten Diode verbunden ist;
einen ersten Schalter (SW1), der zwischen einer zweiten Elektrode des ersten Kondensators (C1) und Masse (GND) angeord net ist, wobei der erste Schalter zum Einschalten gesteuert wird, wenn die niederspannungsseitige Schalteinrichtung (Q1) in einem Einschaltzustand wirksam ist, und wobei der erste Schal ter (SW1) zum Ausschalten gesteuert wird, wenn die hochspan nungsseitige Schalteinrichtung (Q2) in einem Einschaltzustand wirksam ist;
eine zweite Diode (Di2), deren Anode bzw. Kathode mit der Kathode der ersten Diode bzw. dem dritten Anschluß der hoch spannungseitigen Treiberschaltung (2) verbunden sind;
einen zweiten Kondensator (C), dessen erste und zweite Elektrode mit dem dritten bzw. dem zweiten Anschluß der hoch spannungsseitigen Treiberschaltung (2) verbunden sind; und
einen zweiten Schalter (SW2), der zwischen der zweiten Elektrode des ersten Kondensators und der zweiten Elektrode des zweiten Kondensators (C) angeordnet ist, wobei der zweite Schalter (SW2) zum Ausschalten gesteuert wird, wenn die nieder spannungseitige Schalteinrichtung (Q1) in einem Einschaltzu stand wirksam ist, und wobei der zweite Schalter (SW2) zum Ein schalten gesteuert wird, wenn die hochspannungsseitige Schalt einrichtung (Q2) in einem Einschaltzustand wirksam ist.

6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ladespannungs-Zuführschaltung aufweist:
einen ersten Kondensator (C1), dessen erste Elektrode mit der Kathode der Diode verbunden ist;
einen ersten Schalter (SW1), der zwischen einer zweiten Elektrode des ersten Kondensators und Masse (GND) angeordnet ist, wobei der erste Schalter zum Einschalten gesteuert wird, wenn die niederspannungsseitige Schalteinrichtung (Q1) in einem Einschaltzustand wirksam ist, wobei der erste Schalter zum Ausschalten gesteuert wird, wenn die hochspannungseitige Schalteinrichtung (Q2) in einem Einschaltzustand wirksam ist;
einen zweiten Kondensator (C), dessen erste und dessen zweite Elektrode mit dem dritten bzw. dem zweiten Anschluß der hochspannungsseitigen Treiberschaltung (2) verbunden sind;
einen zweiten Schalter (SW2), der zwischen der zweiten Elektrode des ersten Kondensators (C1) und der zweiten Elek trode des zweiten Kondensators (C) liegt, wobei der zweite Schalter zum Ausschalten gesteuert wird, wenn die niederspan nungsseitige Schalteinrichtung in einem Einschaltzustand wirk sam ist, und wobei der zweite Schalter zum Einschalten gesteu ert wird, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung (Q2) in einem Einschaltzustand wirksam ist; und
einen dritten Schalter (SW3), der zwischen der ersten Elektrode des ersten Kondensators (C1) und der ersten Elektrode des zweiten Kondensators (C) angeordnet ist, wobei der dritte Schalter zum Ausschalten gesteuert wird, wenn die nie derspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Einschaltzustand wirksam ist, und wobei der dritte Schalter zum Einschalten gesteuert wird, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Einschaltzustand wirksam ist.

7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch
eine weitere Z-Diode (ZD2), deren Kathode und deren Anode mit einem dritten Anschluß der niederspannungsseitigen Treiber schaltung (3) bzw. Masse (GND) verbunden sind; und
einen weiteren Widerstand (R2), der zwischen das eine Ende der Gleichstromversorgung (4) für niedere Spannungen und die Kathode der weiteren Z-Diode geschaltet ist.

8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine dritte Diode, die zwischen einen dritten Anschluß der niederspannungsseitigen Treiberschaltung und das eine Ende der Gleichstromversorgung für niedere Spannungen geschaltet ist.

9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Anschluß der niederspannungsseitigen Trei berschaltung (3) direkt mit dem einen Ende der Gleichstromver sorgung (4) für niedere Spannungen verbunden ist.

10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannung in der Gleichstromversorgung (4) für niedere Spannungen mit einem Wert vorgegeben ist, der durch Addition einer Vorwärts-Spannung zu der ersten Diode und einer Treiberspannung zu der hochspannungsseitigen Schalteinrichtung (Q2) gebildet ist.

11. Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch
eine hochspannungsseitige Schalteinrichtung (Q2), deren erste Elektrode mit einer Gleichstromversorgung (1) für hohe Spannungen verbunden ist;
eine hochspannungsseitige Treiberschaltung (2), deren er ster Anschluß und deren zweiter Anschluß mit einer Steuerelek trode bzw. mit einer zweiten Elektrode der hochspannungseitigen Schalteinrichtung (Q2) verbunden sind;
eine niederspannungseitige Schalteinrichtung (Q1), deren erste Elektrode mit der zweiten Elektrode der hochspannungsei tigen Schalteinrichtung (Q2) verbunden ist, wobei eine zweite Elektrode der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung (Q1) mit Masse (GND) verbunden ist; und
eine niederspannungsseitige Treiberschaltung (3), deren erster Anschluß und deren zweiter Anschluß mit einer Steuer elektrode bzw. mit der zweiten Elektrode der niederspan nungsseitigen Schalteinrichtung (Q1) verbunden sind,
wobei die hochspannungsseitige Schalteinrichtung (Q2) und die niederspannungsseitige Schalteinrichtung (Q1) von der hoch spannungsseitigen Treiberschaltung (2) und der niederspan nungseitigen Treiberschaltung (3) so gesteuert werden, daß sie alternierend ein- und ausschalten, und
daß die Halbleitervorrichtung ferner aufweist:
eine niederspannungsseitige Diode (D1), deren Kathode und deren Anode mit der ersten Elektrode bzw. mit der zweiten Elek trode der niederspannungsseitigen Schalteinrichtung (Q1) ver bunden sind;
eine Diode (Di1);
eine Gleichstromversorgung (4) für niedere Spannungen, deren eines Ende und deren anderes Ende mit einer Anode der Diode bzw. mit Masse (GND) verbunden sind; und
eine Ladespannungs-Zuführschaltung (10), die mit einer Ka thode der Diode, mit Masse (GND) und mit einem dritten Anschluß (T3) der hochspannungsseitigen Treiberschaltung (2) verbunden ist, wobei die Ladespannungs-Zuführschaltung (10) eine Ladung speichert, die von der Gleichstromversorgung (4) für niedere Spannungen, jedoch weder durch die niederspannungsseitige Schalteinrichtung (Q1) noch durch die niederspannungsseitige Diode (D1) zugeführt wird und die benötigt wird, um die hoch spannungsseitige Schalteinrichtung (Q2) zu treiben, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung in einem Einschaltzu stand wirksam ist, wobei die Ladespannungs-Zuführschaltung (10) eine Ladespannung, die in Übereinstimmung mit der Ladung zu der hochspannungsseitigen Treiberschaltung (2) ist, zuführt, wenn die niederspannungsseitige Schalteinrichtung (Q1) in einem Ein schaltzustand wirksam ist.

12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Diode als eine erste Diode angesehen wird und
daß die Ladespannungs-Zuführeinrichtung aufweist:
einen ersten Kondensator, dessen erste Elektrode mit der Kathode der ersten Diode verbunden ist;
einen ersten Schalter (SW1), der zwischen einer zweiten Elektrode des ersten Kondensators und Masse (GND) angeordnet ist, wobei der erste Schalter zum Einschalten gesteuert wird, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung (Q2) in einem Einschaltzustand wirksam ist, wobei der erste Schalter zum Ausschalten gesteuert wird, wenn die niederspannungsseitige Schalteinrichtung (Q1) in einem Einschaltzustand wirksam ist;
eine zweite Diode (Di2), deren Anode und deren Kathode mit der Kathode der ersten Diode (Di1) bzw. mit dem dritten An schluß der hochspannungsseitigen Treiberschaltung (2) verbunden sind;
einen zweiten Kondensator, dessen erste und dessen zweite Elektrode mit dem dritten bzw. mit dem zweiten Anschluß der hochspannungsseitigen Treiberschaltung (2) verbunden sind; und
einen zweiten Schalter (SW2), der zwischen der zweiten Elektrode des ersten Kondensators und der zweiten Elektrode des zweiten Kondensators liegt, wobei der zweite Schalter zum Ausschalten gesteuert wird, wenn die hochspannungsseitige Schalteinrichtung (Q2) in einem Einschaltzustand wirksam ist, und der zweite Schalter zum Ausschalten gesteuert wird, wenn die niederspannungsseitige Schalteinrichtung (Q1) in einem Einschaltzustand wirksam ist.

13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch
eine weitere Z-Diode (ZD2), deren Kathode und deren Anode mit einem dritten Anschluß der niederspannungsseitigen Treiber schaltung (3) bzw. mit Masse (GND) verbunden sind; und
einen weiteren Widerstand (R2), der zwischen das eine Ende der Gleichstromversorgung (4) für niedere Spannungen und die Kathode der weiteren Z-Diode geschaltet ist.

14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine dritte Diode (Di3), die zwischen einen dritten An schluß der niederspannungsseitigen Treiberschaltung (3) und das eine Ende der Gleichstromversorgung (4) für niedere Spannungen geschaltet ist.

15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Anschluß (T3') der niederspannungsseitigen Treiberschaltung (3) direkt mit dem einen Ende der Gleichstrom versorgung (4) für niedere Spannungen verbunden ist.

16. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannung in der Gleichstromversorgung (4) für niedere Spannungen mit einem Wert vorgegeben ist, der durch Addition einer Vorwärts-Spannung zu der ersten Diode und einer Treiberspannung zu der hochspannungsseitigen Schalteinrichtung (Q2) gebildet ist.