DE3125242C2 - Gate-Treiberschaltung für einen Static-Induction-Transistor (SIT) - Google Patents
Gate-Treiberschaltung für einen Static-Induction-Transistor (SIT)Info
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Description
Die Erfindung betrifft eine Gate-Treiberschaltung fur
einen Static-Induction-Transistor (SIT) mit komplementär
verbündend wechselweise ansteuerbaren npn· und
pnp-Transisioren.
I s ist bekannt, bei einem mit getasteter Wcchselspannung
gesteuerten elektronischen Umpoler /um Umpolen einer Gleichspannung zwei komplementäre Transi
stören in Reihe /u schalten und wechselweise an/usteuei en (DE-AS 21 31 2b9).
Der kurz als SIT bezeichnete Static-Induction-Transislor
ist eine Art Feldeffekttransistor (FET) mit
Mehrfachladungsträgern. Er hat als Schalteinrichtung besonders günstige Kennwerte, weil er keinen sekundären
Durchbruch verursacht und keine Speieherdauc· aufweist, das heißt, frei von Mangeln ist. die bipolaren
Transistoren eigen sind. Abweichend von normalen bipolaren Transistoren ist es jedoch schwierig, das
SIT Gate anzusteuern, und das Schaltverhalten des SIT hängt weitgehend von der Funktionsweise der Gate
Treiberanordnung ab. Infolgedessen sind die Anwen düngen von Static-Induction-Transistoren extrem beschränkt.
Fi g. 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Vertikal-Spcrrschicht-Feldeffekttransistors. Wie dargestellt
ist. liegt die Source über dem n-Kanal. während die Drain-Schicht Dsich unterhalb des n-Kanals befindet. In
der Mitte ist das Gate C in Form eines faden oder
gitterartigen p-Halbleiters ausgebildet. Weil der SIT die
elektrischen Eigenschaften eines Verarmungstransistors hat. das heilit. selbsi leitend ist. wenn eine Spannung
/wischen den l)r.im Anschluß /) und den Source An
5V.h!u!i 3 angdcg'- w!r<J, i!!e!3l V!" Drain Strom, (.ills dem
Gate keine ausreichend negative Spannung zugeführt
wird. WenniciufSiTififbigeclesSen als Schalteinrichtung
benutzt wird, muß eine ausreichende negative Spannung angelegt werden, um die Einrichtung in den Äußerbetriebszusiand
(AUS-Zustand) zu überführen.
Wie aus der Schnitldarstcllung der P i g. I folgt, ist de<· Bereich /wischen Dr.nn Π lind Source S äquivalent einem Kondensator, wobei der Kanalbereich Ch im AUS Zustand cm Dielektrikum darstellt. In gleicher Weise bilden der Bereich /wischen Gate Gung Drain D -, sowie der Bereich /wischen Gate G und Source S Kondensatoren.
Wie aus der Schnitldarstcllung der P i g. I folgt, ist de<· Bereich /wischen Dr.nn Π lind Source S äquivalent einem Kondensator, wobei der Kanalbereich Ch im AUS Zustand cm Dielektrikum darstellt. In gleicher Weise bilden der Bereich /wischen Gate Gung Drain D -, sowie der Bereich /wischen Gate G und Source S Kondensatoren.
Wenn daher vom AUS-Zustand in den EiN-Zustand umgeschaltet wird, müssen die in den Kondensatoren
gespeicherten Ladungen rasch abgeführt werden, um
in die Einrichtung augenblicklich in den AUS-Zustand zu
bringen. Diese F.ntladedaiier ist einer der Hauptfaktoren,
der eine Verkürzung der F.inschaitdaue.· verhindert.
Weil während des EIN-Zustands Strom in Form von Mehrfachladungsträgern durch den Kanal Ch fließt.
ι, müssen beim Umschalten vom EIN-Zustand in den
AUS Zustand die Ladungen dieser Ladungsträger aus dem Gate G abgeführt werden, um die Einrichtung
rasch vom E-IN- in den AUS-Zustand übergehen zu lassen. Die zum Abführen der Ladungsträger benötigte
Zeitspanne stellt einen der Hauptfaktoren da:, der eine Verkürzung der Ausschaltdauer verhindert, ebenso wie
die Entladedauer, die benötigt wird, wenn die Kondensyiorladungen
unmittelbar nach dem Umschalten vom AIiS- in den EIN-Zustand entladen werden.
F ι g. 2 zeigt eine bekannte Gate-Treiberschaltung mit
Transformatorkopplung. Diese Schaltung ist mit Mangeln behaftet, insbesondere mit einem unbefriedigendem
Anstiegsverhalten während des Schaltens von SIT 1 und SlT 2 vom AUS- in den EIIN-Zustand. Dies ist auf
ji, Spuleneffekte des Treibertransformators 7Ί zurückzuführen,
da die Schaltung mittels des Transformators 7" 1 angesteuert wird.
F ι g. 5 zeigt eine verbesserte Schaltungsauslegung
unter Anwendung einer bekannten Gatc-Treiberschal-
j-, lung. Bei dieser Schaltung wird das Impulssignal von
einer Treiberquelle 22 mittels eines Transistors Q2X
verstärkt und /um Ansteuern eines Transistors Q 22 benutzt, der seinerseits den SIT ansteuert. Um den SIT
in den AUS-Zustand /u bringen, wird der Transistor Q 22 stromführend gemacht, und an das Gate des SIT
wird eine negative Spannung /: 23 a gelegt. Um den SIT
in den EIN Zustand /u überfuhren, wird der Transistor
Q22 gesperrt: dem Gate des S! Γ geht über einen
Widerstand R 25 eine positive Spannung £22 zu Bei
dieser Treiberschaltung wird der Transistor Q22
wahrend des Umschaltcns des SIT vom ΕΊΝ in den
Al S Zustand stromführend, wodurch von dem Gate
des SIF Ladungsträger abgezogen werden. Dies hat
eine ausreichende Verkürzung der Ausschaltdauer /ur
Folge. Während des Umschaltens des SIT vom Al !S- in den EIN-Zustand werden jedoch die Ladungen, die in
dem Bereich /wischen Gate G und Source S' während der Ausschaltdauer gespeichert werden, über den
Widerstand R 25 entladen. Infolgedessen hangt die Einschaltdauer von der Zeitkonstante ab. die durch der
Widerstand R 25 und die elektrostatische Kapazität (>,·.
bestimmt wird
Auf Grund dessen wird die Einschaltdauer verlängert,
falls kein ausreichend niederohmiger Widerstand /? 25
ho vorgesehen ist Außerdem können von der Last 21 ic
η h h de Art der \ou·· sehend I .ist /<:v eic
über die Kapazität Ccs zwischen Drain und Gate an
dem Gate erscheinen. Eine1 solche Sioßspannung kann
es den Transistor 022 beschädigen. Wenn der Transistor
Q 22 ausfällt, wird die negative Spannung E23 nicht
angelegt. Auf Grund dessen wird der SiT ständig auf den EIN-Zustand eingestellt; infolge übermäßiger
Drain-Verlustleistung wird er innernulb kurzer Zeitdauer
beschädigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Gate-Treiberschaltung für einen Static-Induction-Transistor (SIT) mit wesentlich erhöhter Verläßlichkeit zu i
schaffen, die in der L age ist, einen SIT mit Sicherheit bei
der maximalen Schaltgeschwindigkeit des SIT umzusteuern.
Ausgehend von einer Gate-Treiberschaltung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungs- m
gemäß dadurch gelöst, daß die Kollektoren der Transistoren an eine SIT-Source-Spannungsquelle bzw.
eine negative Spannungsquelle angeschlossen sind, die ein ausreichendes Sperren des SIT gestattet, daß
zwischen den Gate-Anschluß des SIT und die ι, untereinander verbundenen Emitter der beiden npn-
und pnp-Transistoren ein Kondensator geschaltet ist. daß ein hochohmiger Widerstand unmittelbar zwischen
den Gate-Anschluß des SIT und die negative .Spannungsquelle geschaltet ist. sowie daß parallel zu dem
>o hochohmigen Widerstand eine Reihenschaltung aus
einer Diode und einem Widerstand liegt. Die Gate Treiberschaltung
nach der Erfindung erlaubt es in ,besondere, günstige Schaltkennwerte bei einem Verarmungs-SIT
zu erreichen, wenn dieser als Schalteinrich- 2i
tung eingesetzt wird
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels naher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
F ι g. 1 eine Schnittdarstellung einer Ausführi'ngsform «>
eines SIT.
Fig. 2 eine Ausführungsform einer bekannten SIT Gate-Treiberschaltung.
F ι g. 3 eine weitere Ausführungsform einer bekannten
SIT-Gate-Treiberschaltung. r>
Fig. 4 eine Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen SIT-Gate-Treiberschaltung.
F ig. 5.1 das Ausgangssignal der Treibertmpulsquelle
der Anordnung nach F i g. 4.
F i g. 5.2 die sich ändernde Emitterspannung der Schalttransis.oren QA und QB der Anordnung nach
F i g. 4.
F i g. 5.3 die Spannung am Koppelkondensator der Anordnung nach F 1 g. 4 und
F i g. 5.4 das SIT-Betriebssignal.
Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 4 verstärkt ein Treibertransistor Q 11 cm von einer Treiberstromquelle
12 abgegebenes Impulssignal, wodurch er npn- und pnp-Transistoren QA bzw. QB wechselweise
schaltet. Weil bei dieser Schaltungsauslegung das 5» Eingangssignal dem Transistor QW an Basis und
Emitter zugeführt wird, ohne über einen Widerstand /?13 zu laufen, bewirkt der Widerstand fll3 keine
Rückkopplung: der Verstärkungsfaktor wird erhöht. Beim Umsteuern wird das Ausgangssignal am Emitter
des Transistors QW entnommen, um den unleren Transistor QB der Treiberstufe einzuschalten, wenn
keine Eingangsimpulse vorliegen. Bei eingeschaltetem Transistor QW wird der Transistor QA eingeschaltet,
während der Transistor QB ausgeschaltet (gesperrt)mi wird. Ein über Kollektor und Emitter des Transistors
Q11 und einen Widerstand Λ 14 fließender Strom wird
der Basis des Transistors QA zugeführt* Wenn der
freiberlransisior O11 ausgeschaltet ist, wird der
Transistor QB eingeschaltet, während der Transistor QA ausgeschaltet wird. Ein über den Widerstand R 13
fließender Strom geht der Basis des Transistors QB zu. Die Widerstände R 13 ur.il R 14 werden vorgesehen, um
die den Transistoren Q-\ und QB zugeführten
Basisströme unabhängig auf die günstigsten Werte einstellen zu können.
Schutzdioden P 11 und D 12 verhindern das Anlegen
von Rüekwärtsspannungen an die Transistoren QA und
QB. Die Emitter der Transistoren QA und QB sind
untereinander verbunden. Ein Kondensator C12 sorgt
Tür eine Ankopplung der Emitter der Transistoren QA und yflandasSIT-Gate.
Ein hochohmiger Widerstand RIS. zu dem eine
Reihenschaltung aus einer Diode D13 und einem Widerstand R16 parallel liegt, hat einen solchen
Widerstandswert, daß die Schaltung nicht beeinträchtigt wird: er verhindert, daß der SIT eingeschaltet gehalten
wird, wenn die Schalttransistoren QA und QB der Treiberstufe beschädigt werden und keine negative
Spannung vorliegt. Dadurch wird die Verläßlichkeit der Treiberschaltung wesentlich verbesse't.
F i g. 5 zeigt das Arbeitsprinzip der Treiberschaltung nach Fig. 4. In Fig. 5.1 ist ein von der Treiberstrom
quelle 12 kommendes Inipulssignal d--gestellt. Fig 5.2
veranschaulicht die Emitterspanming -ler Schalttransistoren
QA und QB der Treiberstufe. Der Spannungswert wird zwischen Spannungen E12 und t. 13
umgeschaltet, die an den Kollektoren der betreff-nden
Transistoren anliegen, und zwar in Synchronismus mit dem Eingangsimpulssignal der Fig. 5,1. F i g. 5.3 zeigt
die an dem Koppelkondensator Γ12 anliegende Spannung, wobei der linke Anschluß als die positive
Seite bezeichnet ist. Wenn der SIT in den EIN-Zustand
überführ; w ird. erscheint an dem Kondensator C12 eine
Spannung, weil die Sperrschicht zwischen Gate und Source äquivalent einer in Durchlaßrichtung vorgespannten
Sperrschicht einer Diode ist. Bei im AUS-Zustand befindlichem SIT entspricht die Gate-Source-Sperrschicht
einer in Sperrichtung vorgespannten Sperrschicht einer Diode: wenn der .Schalttransistor QIi
eingeschaltet ist und nachdem Ladungsträger über den Kondensator Γ12 vom Gate abgeführt sind, fließt kein
Strom; die Spannung am Kondensator (12 bleibt stehen.
r;ese Spannung bewirkt eine Verlagerung des
Treiberarbeitspunktes bei jedem Ein- und Ausschalten des SIT. Um diese Verlagerung zu verhindern, weist der
Entladekreis die Reihenschaltung von Diode D 13 und
Widerstand R 16 auf. und über den Kondensator C 12
werden unnötige Ladungen entladen, wenn der Schalttransistor QB eingeschaltet ist. um für einen
stabilen Arbeitspunkt des SIT-Gate-Treibersignals zu
sorgen, wie dies in F 1 g. 5.4 dargestellt ist
Weil die erläuterte Treiberschaltung den SIT über
den Koppelkondctisator ansteuert und über den hochohmigen Widerstand R 15 eine negative Spannung
selbst dann anlegt, wenn die Treiberstufentransistoren QA und QB beschädigt sind, hör' die Schaltungsanordnung
einfach zu arbeiten auf. ohne daß dem SIT Schulden zugefügt wird. Dies sorgt für eine Ansteuerung mit
erhöhter Verläßlichkeit. Wenn der SIT vom AUS- in den EIN-Zustand umgeschaltet wird, wird die positive
Spannung £12 ül-er Kollektor und Emitter des im
EIN-Zustand befindlichen Schalttransistors QA angelgt.
angelegt. Beim Umschalten des SlT vom EIN* in den
•ÄÜS-Zusfandf wird die negative Spannwig £13 über
Kollektor und Emitter des im EIN-Zustand befindlichen
Schalttfansisiors QBzugeführt.
Infolgedessen ist der innenwiderstand in beiden
Fällen gering. Im ersten Fall werden Ladungen sofort entladen; im zweiten Fall lassen sich Ladungsträger
γ,ιμΙι entfernen. Infolgcclcsscrt isi die beschriebene
Iicihersehalttiiig in der Lage, ilen SIT sicher mit der
imiximalcn Sfhallgesclnviiuligkcil des SIT nn/ustcticrn.
Die vorliegend beschrichene Treiberschaltung läßt sich nicht nur für S'IT-Anordniingcn. sondern auch für
iihnlichc lüistiiiigssclHiltchde i:ET'Anorciiuiiigcii, Leisdings-VMOS-FET-AnordiHingen
und GAT(GiHc Assisted Transistor-Anordnungen verwenden. In allen
diesen Fällen wird did Scli;illungsvcrI;il3liehkeil wesentlich
gesteigert.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Gate-Treiberschaltung für einen Static-Induelion-TransiMor
(SI η mit komplementär verbundenen, wechselweise ansteuerbaren npn- und pup·
Transistoren, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kollektoten der Transistoren (QA. QB) an
eine SIT-Source .Spannungsquelle (E 12) bzw. eine
negative .Spannungsquelle ffl3) angeschlossen sind,
die ein ausreichendes Sperren des SIT gestattet, daß zwischen den Gate-Anschluß des SlT und die
untereinander verbundenen Emitter der beiden npn- und pnp-Transistoren (QA. QB) ein Kondensator
^T 12) geschaltet ist. daß ein hochohmiger Widerstand
(7? 15) unmittelbar /wischen den Gate-An-Schluß
des SIT und die negative Spannungsquelle /£13) geschaltet ist, sowie daß parallel zu dem
hochohmigen Widerstand (R 15) eine Reihenschaltung aus einer Diode (D 13) und einem Widerstand
(R 16) hegt.
2. Gate-Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kollektor und
Emitter jedes der beiden komplementär verbünde
nen npn- und pnp-Transistoren (QA. QB) eine
Rückwärtsspannungs-Schut/diode (DIl. D 12) geschaltet
ist.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8805980A JPS5713817A (en) | 1980-06-27 | 1980-06-27 | Gate driving circuit of electrostatic inductive transistor |
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| DE3125242C2 true DE3125242C2 (de) | 1983-01-27 |
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ID=13932266
Family Applications (1)
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| DE3125242A Expired DE3125242C2 (de) | 1980-06-27 | 1981-06-26 | Gate-Treiberschaltung für einen Static-Induction-Transistor (SIT) |
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| JP (1) | JPS5713817A (de) |
| DE (1) | DE3125242C2 (de) |
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| D2 | Grant after examination | ||
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| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |