DE3717122A1

DE3717122A1 - Treiber-schaltung

Info

Publication number: DE3717122A1
Application number: DE19873717122
Authority: DE
Inventors: Satoshi Mori
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1987-05-21
Publication date: 1988-03-31
Also published as: GB2195506A; GB8711731D0; DE3717122C2; JPS6382123A; GB2195506B; US4798983A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Treiber-Schaltung für eine Halbleitervorrichtung, die in der Lage ist, einen Schaltvorgang mit hoher Spannung, hohem Strom und hoher Geschwindigkeit auszuführen.

Die Fig. 2 zeigt in einem Schaltbild die Äquivalensschaltung eines BiMOS-Schalters 1 vom Kaskodentyp als Driver-Schaltung. Bezugnehmend auf die Fig. 2 enthält der BiMOS-Schalter 1 vom Kaskodentyp einen bipolaren Transistor 2, dessen Kollektor mit einem Kollektoranschluß T 1 verbunden ist, einen Leistungs- Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor 3 (er wird im nachfolgenden als Leistungs-MOSFET bezeichnet) als Feldeffekttransistor, dessen Drain mit einem Emitter des bipolaren Transistors 2 verbunden ist und dessen Source mit einem Source-Anschluß T 2 verbunden ist, und eine Freilaufdiode 4, deren Kathode mit dem Kollektoranschluß T 1 und deren Anode mit dem Source-Anschluß T 2 verbunden ist.

Da der Leistungs-MOSFET 3 für den Zweck der Energieversorgung vorgesehen ist, wird er aus n-Kanal-Vorrichtungen mit niedriger Spannung (V _DSS ) 50 V) und mit niedrigem Durchlaßwiderstand ausgewählt. Der bipolare Transistor ist ein npn-Leistungstransistor mit einer hohen Spannungswiderstandsfähigkeit. Zwar kann der bipolare Transistor 2 vom Darlington-Typ sein, vorzugsweise ist er jedoch ein einzelner Transistor, der für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb befähigt ist. Ein Emitteranschluß des bipolaren Transistors 2 ist mit einem Drain- Anschluß des Leistungs-MOSFET 3 verbunden, um eine Reihenschaltung aus dem bipolaren Transistor 2 und dem Leistungs- MOSFET 3 zu bilden.

Die Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer konventionellen Treiber- Schaltung zum Aussteuern eines BiMOS-Schalters 1 vom Kaskodentyp. Entsprechend der Fig. 3 umfaßt die Treiber-Schaltung eine Gleichspannungsquelle 5, deren positive Elektrode über eine Last 6 mit dem Kollektoranschluß T 1 und deren negative Elektrode mit dem Source-Anschluß T 2 verbunden ist, eine Zenerdiode 7, einen Eingangsanschluß T 3, der mit der Basis des bipolaren Transistors 2 verbunden ist, und einen Eingangsanschluß T 4, der mit dem Gate des Leistungs-MOSFET verbunden ist.

Es wird nun die Arbeitsweise der Treiber-Schaltung beschrieben. Zunächst werden bei einem Einschaltvorgang positive Signale simultan der Basis des bipolaren Transistors 2 und dem Gate des Leistungs-MOSFET 3 zugeführt. In diesem Fall ist es notwendig, der Basis des bipolaren Transistors 2 einen Basisstrom zuzuführen, der von der Formel (1) abhängt.

I _c/h _FE ≦ I _B (1)

Andererseits wird eine von der Formel (2) abhängige Gate- Spannung dem Gate des Leistungs-MOSFET 3 zugeführt.

I _c/g _m ≦ V _GS (2)

Wenn zwei Signale, die die Formeln (1) und (2) erfüllen, angelegt werden, so wird der BiMOS-Schalter 1 vom Kaskodentyp eingeschaltet, um Strom von der Gleichspannungsverformungsquelle 5 über die Last 6 zu liefern.

Wenn danach in einem Abschaltvorgang die Signale für beide Transistoren 2 und 3 abgeschaltet werden, wird im allgemeinen der Leistungs-MOSFET 3 früher eingeschaltet als der bipolare Transistor 2. Dementsprechend wird der Emitter des bipolaren Transistors 2 abgeschaltet, und die im Kollektor gespeicherte Trägerladung wird über die Basis 2 des bipolaren Transistors 2 und die Zenerdiode 7 entladen.

Die konventionelle Treiber-Schaltung für einen BiMOS-Schalter 1 vom Kaskodentyp besitzt zwei Signaleingangsanschlüsse T 3 und und T 5, und dementsprechend ist es notwendig, unabhängig voneinander eine Stromsteuerung und eine Spannungssteuerung auszuführen, was eine sehr komplizierte Synchronisation der Steuerungen zur Folge hat.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Treiber-Schaltung anzugeben, die einen BiMOS-Schalter vom Kaskodentyp mit einem einzelnen Signal steuern kann.

Es ist weiter Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Treiber- Schaltung anzugeben, die einen BiMOS-Schalter vom Kaskodentyp mit niedrigem Verlust ansteuern kann.

Weiter ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Treiber- Schaltung anzugeben, die einen BiMOS-Schalter vom Kaskodentyp, der einen Feldeffekttransistor aufweist, in einer abgekürzten Schaltperiode ansteuern kann, wenn der Feldeffekttransistor als Leistungstransistor eingesetzt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Treiber-Schaltung geliefert zum Aussteuern eines BiMOS-Schalters vom Kaskodentyp, der einen bipolaren Transistor, dessen Kollektor über eine Last mit der positiven Elektrode einer Spannungsquelle verbunden ist, und einen Feldeffekttransistor enthält, dessen Drain mit einem Emitter des bipolaren Transistors und dessen Source mit der negativen Elektrode der Spannungsquelle verbunden ist, wobei die Treiber-Schaltung einen n · p-Reihenkörper umfaßt, der durch Verbinden eines n-Kanal-Feldeffekttransistors in Reihe mit einem p-Kanal-Feldeffekttransistors gebildet wird, wobei der Mittelpunkt des n · p-Reihenkörpers mit einer Basis des bipolaren Transistors verbunden ist, und eine Drain- Elektrode und eine Source-Elektrode des n-Kanal-Feldeffekttransistors jeweils mit einer Gleichspannungsquelle und dem Mittelpunkt verbunden sind, und eine Drain-Elektrode und eine Source-Elektrode des p-Kanal-Feldeffekttransistors sind mit dem Mittelpunkt und der negativen Elektrode der Spannungsversorgung verbunden, und ein Gate des Feldeffekttransistors und Gate-Elektroden der n-Kanal und p-Kanal-Feldeffekttransistoren werden mit dem Eingangsanschluß verbunden, wodurch der BiMOS- Schalter vom Kaskodentyp durch ein einziges positives oder negatives Signal angesteuert wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren beschrieben und näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild der Treiber-Schaltung nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ein Schaltbild eines BiMOS-Schalters vom Kaskodentyp als eine angesteuerte Schaltung.

Fig. 3 ein Schaltbild einer Treiber-Schaltung nach dem Stand der Technik.

In der Fig. 1, die ein Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 8 einen n-Kanal Leistungs-MOSFET als einen n-Kanal- Feldeffekttransistor, dessen Drain mit dem Anschluß T 5 einer Gleichstromquelle einer Signalschaltung verbunden ist, dessen Source mit der Basis eines bipolaren Transistors 2 und dessen Gate mit dem Signaleingangsanschluß T 6 verbunden ist. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen p-Kanal-Leistungs-MOSFET als p-Kanal-Feldeffekttransistor, dessen Drain mit der Basis des bipolaren Transistors 2, dessen Source mit dem Source-Anschluß T 2 und dessen Gate mit dem Eingangsanschluß T 6 verbunden sind. In der Fig. 1 sind Teile, die mit den zuvor unter Bezugnahme auf die Fig. 3 beschriebenen identisch sind oder ihnen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Der n-Kanal-Leistungs-MOSFET 8 ist mit dem p-Kanal-Leistungs- MOSFET 9 in Reihe geschaltet, um einen n · p-Reihenschaltungskörper zu bilden. Der Mittelpunkt N des n · p-Reihenschaltungskörpers ist mit der Basis des bipolaren Transistors 2 verbunden. Ein Gate des Leistungs-MOSFET 3 des BiMOS-Schalters 1 vom Kaskodentyp ist mit den Eingangsanschlüssen T 6 verbunden.

Es wird nun die Arbeitsweise der vorerwähnten Schaltung beschrieben. Wenn ein positives Signal an den Signaleingangsanschluß T 6 angelegt wird, werden die beiden n-Kanal-Leistungs- MOSFETS 8 und 3 simultan eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt bleibt der p-Kanal-Leistungs-MOSFET 9 ausgeschaltet, weil das Signal in Sperrichtung vorgespannt ist. Dementsprechend wird von dem Stromversorgungsanschluß T 5 ein Drain-Strom geliefert, weil der n-Kanal-MOSFET 8 im Ein-Zustand ist. Der Drain-Strom wird in einen Basisstrom des bipolaren Transistors 2 in einer nachfolgenden Stufe verwandelt, wodurch der bipolare Transistor eingeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird, weil eine Signalspannung bereits an den n-Kanal-Leistungs-MOSFET 3 der in Reihe mit dem bipolaren Transistor 2 geschaltet ist, angelegt worden ist, der n-Kanal-MOSFET 3 ebenfalls eingeschaltet, und von der Gleichstromversorgungsquelle 5 wird über eine Last 6 dem bipolaren Transistor 2 ein Kollektorstrom geliefert. Der Einschaltvorgang der obigen Transistoren wird zuerst in den Leistungs-MOSFETS 3, 8 und 9 ausgeführt, und schließlich in dem bipolaren Transistor 2. Da jedoch der bipolare Transistor 2 ein einzelner Transistor ist, wird dessen Einschaltvorgang sehr schnell durchgeführt.

Es wird nun ein Abschaltvorgang beschrieben. Bei dem Abschaltvorgang wird die Signalspannung negativ gemacht. Zu diesem Zeitpunkt werden beide n-Kanal-Leistungs-MOSFETS 8 und 3 abgeschaltet, und der dem bipolaren Transistor 2 zugeführte Basisstrom wird beendet. Gleichzeitig wird der Emitter des bipolaren Transistors 2 gesperrt, weil der n-Kanal-Leistungs-MOSFET 8 abgeschaltet ist. Zu der Zeit, zu der die negative Spannung an den Signaleingangsanschluß T 6 angelegt wird, wird demgegenüber der p-Kanal-Leistungstransistor 9 eingeschaltet, und die im Kollektor und der Basis des npn-Bipolartransistors 2 im Emitterabschaltzustand gespeicherte Ladung wird von der Basis des Transistors 2 über den p-Kanal-Leistungs-MOSFET 9 entladen. Damit ist der Abschaltvorgang des BiMOS-Schalters 1 vom Kaskodentyp abgeschlossen.

Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, so ist die Beschreibung lediglich beispielhaft und soll den Umfang der Erfindung nicht beschränken. Verschiedene Abweichungen und Änderungen können gegenüber Fachleuten auftreten, ohne daß sich damit eine Abweichung von dem Grundgedanken und dem Umfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen angegeben ist, ergibt.

Claims

1. Treiber-Schaltung zum Ansteuern eines BIMOS-Schalters vom Kaskodentyp, der einen bipolaren Transistor (2), dessen Kollektor über eine Last (6) mit der positiven Elektrode einer Stromquelle (5) verbunden ist, und einen Feldeffekttransistor (3) aufweist, dessen Drain mit einem Emitter des bipolaren Transistors (2) und dessen Source mit der negativen Elektrode der Stromquelle (2) und dessen Source mit der negativen Elektrode der Stromquelle (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiber-Schaltung einen n · p-Reihenschaltungskörper aufweist, der dadurch gebildet wird, daß ein n-Kanal-Feldeffekttransistor (8) in Reihe zu einem p-Kanal-Feldeffekttransistor (9) geschaltet ist, wobei der Mittelpunkt N dieses n · p-Reihenschaltungskörpers mit der Basis des bipolaren Transistors (2) verbunden ist, bei dem n-Kanal-Feldeffekttransistor (8) die Drain-Elektrode mit einer Gleichstromquelle und die Source-Elektrode mit dem Mittelpunkt N verbunden ist, bei dem p-Kanal-Feldeffekttransistor (9) die Drain-Elektrode mit dem Mittelpunkt N und die Source-Elektrode mit der negativen Elektrode der Stromquelle (5) verbunden ist, und wobei die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors (3) und die Gate-Elektrode des n-Feldeffekttransistors (8) und die Gate-Elektrode des p-Feldeffekttransistors (9) mit einem Eingangsanschluß T 6 verbunden sind, wodurch der BiMOS-Schalter (1) vom Kaskodentyp durch ein einzelnes positives oder negatives Signal gesteuert wird.