DE4215199A1 - SEMICONDUCTOR DEVICE WITH BUILT-IN DRIVER POWER SOURCE - Google Patents

SEMICONDUCTOR DEVICE WITH BUILT-IN DRIVER POWER SOURCE

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DE4215199A1
DE4215199A1 DE4215199A DE4215199A DE4215199A1 DE 4215199 A1 DE4215199 A1 DE 4215199A1 DE 4215199 A DE4215199 A DE 4215199A DE 4215199 A DE4215199 A DE 4215199A DE 4215199 A1 DE4215199 A1 DE 4215199A1
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Naoki Kumagai
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle (Leistungsversorgungsquel­ le), die in einer Leistungsschaltvorrichtung einsetzbar ist, in welcher von einer Lastleistungsquelle eine Treiberstrom­ quelle erhalten werden kann. Insbesondere betrifft die Erfin­ dung eine Anordnung einer Ladeschaltung, die in einer Halb­ leitervorrichtung eingebaut ist. Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen der Ladungsschaltung einer Halbleiter­ vorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle, die ein Aus­ gangshalbleiterelement mit isoliertem Gate aufweist, eine Gate-Treiberschaltung zum Laden und Entladen des Gates des Halbleiterelementes mit isoliertem Gate, einen Kondensator zur Zuführung einer Stromquelle zu der Gate-Treiberschaltung, und eine Ladeschaltung zum Aufladen des Kondensators. The present invention relates to a semiconductor device with built-in driver power source (power supply source le) that can be used in a power switching device, in which a driver current from a load power source source can be obtained. In particular, concerns the Erfin an arrangement of a charging circuit in a half conductor device is installed. The present invention relates to improvements in the charge circuit of a semiconductor device with built-in driver power source that has an off has a semiconductor insulated gate element, a Gate driver circuit for charging and discharging the gate of the Insulated gate semiconductor element, a capacitor for supplying a current source to the gate driver circuit, and a charging circuit for charging the capacitor.  

Fig. 6 zeigt den Schaltungsaufbau einer Halbleitervorrichtung 1 mit eingebauter Treiberstromquelle nach dem Stand der Tech­ nik, wie sie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 1-2 66 852 durch den Inhaber der vorliegenden Patentanmeldung vorgeschla­ gen wurde. In der Halbleitervorrichtung verwendet ein Aus­ gangsschaltabschnitt 10 einen Ausgangs-MOSFET 2 als ein Aus­ gangshalbleiterelement mit isoliertem Gate. Die Drainelektro­ de oder die Sourceelektrode des MOSFET 2 ist mit einer (nicht dargestellten) Last verbunden. Ein Ausgangssteuerabschnitt 20 zum Treiben des Gates des Ausgangs-MOSFET 2, um den Aus­ gangsschaltabschnitt 10 zu steuern, weist einen Anreicherungs-MOSFET 32 zum Aufladen des Gates des Ausgangs-MOSFET 2 auf, und einen Verarmungs-MOSFET 35 zum Entladen des Gates des Aus­ gangs-MOSFET 2. Fig. 6 shows the circuit structure of a semiconductor device 1 with a built-in drive current source according to the prior art, as was proposed in Japanese Patent Application No. 1-2 66 852 by the owner of the present patent application. In the semiconductor device, an output switching section 10 uses an output MOSFET 2 as an output semiconductor element with an insulated gate. The drain electrode or the source electrode of the MOSFET 2 is connected to a load (not shown). An output control section 20 for driving the gate of the output MOSFET 2 to control the output switching section 10 has an enhancement MOSFET 32 for charging the gate of the output MOSFET 2 , and a depletion MOSFET 35 for discharging the gate of the off gear MOSFET 2 .

Die beiden MOSFETs 32 und 35 sind in Reihe geschaltet. Die Drainelektrode des Anreicherungs-MOSFET 32 ist mit einer Stromquellen-Empfangsklemme 21 des Ausgangssteuerabschnittes 20 verbunden. Die Sourceelektrode des Verarmungs-MOSFET 35 ist mit einer Klemme Pl der Lastklemmen der Halbleitervorrich­ tung verbunden, die mit der Sourceelektrode des Ausgangs-MOSFET 2 verbunden ist. In dem Ausgangssteuerabschnitt 20 ist eine Parallelschaltung mit einem Photodiodenarray 29 und ei­ nem Widerstand 31 zwischen die Gate- und die Sourceelektrode des Anreicherungs-MOSFET 32 geschaltet. Eine Parallelschal­ tung aus einem Photodiodenarray 33 und einem Widerstand 34 ist zwischen die Gate- und die Sourceelektrode des Verarmungs-MOSFET 35 geschaltet. Die Photodiodenarrays 29 und 33 sind so angeordnet, daß sie in Reaktion auf Licht, welches von einer LED 13 empfangen wird, eine Photospannung erzeugen.The two MOSFETs 32 and 35 are connected in series. The drain electrode of the enhancement MOSFET 32 is connected to a current source receiving terminal 21 of the output control section 20 . The source electrode of the depletion MOSFET 35 is connected to a terminal Pl of the load terminals of the semiconductor device, which is connected to the source electrode of the output MOSFET 2 . In the output control section 20 , a parallel circuit having a photodiode array 29 and a resistor 31 is connected between the gate and source electrodes of the enhancement MOSFET 32 . A parallel circuit from a photodiode array 33 and a resistor 34 is connected between the gate and the source electrode of the depletion MOSFET 35 . The photodiode arrays 29 and 33 are arranged to generate a photo voltage in response to light received by an LED 13 .

Ein Batterieabschnitt 30 zur Bereitstellung einer Stromquel­ le für den Ausgangssteuerabschnitt 20 besteht aus einem Kondensator 3. Die Elektrode 3a mit hohem Potential des Kondensators 3 ist mit der Stromauellen-Empfangsklemme 21 verbunden. Ein Aufladeabschnitt 40 zum Laden des Kondensators 3 des Batterieabschnitts 30 während der Ruheperiode oder der nichtleitenden Periode des Ausgangs-MOSFET 2 weist eine Lade­ schaltung auf, die zwischen eine Lastklemme Ph, die mit der Drainelektrode des Ausgangs-MOSFET 2 gekuppelt ist, und eine weitere Lastklemme Pl geschaltet ist, die mit der Sourceelek­ trode des Ausgangs-MOSFET 2 während der Ruheperiode oder nichtleitenden Periode des Ausgangs-MOSFET 2 gekuppelt ist. Der Ladeabschnitt 40 weist einen Lade-MOSFET 5 und eine ei­ nen Umkehrstrom blockierende Diode 6 auf, die in Reihe zwi­ schen die Drainelektrode des Ausgangs-MOSFET 2 und die Elek­ trode 3a mit hohem Potential des Kondensators 3 geschaltet sind, sowie einen Strombegrenzungswiderstand 7 und eine erste Konstantspannungsdiode 41, die in Reihe zwischen die Drain- und die Sourceelektrode des Ausgangs-MOSFET 2 geschaltet sind. Die Anode der ersten Konstantspannungsdiode 41 ist mit der Sourceelektrode des Ausgangs-MOSFET 2 verbunden, und die Kathode der Diode ist sowohl an den Widerstand 7 als auch an das Gate des Lade-MOSFET 5 angeschlossen. Daher dient die er­ ste Konstantspannungsdiode 41 als Treiber für das Gate des Lade-MOSFET 3.A battery section 30 for providing a current source for the output control section 20 consists of a capacitor 3 . The electrode 3 a with high potential of the capacitor 3 is connected to the Stromauellen receiving terminal 21 . A charging section 40 for charging the capacitor 3 of the battery section 30 during the rest period or the nonconducting period of the output MOSFET 2 has a charging circuit connected between a load terminal Ph coupled to the drain electrode of the output MOSFET 2 and another Load terminal Pl is connected, which is coupled to the source electrode of the output MOSFET 2 during the idle period or non-conductive period of the output MOSFET 2 . The charging section 40 has a charging MOSFET 5 and a egg NEN reverse current blocking diode 6 , which are connected in series between the drain electrode of the output MOSFET 2 and the electrode 3 a with high potential of the capacitor 3 , and a current limiting resistor 7 and a first constant voltage diode 41 connected in series between the drain and source electrodes of the output MOSFET 2 . The anode of the first constant voltage diode 41 is connected to the source electrode of the output MOSFET 2 , and the cathode of the diode is connected to both the resistor 7 and the gate of the charging MOSFET 5 . Therefore, he ste constant voltage diode 41 serves as a driver for the gate of the charging MOSFET 3rd

Für den Betrieb des Ausgangs-MOSFET 2 der Halbleitervorrich­ tung mit eingebauter Treiberstromquelle wird die LED 13 ein­ geschaltet. Wenn die LED 13 eingeschaltet ist, so erzeugen die Photodiodenarrays 29 und 33 Photospannungen. Die von dem Photodiodenarray 29 erzeugte Photospannung macht den Anrei­ cherungs-MOSFET 32 leitend. Eine negative Spannung wird zwi­ schen das Gate und die Source des Verarmungs-MOSFET 35 ange­ legt, so daß der MOSFET 35 nichtleitend gemacht wird. Daher wird die Spannung über den Kondensator 3 an das Gate des Aus­ gangs-MOSFET 2 angelegt, wodurch das Gate geladen und hier­ durch wiederum der Ausgangs-MOSFET 2 in Betrieb gesetzt wird. For the operation of the output MOSFET 2 of the semiconductor device with built-in driver current source, the LED 13 is switched on. When the LED 13 is switched on, the photodiode arrays 29 and 33 generate photo voltages. The photo voltage generated by the photodiode array 29 renders the enhancement MOSFET 32 conductive. A negative voltage is between the gate and the source of the depletion MOSFET 35 , so that the MOSFET 35 is made non-conductive. Therefore, the voltage is applied across the capacitor 3 to the gate of from passing MOSFET 2, whereby the charged gate and here again by the output MOSFET is put into operation. 2

Daher werden die mit dem Ausgangs-MOSFET 2 gekuppelten Last­ klemmen Ph und Pl verbunden. Auf diese Weise arbeitet die Halbleitervorrichtung als ein Schalter.Therefore, the load terminals Ph and Pl coupled to the output MOSFET 2 are connected. In this way, the semiconductor device works as a switch.

Um den Ausgangs-MOSFET 2 abzuschalten, wird die LED 13 aus­ geschaltet. Wenn die LED 13 ausgeschaltet wird, verschwinden die Photospannungen von beiden Diodenarrays 32 und 33, so daß der Anreicherungs-MOSFET 32 nichtleitend gemacht wird, und der Verarmungs-MOSFET 35 leitend gemacht wird. Dies führt da­ zu, daß das Anlegen der Spannung über den Kondensator 3 an das Gate des Ausgangs-MOSFET 2 unterbrochen wird. Die in dem Gate gespeicherte Ladung wird über den Verarmungs-MOSFET 35 entladen, so daß der Ausgangs-MOSFET 2 nichtleitend wird.In order to switch off the output MOSFET 2 , the LED 13 is switched off. When LED 13 is turned off, the photo voltages from both diode arrays 32 and 33 disappear, so that enhancement MOSFET 32 is rendered non-conductive and depletion MOSFET 35 is rendered conductive. As a result, the application of the voltage across the capacitor 3 to the gate of the output MOSFET 2 is interrupted. The charge stored in the gate is discharged via the depletion MOSFET 35 so that the output MOSFET 2 becomes non-conductive.

Nachstehend wird der Betrieb des Ladungsabschnitts 40 be­ schrieben. Es wird angenommen, daß eine hohe Spannung, im wesentlichen gleich der Spannung einer Laststromquelle, über den Source/Drain-Weg des Ausgangs-MOSFET 2 angelegt wird, und daß keine Ladung in dem Kondensator 3 gespeichert ist. In die­ sem Fall ist das Potential der Sourceelektrode Null, und das Potential an dem Gate des Kondensators 3 nimmt einen Wert an, der durch einen Spannungswert über der ersten Konstantspan­ nungsdiode 41 bestimmt wird. Da die Spannung zwischen dem Gate und der Source des Lade-MOSFET 5 so eingestellt wurde, daß sie den Gateschwellenwert des MOSFET 5 überschreitet, wird der Lade-MOSFET 5 leitend. Dies führt dazu, daß der Kondensator 3 durch die Spannung zwischen dem Drain und der Source des Aus­ gangs-MOSFET 2 über den Lade-MOSFET 5 und die den Umkehrstrom blockierende Diode 6 geladen wird, so daß die Elektrode 3a mit hohem Potential des Kondensators auf ein hohes Potential aufgeladen wird. Wenn der Ladevorgang weitergeht und das Po­ tential an der Elektrode 3a des Kondensators 3 mit hohem Po­ tential ansteigt, so nimmt die Spannung zwischen dem Gate und der Source des Lade-MOSFET 5 ab. Daher wird der Lade-MOSFET 5 nichtleitend, und das Aufladen des Kondensators 3 wird unter­ brochen. Der Potentialanstieg an der Elektrode 3a mit hohem Potential des Kondensators 3 hört auf. Daher wird das Poten­ tial an der Elektrode 3a mit hohem Potential des Kondensators 3 auf einem festen Wert gehalten, der im wesentlichen gleich der Differenz zwischen dem Spannungswert über der ersten Kon­ stantspannungsdiode 41 und dem Gateschwellenwert des Lade-MOSFET 5 ist. Die Spannung über dem Kondensator 3, die auf dem festen Wert gehalten wird, wird an die Stromquellen-Empfangs­ klemme 21 des Ausgangssteuerabschnitts 20 angelegt, und wird als eine Treiberstromquelle verwendet. Die in dem Kondensator 3 gespeicherte Ladung wird über die Ladung/Entladung an dem Gate des Ausgangs-MOSFET 2 entladen, so daß das Potential an der Elektrode 3a mit hohem Potential des Kondensators 3 ab­ nimmt. Allerdings wird der Kondensator in der nächsten Ruhe­ periode des Ausgangs-MOSFET 2 erneut geladen, und wird auf dem festen Wert gehalten.The operation of the charge section 40 will now be described. It is assumed that a high voltage, substantially equal to the voltage of a load current source, is applied via the source / drain path of the output MOSFET 2 and that no charge is stored in the capacitor 3 . In this case, the potential of the source electrode is zero and the potential at the gate of the capacitor 3 takes on a value which is determined by a voltage value across the first constant voltage diode 41 . Since the voltage between the gate and source of the charging MOSFET 5 has been set to exceed the gate threshold of the MOSFET 5 , the charging MOSFET 5 becomes conductive. This results in the capacitor 3 being charged by the voltage between the drain and the source of the output MOSFET 2 via the charging MOSFET 5 and the reverse current blocking diode 6 , so that the electrode 3 a with a high potential of the capacitor is charged to a high potential. If the charging process continues and the potential at the electrode 3 a of the capacitor 3 rises with a high potential, the voltage between the gate and the source of the charging MOSFET 5 decreases. Therefore, the charging MOSFET 5 becomes non-conductive and the charging of the capacitor 3 is interrupted. The increase in potential at the electrode 3 a with a high potential of the capacitor 3 stops. Therefore, the poten is held tial to the electrode 3 a high potential of the capacitor 3 at a fixed value, the stantspannungsdiode substantially equal to the difference between the voltage value to the first Kon 41 and the gate threshold value of the charging MOSFET 5 is. The voltage across the capacitor 3 , which is kept at the fixed value, is applied to the power source receiving terminal 21 of the output control section 20 , and is used as a driving power source. The charge stored in the capacitor 3 is discharged via the charge / discharge at the gate of the output MOSFET 2 , so that the potential at the electrode 3 a decreases with a high potential of the capacitor 3 . However, the capacitor is recharged in the next rest period of the output MOSFET 2 , and is kept at the fixed value.

Bei der voranstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle kann der den Strom bzw. die Leistung liefernde Kondensator zum Steuern des Ausgangs-MOSFET von einer externen Schaltung geladen werden, die als eine Last an den Ausgangs-MOSFET angeschlossen ist. Daher ist keine spe­ zielle, externe Stromversorgung (Leistungsversorgung) erfor­ derlich. Die Halbleitervorrichtung kann als eine Halbleiter­ vorrichtung verwendet werden, die eine eigene Treiberstrom­ quelle aufweist. In dieser Beziehung ist die Halbleitervor­ richtung mit eingebauter Treiberstromquelle zur Verwendung als ein Schaltelement in einer Stromquellenschaltung geeig­ net, die unabhängig von dem Steuerabschnitt der Schaltung vorgesehen ist.In the semiconductor device described above with built-in driver power source can the current or the Power supply capacitor for controlling the output MOSFET be loaded by an external circuit that acts as a load is connected to the output MOSFET. Therefore there is no special zielle, external power supply (power supply) such. The semiconductor device can be as a semiconductor device can be used with its own driver current source. In this regard, the semiconductor is direction with built-in driver power source for use suitable as a switching element in a current source circuit net, regardless of the control section of the circuit is provided.

Eine erforderliche Verbesserung bei dieser Halbleitervor­ richtung liegt in der Schaltcharakteristik. Bei der konventionellen Halbleitervorrichtung mit eingebauter Trei­ berstromquelle nimmt die Spannung zwischen der Gate- und der Sourceelektrode des Lade-MOSFET 5 ab, wenn der Ladevorgang über den Kondensator 3 weitergeht und das Potential an der Elektrode 3a mit hohem Potential zunimmt. Der MOSFET 5 weist einen Ausgang mit einer Sättigungseigenschaft auf, wie sie beispielhaft in Fig. 7 gezeigt ist. Wie daraus hervorgeht, weist er eine Konstantstromcharakteristik in dem Bereich auf, in welchem die Drain/Source-Spannung VDS hoch ist. Wie eben­ falls in Fig. 7 gezeigt ist, nimmt der Stromwert ab, wenn beispielsweise die Gate/Source-Spannung VGS von VGS6 auf VGS1 abnimmt. Daher ist bei der konventionellen Halbleiter­ vorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle die Ladungs­ fähigkeit des Lade-MOSFET 5 verringert, wenn das Laden des Kondensators 3 weitergeht und die Gate/Source-Spannung VGS abnimmt.A necessary improvement in this semiconductor device lies in the switching characteristics. In the conventional semiconductor device with a built-dri berstromquelle the voltage from between the gate and the source electrode of the charging-MOSFET 5, when the charging proceeds through the capacitor 3 and a increases, the potential at the electrode 3 with high potential. The MOSFET 5 has an output with a saturation characteristic, as is shown by way of example in FIG. 7. As can be seen, it has a constant current characteristic in the area where the drain / source voltage V DS is high. As just shown in Fig. 7, the current value decreases when, for example, the gate / source voltage V GS decreases from V GS6 to V GS1 . Therefore, in the conventional semiconductor device with built-in driver power source, the charging ability of the charging MOSFET 5 is reduced when the charging of the capacitor 3 continues and the gate / source voltage V GS decreases.

Es ist zum Beispiel wünschenswert, daß Variationen der Strom­ quellenspannung, die an den Ausgangsschaltabschnitt 10 ange­ legt wird, um den Ausgangssteuerabschnitt 20 zu treiben, un­ terdrückt werden, um die Schaltcharakteristik der Halbleiter­ vorrichtung zu verbessern. Daher müssen Variationen des Po­ tentials an der Elektrode 3a mit hohem Potential unterdrückt werden. Wenn allerdings die Kapazität des Kondensators auf einen hohen Wert gesetzt wird, um Variationen der Stromquel­ lenspannung zu unterdrücken, so wird die Ladezeit drastisch erhöht, da die Spannung VGS zwischen der Gate- und der Sourceelektrode des Lade-MOSFET 5 immer niedrig ist. Dies führt dazu, daß es unmöglich ist, den Drainstrom zu erhöhen, um den Kondensator 3 durch den Lade-MOSFET 5 aufzuladen, und die Ladezeit wird vergrößert. Wenn die Einschaltzeit des Aus­ gangs-MOSFET 2 lang ist, und seine Ausschaltzeit kurz, so wird daher der Kondensator 3 nicht ausreichend geladen. Daher fällt die Spannung zum Treiben des Ausgangssteuerabschnitts 20 ab, was zu einer unzureichenden Aufladung des Gates des Ausgangs-MOSFET 2 führt. Infolge der erhöhten Verluste, die in dem Ausgangs-MOSFET 2 erzeugt werden, ist es unmöglich, die von einem Steuersignal geforderte Schaltcharakteristik zu erhal­ ten.For example, it is desirable that variations in the power source voltage applied to the output switching section 10 to drive the output control section 20 be suppressed to improve the switching characteristic of the semiconductor device. Therefore, variations must be suppressed to the electrode 3 a high potential of the Po tentials. However, if the capacitance of the capacitor is set to a high value to suppress variations in the current source voltage, the charging time is drastically increased because the voltage V GS between the gate and source electrodes of the charging MOSFET 5 is always low. As a result, it is impossible to increase the drain current to charge the capacitor 3 through the charging MOSFET 5 , and the charging time is increased. If the on-time of the output MOSFET 2 is long and its off-time is short, the capacitor 3 is therefore not sufficiently charged. Therefore, the voltage for driving the output control section 20 drops, resulting in insufficient charging of the gate of the output MOSFET 2 . Due to the increased losses generated in the output MOSFET 2 , it is impossible to obtain the switching characteristic required by a control signal.

In einem Fall, in welchem der Lade-MOSFET eine zufriedenstel­ lende Ladefähigkelt aufweist, kann der Kondensator innerhalb der Periode ausreichend geladen werden, in welcher die Drain/Source-Spannung des Ausgangs-MOSFET 2 niedrig bleibt, unmittelbar nachdem der MOSFET 2 ausgeschaltet wurde. Daher können die in dem Lade-MOSFET 5 erzeugten Verluste verringert werden.In a case where the charging MOSFET has satisfactory charging ability, the capacitor can be sufficiently charged within the period in which the drain / source voltage of the output MOSFET 2 remains low immediately after the MOSFET 2 is turned off. Therefore, the losses generated in the charging MOSFET 5 can be reduced.

Andererseits wird in einem Fall, in welchem der Lade-MOSFET eine unzureichende Ladefähigkeit aufweist, der Kondensator 3 weiter geladen, selbst nachdem die Drain/Source-Spannung des Ausgangs-MOSFET 2 einen hohen Wert erreicht hat, nachdem der MOSFET 2 abgeschaltet wurde. Dies führt zu einer Erhöhung der in dem Lade-MOSFET 5 erzeugten Verluste.On the other hand, in a case where the charging MOSFET has insufficient charging ability, the capacitor 3 continues to charge even after the drain / source voltage of the output MOSFET 2 becomes high after the MOSFET 2 is turned off. This leads to an increase in the losses generated in the charging MOSFET 5 .

Zur Lösung der voranstehend geschilderten Probleme wurde vor­ geschlagen, daß eine Hochspannungsdiode als die Konstantspan­ nungsdiode 41 verwendet wird, so daß der Lade-MOSFET 5 den Kondensator lädt, wenn seine Gate/Source-Spannung VGS hoch ist, um die Schaltcharakteristik zu verbessern. Dies führt dazu, daß der Kondensator 3 schnell geladen wird, und daß das Potential an der Elektrode 3a hoch wird. Daher können die in dem Lade-MOSFET erzeugten, erhöhten Verluste elimi­ niert werden. Allerdings führt diese Lösung zu erhöhten Kosten der gesamten Vorrichtung. Bei dem voranstehend ge­ schilderten Aufbau werden hohe Potentiale zwischen das Gate und die Source des Ausgangs-MOSFET 2 angelegt, zwischen die korrespondierenden Elektroden des Lade-MOSFET 5, und an den Ausgangssteuerabschnitt 20. Im Ergebnis müssen Bauteile mit einer hohen Durchbruchsspannung für diese Elemente verwendet werden, wodurch die Kosten der gesamten Vorrichtung angehoben werden.To solve the above problems, it has been proposed that a high voltage diode is used as the constant voltage diode 41 so that the charging MOSFET 5 charges the capacitor when its gate / source voltage V GS is high to improve the switching characteristic. This results in that the capacitor is charged quickly 3, and that the potential at the electrode 3 is a high. Therefore, the increased losses generated in the charging MOSFET can be eliminated. However, this solution leads to increased costs of the entire device. In the above structure, high potentials are applied between the gate and source of the output MOSFET 2 , between the corresponding electrodes of the charge MOSFET 5 , and the output control section 20 . As a result, components with a high breakdown voltage must be used for these elements, which increases the cost of the entire device.

Zu einem Zeitpunkt, an welchem der Kondensator noch nicht auf eine Spannung aufgeladen ist, die zum Treiben des Aus­ gangssteuerabschnitts ausreicht, beispielsweise wenn sich die Ladung in einem Anfangszustand befindet, oder wenn die Einschaltzeit des Ausgangs-MOSFET 2 hoch ist, was zu einer ungenügenden Ladefähigkeit führt, so kann fälschlicherweise der Ausgangsschaltabschnitt infolge eines Lastpotential­ betriebs betrieben werden. Wenn die Stromquelle des Batterie­ abschnitts 30 nicht ausreichend geladen ist, so befindet sich der Verarmungs-MOSFET 35 auf einer hohen Impedanz. Wenn das Lastpotential für den Ausgangs-MOSFET 2 variiert, fließt in diesem Zustand Strom durch einen Pfad zwischen dem Drain und dem Gate des Ausgangs-MOSFET 2, der durch die Drain/Gate-Kapazität hervorgerufen wird. Daher nimmt das Gatepotential des Ausgangs-MOSFET 2 zu, und dies führt zu einer Gefahr in der Richtung, daß die Klemmen Ph und Pl kurzgeschlossen wer­ den könnten. Insbesondere wenn beispielsweise die Halbleiter­ vorrichtungen in den oberen und unteren Arm einer Brücken­ schaltung eingebaut sind, so kann das Einschalten infolge ei­ ner Potentialvariation dazu führen, daß der obere und untere Arm gleichzeitig eingeschaltet wird, wodurch ein Kurzschluß hervorgerufen wird. Daher ist es unter Sicherheitsgesichts­ punkten wünschenswert, daß eine äußerst verläßliche Schalt­ charakteristik dadurch erhalten werden kann, daß ein Einschal­ ten infolge einer Potentialvariation ausgeschaltet wird.At a time when the capacitor is not yet charged to a voltage sufficient to drive the output control section, for example, when the charge is in an initial state or when the turn-on time of the output MOSFET 2 is high, which is insufficient Load capacity leads, so the output switching section can be operated erroneously due to a load potential. If the power source of the battery section 30 is not sufficiently charged, the depletion MOSFET 35 is at a high impedance. In this state, when the load potential for the output MOSFET 2 varies, current flows through a path between the drain and the gate of the output MOSFET 2 which is caused by the drain / gate capacitance. Therefore, the gate potential of the output MOSFET 2 increases, and this leads to a danger in the direction that the terminals Ph and Pl can be short-circuited. In particular, if, for example, the semiconductor devices are built into the upper and lower arm of a bridge circuit, switching on as a result of a potential variation can result in the upper and lower arm being switched on at the same time, causing a short circuit. Therefore, from a safety point of view, it is desirable that an extremely reliable switching characteristic can be obtained by turning on a switch-off due to a potential variation.

Es wird darauf hingewiesen, daß bei der konventionellen Halbleitervorrichtung der Ladeabschnitt nur dann arbeiten kann, wenn eine ausreichende Potentialdifferenz zwischen den Lastklemmen Ph und Pl auftaucht. Wenn der Einschaltzustand des Ausgangsschaltabschnitts lang ist, veranlaßt daher ein Leckstrom von den Dioden, MOSFETs und anderen Bauteilen in dem Ausgangssteuerabschnitt die Spannung über den Kondensa­ tor des Batterieabschnitts zu einer Abnahme. Zusätzlich neigt das Aufladen des Kondensators zu einer Beendigung, wenn der Lade-MOSFET wieder eingeschaltet wird. Daher wird das Gate des Ausgangs-MOSFET 2 unzureichend aufgeladen, was die Verluste in dem Ausgangs-MOSFET 2 erhöht. Daher ist es schwierig, die durch das Steuersignal festgelegte Schaltcharakteristik zu er­ halten.It should be noted that in the conventional semiconductor device, the charging section can work only when there is a sufficient potential difference between the load terminals Ph and Pl. Therefore, when the on state of the output switching section is long, leakage current from the diodes, MOSFETs and other components in the output control section causes the voltage across the capacitor of the battery section to decrease. In addition, the charging of the capacitor tends to stop when the charging MOSFET is turned on again. Therefore, the gate of the output MOSFET 2 is undercharged, which increases the losses in the output MOSFET 2 . Therefore, it is difficult to maintain the switching characteristic set by the control signal.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der voranstehend beschriebenen Umstände entwickelt und weist den Vorteil auf, daß sie ohne Verwendung von Elementen mit einer hohen Durchbruchsspannung eine Halbleitervorrichtung mit ein­ gebauter Treiberstromquelle zur Verfügung stellt, welche ver­ läßlich im Betrieb ist, kostengünstig herstellbar, und gute Schalteigenschaften aufweist, und bei welcher nicht die Mög­ lichkeit eines fehlerhaften Betriebs besteht, der durch eine unzureichende Stromquellenspannung hervorgerufen wird, und welche schnell eine vorgeschriebene Treiberstromquellenspan­ nung erreichen kann, selbst wenn das Ausgangs-Halbleiterele­ ment mit isoliertem Gate eine hohe Einschaltzeit aufweist.The present invention has been made in consideration of the Circumstances described above developed and indicates the Advantage on that they can be used without using elements with a high breakdown voltage with a semiconductor device built driver power source available, which ver is casual in operation, inexpensive to manufacture, and good Has switching properties, and in which not the poss there is a faulty operation caused by a insufficient power source voltage is caused, and which quickly becomes a prescribed driver current source span can achieve even if the output semiconductor element with an insulated gate has a high switch-on time.

Zur Erzielung dieser Vorteile weist gemäß der Zielrichtung der vorliegenden Erfindung, wie sie hier beschrieben und verwirklicht ist, die Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle gemäß der vorliegenden Erfindung eine Aus­ gangsschalteinrichtung auf, um Leistung zwischen ersten und zweiten Klemmen außerhalb der Halbleitervorrichtung zu schal­ ten, eine Ausgangssteuereinrichtung zum Steuern der Ausgangs­ schalteinrichtung in Reaktion auf ein Eingangssteuersignal, eine Batterieeinrichtung zur Zuführung von Treiberstrom zu der Ausgangssteuereinrichtung, eine Ladeeinrichtung zum Laden der Batterieeinrichtung von einer außerhalb der Halbleiter­ vorrichtung angeordneten Schaltung, wobei die Ladeeinrichtung eine Konstantstrom-Ausgangseinrichtung aufweist, die mit der externen Schaltung verbunden ist, um ein Referenzladungspoten­ tial zur Verfügung zu stellen, eine Ladungsschalteinrichtung zum Leiten eines Ladestroms zu der Batterieeinrichtung von der externen Schaltung in Reaktion auf das Referenzladungspoten­ tial, und eine Ladungsbeendigungseinrichtung zum Ausschalten der Ladeschalteinrichtung, wenn ein Ladepotential der Batte­ rieeinrichtung einen vorbestimmten Ladungspotentialpegel er­ reicht, wodurch eine übermäßige Aufladung der Batterieeinrich­ tung vermieden wird.To achieve these benefits points according to the goal of the present invention as described herein and is realized, the semiconductor device with built-in Driver power source off according to the present invention gear shifting device to provide performance between first and to clamp second terminals outside the semiconductor device an output control device for controlling the output switching device in response to an input control signal, a battery device for supplying driver current  the output control device, a charging device for charging the battery device from an outside of the semiconductors Device arranged circuit, the charger has a constant current output device which with the external circuit is connected to a reference charge potential tial to provide a charge switching device for conducting a charging current to the battery device from the external circuit in response to the reference charge potential tial, and a charge termination device to turn off the charging switching device when a charging potential of the battery rieeinrichtung a predetermined charge potential level enough, which leads to excessive charging of the battery tion is avoided.

Wenn bei der Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiber­ stromquelle die Ladungsschalteinrichtung ein Kalbleiterelement mit isoliertem Gate ist, welches das Ladungsreferenzpotential als ein Gatepotential empfängt, so kann die Ladungsbeendi­ gungseinrichtung eine Ladungspotential-Ermittlungseinrichtung aufweisen, um ein Ladungspotential der Batterieeinrichtung zu ermitteln, und eine Schalterumgehungseinrichtung, die mit dem Gate des Halbleiterelements mit isoliertem Gate verbunden ist, um die Konstantspannungs-Ausgangseinrichtung zu umgehen, wenn das ermittelte Ladungspotential der Batterieeinrichtung den vorbestimmten Pegel erreicht, um das Referenzladungspotential auf einen Pegel einzustellen, der ausreicht, das Halbleiter­ element abzuschalten.If the semiconductor device with built-in driver current source, the charge switching device a calf conductor element with an insulated gate, which is the charge reference potential as a gate potential, the charge termination can supply device a charge potential determination device to have a charge potential of the battery device detect, and a switch bypass device that with the Gate of the semiconductor element is connected to the insulated gate, to bypass the constant voltage output device if the determined charge potential of the battery device predetermined level reached the reference charge potential to set a level sufficient for the semiconductor switch off element.

Zur Vermeidung eines fehlerhaften Betriebs, wenn das Ladungs­ potential noch nicht ausreichend ist, ist es wirksam, zusätz­ lich eine Sperreinrichtung zu verwenden, um die Ausgangs­ schalteinrichtung zu sperren, wenn das Ladungspotential der Batterieeinrichtung geringer ist als der vorbestimmte Ladungs­ potentialpegel. To avoid faulty operation when the cargo potential is not sufficient, it is effective to add Lich to use a locking device to exit switch device to block when the charge potential of the Battery device is less than the predetermined charge potential level.  

Zur Verringerung des Spannungsabfalls in dem Batterieab­ schnitt, wenn die Ausgangssteuereinrichtung eine lichtemittie­ rende Einrichtung aufweist, um Licht in Reaktion auf das Ein­ gangssteuersignal auszusenden, und eine Photospannungs-Erzeu­ gungseinrichtung aufweist, um eine Photospannung in Reaktion auf das ausgesandte Licht zu erzeugen, kann die Ladungsein­ richtung eine Einrichtung zum Hinleiten zumindest eines Teils der Photospannung zu der Batterieeinrichtung aufweisen, um die Batterieeinrichtung zu laden. Weiterhin weist die Ausgangs­ steuereinrichtung vorzugsweise eine Einrichtung auf, um die Photospannung in ein Ausgangssteuersignal umzuwandeln, und ei­ ne Einrichtung zur Übertragung des Ausgangssteuersignals an die Ausgangsschalteinrichtung. Zusätzlich kann die lichtemit­ tierende Einrichtung eine LED aufweisen, und die Photospan­ nungs-Erzeugungseinrichtung kann einen Phototransistorarray aufweisen.To reduce the voltage drop in the battery cut when the output control device emits light means to light in response to the on gear control signal to send out, and a photo voltage generator has a photo voltage in response to generate the emitted light can be the charge direction a device for guiding at least a part the photo voltage to the battery device to the Charge battery device. Furthermore, the exit points control device preferably a device to the Convert photo voltage into an output control signal, and ei ne device for transmitting the output control signal the output switching device. In addition, the light tating device have an LED, and the Photospan The voltage generating device can be a phototransistor array exhibit.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestell­ ter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen sich (einschließlich der in den Zeichnungen dargestellten Merkmale) weitere Vorteile und Merkmale ergeben.The invention is illustrated below with reference to drawings ter exemplary embodiments explained in more detail, from which (including the features shown in the drawings) result in further advantages and features.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 ein Schaltbild mit einer Darstellung der Schaltung einer Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiber­ stromquelle gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 is a circuit diagram showing the circuit of a semiconductor device with built-in driver current source according to a first embodiment of the present invention;

Fig. 2 ein Zeitablaufdiagramm, welches nützlich ist zur Er­ läuterung des Betriebes der Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle, die in Fig. 1 gezeigt ist; FIG. 2 is a timing chart useful for explaining the operation of the semiconductor device with built-in drive power source shown in FIG. 1;

Fig. 3 ein Schaltbild einer Halbleitervorrichtung mit ein­ gebauter Treiberstromquelle gemäß einer zweiten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 is a circuit diagram of a semiconductor device with a built driver current source according to a second embodiment of the present invention;

Fig. 4 ein Schaltbild einer Halbleitervorrichtung mit ein­ gebauter Treiberstromquelle gemäß einer dritten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 4 is a circuit diagram of a semiconductor device with a built driver current source according to a third embodiment of the present invention;

Fig. 5 ein Schaltbild einer Halbleitervorrichtung mit ein­ gebauter Treiberstromquelle gemäß einer vierten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 5 is a circuit diagram of a semiconductor device with a built driving power source according to a fourth imple mentation of the present invention;

Fig. 6 ein Schaltbild einer konventionellen Halbleitervor­ richtung mit eingebauter Treiberstromquelle; und Fig. 6 is a circuit diagram of a conventional Halbleitervor device with built-in drive power source; and

Fig. 7 einen Graphen, der ein Beispiel der Ausgangseigen­ schaften der konventionellen Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle zeigt. Fig. 7 is a graph of the properties an example of the output internal showing the conventional semiconductor device having built-in drive power source.

Bei der Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstrom­ quelle gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Ausgangs­ schaltabschnitt mit einem Schaltelement aufgebaut sein, bei­ spielsweise mit einem Leistungstransistor und einem Halblei­ terelement mit isoliertem Gate. Wenn eine hohe Kapazität und eine hohe Schaltgeschwindigkeit erwünscht sind, so ist es wünschenswert, das Halbleiterelement mit isoliertem Gate bei dem Ausgangsschaltabschnitt einzusetzen.In the semiconductor device with built-in drive current source according to the present invention can be the output switching section to be constructed with a switching element, at for example with a power transistor and a half lead Insulated gate element. If high capacity and a high switching speed is desired, so it is desirable to include the insulated gate semiconductor element the output switching section.

In diesem Fall ist der Ausgangsschaltabschnitt ein Ausgangs­ halbleiterelement mit isoliertem Gate. Der Ausgangssteuerab­ schnitt ist eine Gatetreiberschaltung zum Laden und Entladen des Gates des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate. Der Batterieabschnitt ist ein Kondensator für die Zufuhr einer Stromquelle an die Gatetreiberschaltung. Der Ladungs­ abschnitt ist eine Ladungsschaltung zum Aufladen des Konden­ sators mit einer Spannung zwischen der Drainelektrode und der Sourceelektrode des Ausgangs-Halbleiterelementes mit iso­ liertem Gate. Die Ladungsschaltung weist ein ladendes Halb­ leiterelement sowie eine Umkehrstrom-Blockierdiode auf, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und den Kondensator ge­ schaltet sind, sowie einen Widerstand und eine erste Konstant­ spannungsdiode, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und die Sourceelektrode geschaltet sind. Die Anode der ersten Konstantspannungsdiode ist mit der Sourceelektrode des Aus­ gangshalbleiterelementes mit isoliertem Gate verbunden, und die Kathode der ersten Konstantspannungsdiode ist an das Gate des aufladenden Halbleiterelementes und an den Widerstand an­ geschlossen. Die Ladungsschaltung weist ein kurzschließendes Halbleiterelement auf, welches mit dem Gate mit der Seite hohen Potentials des Kondensators über eine zweite Konstant­ spannungsdiode verbunden ist, die entsprechend der Spannung über den Kondensator schaltet, und zumindest einen Teil der ersten Konstantspannungsdiode kurzschließt, wenn das Halb­ leiterelement leitend ist.In this case, the output switching section is an output insulated gate semiconductor element. The exit tax section is a gate driver circuit for charging and discharging the gate of the output insulated gate semiconductor element. The battery section is a condenser for supply  a current source to the gate driver circuit. The cargo section is a charging circuit for charging the condenser sators with a voltage between the drain electrode and the source electrode of the output semiconductor element with iso gated gate. The charging circuit has a charging half conductor element and a reverse current blocking diode on the in series between the drain electrode and the capacitor ge are switched, as well as a resistor and a first constant voltage diode connected in series between the drain electrode and the source electrode is connected. The anode of the first Constant voltage diode is off with the source electrode connected semiconductor element with an insulated gate, and the cathode of the first constant voltage diode is at the gate of the charging semiconductor element and to the resistor closed. The charge circuit has a short circuit Semiconductor element on which with the gate with the side high potential of the capacitor via a second constant voltage diode is connected which corresponds to the voltage switches across the capacitor, and at least part of the first constant voltage diode shorts when the half conductor element is conductive.

Das kurzschließende Halbleiterelement kann ein NPN-Transistor sein, dessen Basis mit der Anode der zweiten Konstantspan­ nungsdiode verbunden ist. Alternativ hierzu kann das kurz­ schließende Halbleiterelement ein Halbleiterelement mit iso­ liertem Gate sein. In diesem Fall ist die Anode der zweiten Konstantspannungsdiode über einen Widerstand mit der Source­ elektrode des kurzschließenden Halbleiterelementes mit iso­ liertem Gate verbunden, und die Kathode der zweiten Konstant­ spannungsdiode ist mit dem Gate des kurzschließenden Halblei­ terelementes mit isoliertem Gate verbunden.The short-circuiting semiconductor element can be an NPN transistor its base with the anode of the second constant chip voltage diode is connected. Alternatively, this can be brief closing semiconductor element is a semiconductor element with iso gated gate. In this case the anode is the second Constant voltage diode through a resistor with the source electrode of the short-circuiting semiconductor element with iso gated gate, and the cathode of the second constant voltage diode is with the gate of the short-circuiting half lead Terelementes connected to an insulated gate.

Wie voranstehend beschrieben kann bei der vorliegenden Erfindung der Ladebetrieb des Ladeabschnitts zwangsweise be­ endet werden. Daher kann das Ladungsreferenzpotential, welches an die Ladungsschalteinrichtung angelegt wird, so ausgewählt werden, daß es deren Ladungsfähigkeit erhöht. Ein Halbleiter­ element mit isoliertem Gate, welches ein Gate aufweist, an welches beispielsweise das Ladungsreferenzpotential angelegt wird, arbeitet als eine Ladungsschalteinrichtung zur Beendi­ gung des Ladungsvorganges bei einem durch das Ladungsreferenz­ potential vorgeschriebenem Ladungspotential. Wenn das Ladungs­ potential des Batterieabschnitts ein vorgeschriebenes Poten­ tial erreicht, muß bei der konventionellen Vorrichtung das Halbleiterelement mit isoliertem Gate geöffnet werden. Hier­ aus ergibt sich eine nicht ausreichende Ladung, da die Diffe­ renz des Potentials des Batterieabschnitts und des Ladungs­ referenzpotentials nicht groß sein kann. Im Gegensatz hierzu kann bei der Ladungsschalteinrichtung in der Halbleitervor­ richtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Batterieab­ schnitt auf ein vorgeschriebenes Ladungspotential aufgeladen werden. Daher kann die Ladungsfähigkeit der Ladungsschaltein­ richtung dadurch verbessert werden, daß ein genügend hohes Ladungsreferenzpotential an das Halbleiterelement mit iso­ liertem Gate angelegt wird.As described above, the present  Invention of the loading operation of the loading section forcibly be ends. Therefore, the charge reference potential which is applied to the charge switching device, selected be that it increases their charging capacity. A semiconductor Insulated gate element having a gate which, for example, applies the charge reference potential operates as a charge switch for termination delivery of the charge process at a through the charge reference prescribed charge potential. If the cargo potential of the battery section is a prescribed potential tial reached, must in the conventional device Insulated gate semiconductor element can be opened. Here this results in an insufficient charge because the diffe limit of the potential of the battery section and the charge reference potential cannot be large. In contrast to this can be used in the charge switching device in the semiconductor device according to the present invention of the battery cut to a prescribed charge potential will. Therefore, the charge capability of the charge switch can be direction can be improved in that a sufficiently high Charge reference potential to the semiconductor element with iso gated gate is created.

Die Ladebeendigungseinrichtung kann eine Schalterumgehungs­ schaltung sein, die so arbeitet, daß dann, wenn das geladene Potential ein vorbestimmtes Potential erreicht, die Konstant­ spannungs-Ausgangseinrichtung nach einer Ermittlung durch die Ermittlungsschaltung für das aufgeladene Potential umgan­ gen wird, um das Referenzladungspotential heraufzuziehen oder abzusenken, auf das Potential, bei welchem die Halbleiterele­ ment-Ladungsschaltereinrichtung mit isoliertem Gate geöffnet wird.The charging termination device can be a switch bypass be circuit that works so that when the loaded Potential reaches a predetermined potential, the constant voltage output device after a determination by bypassed the determination circuit for the charged potential to raise the reference charge potential or lower to the potential at which the semiconductor element ment charge switch device opened with insulated gate becomes.

Wenn das Ladungspotential noch nicht ausreichend ist, so wird der Ausgangsschaltabschnitt zwangsweise in einen nicht betriebsfähigen Zustand versetzt mit Hilfe der Sperreinrich­ tung, wodurch der fehlerhafte Betrieb des Ausgangsschaltab­ schnittes infolge eines unzureichenden Ladungspotentials ver­ hindert wird. Wenn der Ausgangsschaltabschnitt mit dem Halb­ leiterelement mit isoliertem Gate aufgebaut ist, so wird vorzugsweise ein Komparator oder ein Schaltelement als eine Sperreinrichtung verwendet, um das Gatepotential herauf- oder herunterzuziehen, so daß das Halbleiterelement mit isoliertem Gate geöffnet wird, wenn das Ladungspotential des Batterie­ abschnitts nicht ein vorgeschriebenes Ladungspotential er­ reicht.If the charge potential is not yet sufficient, then so  the output switching section is not forcibly into one operational condition offset with the help of the lockout device device, causing the incorrect operation of the output switching cut due to insufficient charge potential is prevented. If the output switching section with the half conductor element is constructed with an insulated gate, so preferably a comparator or a switching element as one Locking device used to increase or increase the gate potential pull down so that the semiconductor element with insulated Gate is opened when the charge potential of the battery section does not have a prescribed charge potential enough.

Wenn ein Lichtausgangssteuerabschnitt verwendet wird, so ver­ anlaßt Licht von der Licht aussendenden Einrichtung die Photo­ spannungs-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Ladung in Reaktion auf das Licht. Der Spannungsabfall über den Batte­ rieabschnitt kann dadurch minimalisiert werden, daß die er­ zeugte Ladung dem Batterieabschnitt zugeführt wird. Selbst wenn der Ausgangsschaltabschnitt über einen längeren Zeitraum nicht benutzt wird, kann daher die Photospannungs-Erzeugungs­ einrichtung den Spannungsabfall über den Batterieabschnitt kompensieren, der durch den Leckstrom verursacht wird.If a light output control section is used, ver light from the light emitting device causes the photo voltage generating device for generating charge in Response to the light. The voltage drop across the Batte Rie section can be minimized by the fact that he witnessed charge is supplied to the battery section. Self if the output switching section for a long period of time is not used, therefore the photo voltage generation device the voltage drop across the battery section compensate for the leakage current.

Bei der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Fall, in welchem ein Kondensator für den Batterieab­ schnitt verwendet wird, das Ladungspotential über den Konden­ sator durch eine Ladungspotential-Ermittlungsschaltung fest­ gestellt, die eine zweite Konstantspannungsdiode aufweist. An einem Punkt während des Ladungsvorganges, wenn die Kondensa­ torspannung ansteigt, um einen Wert zu erreichen, der durch den Konstantspannungswert der zweiten Konstantspannungsdiode vorgeschrieben ist, wird eine Schalterumgehungsschaltung ver­ wendet, die einen kurzschließenden Halbleiter aufweist, um die Ladung zu beenden. Wenn die Kondensatorspannung den vor­ bestimmten Wert erreicht, so schaltet das kurzschließende Halbleiterelement ein und schließt die erste Konstantspan­ nungsdiode vollständig oder teilweise kurz. Dies führt dazu, daß das Gatepotential des aufladenden Halbleiterelements ver­ ringert wird, um das Gate/Source-Potential des aufladenden Halbleiterelements unter dessen Schwellenwert zu verringern. Auf diese Weise wird das aufladende Halbleiterelement zwangs­ weise in einen nicht betriebsfähigen Zustand versetzt, wo­ durch der Betriebsablauf der Ladung des Kondensators angehal­ ten wird. Selbst wenn die Einschaltzeit des Ausgangs-Halblei­ terelementes mit isoliertem Gate lang und die Ruheperiode kurz ist, kann daher die Treiberstromquellenspannung für die Treiberschaltung auf einem vorgeschriebenen Wert gehalten wer­ den. Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Er­ findung werden nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.In the arrangement according to the present invention, in a case where a capacitor for the battery cut is used, the charge potential across the condensers sator by a charge potential detection circuit provided, which has a second constant voltage diode. At a point during the charging process when the condensate gate voltage increases in order to reach a value which is determined by the constant voltage value of the second constant voltage diode a switch bypass circuit is required turns around, which has a short-circuiting semiconductor  to end the charge. If the capacitor voltage before reached certain value, the short-circuiting switches Semiconductor element and includes the first constant chip voltage diode completely or partially briefly. This leads to, that the gate potential of the charging semiconductor element ver is reduced to the gate / source potential of the charging Semiconductor element to decrease below its threshold. In this way, the charging semiconductor element is forced wisely put in an inoperable state where due to the operational process of charging the capacitor will. Even if the turn-on time of the output half lead Insulated gate element and the rest period is short, therefore the driver current source voltage for the Driver circuit kept at a prescribed value the. The preferred embodiments of the present Er Invention are attached below with reference to the Figures described.

Erste AusführungsformFirst embodiment

Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung einer Halbleitervorrich­ tung mit eingebauter Treiberstromquelle gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Halbleiter­ vorrichtung 1 mit eingebauter Treiberstromquelle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet einen IGBT 22 und ist als eine Hochgeschwindigkeits-Schaltvorrichtung zur Bewältigung eines hohen Stroms ausgelegt. Die Halbleitervorrichtung be­ steht aus einem Ausgangsschaltabschnitt 10 einschließlich des IGBT 22, einem Ausgangssteuerabschnitt 20 zur Betätigung des Ausgangsschaltabschnitts 10, einem Batterieabschnitt 30 zur Zuführung einer Treiberstromquelle an den Ausgangssteuer­ abschnitt 20, und einem Ladungsabschnitt 40 zum Aufladen des Batterieabschnitts 30. Fig. 1 shows the circuit arrangement of a semiconductor device with built-in driver current source according to a first embodiment of the present invention. The semiconductor device 1 with built-in drive power source according to the present invention uses an IGBT 22 and is designed as a high-speed switching device for coping with a high current. The semiconductor device consists of an output switching section 10 including the IGBT 22 , an output control section 20 for actuating the output switching section 10 , a battery section 30 for supplying a driving current source to the output control section 20 , and a charging section 40 for charging the battery section 30 .

Der Ausgangssteuerabschnitt 20 der Halbleitervorrichtung 1 arbeitet so, daß er elektrisch eine Steuerschaltung einer Steuereinheit zum Steuern der Halbleitervorrichtung 1 von der Halbleitervorrichtung 1 abtrennt, und die Übertragung vom Rauschen an die Steuereinheit verhindert. Zu diesem Zweck weist der Ausgangssteuerabschnitt 20 eine lichtemittierende Schaltung 55 auf einschließlich einer LED 13, einer Photo­ spannungserzeugungsschaltung 56 zur Erzeugung einer Photo­ spannung in Reaktion auf Licht von der lichtemittierenden Schaltung 55, Invertierer 57 und 58 zum Verstärken der empfan­ genen Photospannung, und zum Anlegen der verstärkten Span­ nung an das IGBT 22 als ein Ausgangssteuersignal, und eine Sperrschaltung 59 zum Zurücksetzen des Ausgangssteuersignals auf einen niedrigen Wert, wenn die Spannung zum Treiben des Ausgangssteuerabschnitts 20 unterhalb eines vorbestimmten Potentials Vth liegt, um das IGBT 22 zu sperren.The output control section 20 of the semiconductor device 1 operates to electrically disconnect a control circuit of a control unit for controlling the semiconductor device 1 from the semiconductor device 1 and to prevent the transmission of noise to the control unit. For this purpose, the output control section 20 has a light emitting circuit 55 including an LED 13 , a photo voltage generating circuit 56 for generating a photo voltage in response to light from the light emitting circuit 55 , inverters 57 and 58 for amplifying the received photo voltage, and for applying of the amplified voltage to the IGBT 22 as an output control signal, and a latch circuit 59 for resetting the output control signal to a low value when the voltage for driving the output control section 20 is below a predetermined potential Vth to lock the IGBT 22 .

Die Photospannungserzeugungsschaltung 56 gemäß der vorliegen­ den Ausführungsform verwendet einen Photodiodenarray 51 zur Erzeugung einer Photospannung in Reaktion auf Licht von der LED 13. Wenn die LED 13 Licht aussendet, so kann der Dioden­ array eine Photospannung V5 erzeugen. Da die Elektrode 51a mit hohem Potential des Photodiodenarrays 51 mit den Gateelek­ troden von MOSFETs 17a und 18a verbunden ist, wirken diese MOSFETs so zusammen, daß sie den Invertierer 57 bilden, der mit Treiberstrom von dem Batterieabschnitt 30 versorgt wird. Die Gateelektroden der MOSFETs 17a und 18a sind mit einer Lastklemme Pl gekuppelt, die über einen Widerstand 27 an die Seite geringeren Potentials einer Last geschaltet ist. Durch diese Verbindung wird eine Photospannung erzeugt, wenn die LED 13 Licht aussendet, so daß sich der Eingang des Invertie­ rers 57 auf hohem Potential befindet, und der Eingang des Invertierers 58, der das Ausgangssignal des Invertierers 57 empfängt, sich auf niedrigem Potential befindet. Daher nimmt der Ausgang des Invertierers 58 ein hohes Potential an, und das IGBT 22, welches mit dem Ausgang des Invertierers 58 ge­ kuppelt ist, wird leitend. Wenn die LED 13 Licht aussendet und der Photodiodenarray 51 eine Photospannung erzeugt, wird bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausfüh­ rungsform das IGBT 22 durch die Invertierer 57 und 58 getrie­ ben. Selbst wenn die Photospannung von dem Photodiodenarray 51 nicht groß ist und es nicht schafft, das IGBT 22 zu trei­ ben, kann daher eine genügend hohe Leistung, um die Gateelek­ trode des IGBT 22 aufzuladen, von dem Batterieabschnitt 30 zu­ geführt werden. Daher kann ein Schaltvorgang mit außerordent­ lich hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden. Die Seite 51a mit hohem Potential des Photodiodenarrays 51 ist weiterhin mit der Elektrode 3a mit hohem Potential des Kondensators 3 über eine Diode 53 verbunden. Wenn die LED 13 Licht aussendet, kann daher dem Batterieabschnitt 30 durch die Photospannung des Photodiodenarrays 51 Strom zugeführt werden.The photo voltage generation circuit 56 according to the present embodiment uses a photodiode array 51 to generate a photo voltage in response to light from the LED 13 . If the LED 13 emits light, the diode array can generate a photo voltage V 5 . Since the electrode 51 a with high potential of the photodiode array 51 is connected to the gate electrodes of MOSFETs 17 a and 18 a, these MOSFETs work together so that they form the inverter 57 , which is supplied with driving current from the battery section 30 . The gate electrodes of the MOSFETs 17 a and 18 a are coupled to a load terminal Pl, which is connected via a resistor 27 to the lower potential side of a load. Through this connection, a photo voltage is generated when the LED 13 emits light so that the input of the inverter 57 is at a high potential and the input of the inverter 58 , which receives the output signal of the inverter 57 , is at a low potential. Therefore, the output of inverter 58 assumes a high potential, and the IGBT 22 , which is coupled to the output of inverter 58 , becomes conductive. In the semiconductor device according to the present embodiment, when the LED 13 emits light and the photodiode array 51 generates a photo voltage, the IGBT 22 is driven by the inverters 57 and 58 . Therefore, even if the photo voltage from the photodiode array 51 is not large and does not manage to drive the IGBT 22 , a sufficiently high power to charge the gate electrode of the IGBT 22 can be supplied from the battery section 30 . Therefore, a switching operation can be carried out at an extraordinarily high speed. The side 51 a with high potential of the photodiode array 51 is further connected to the electrode 3 a with high potential of the capacitor 3 via a diode 53 . Therefore, when the LED 13 emits light, the battery section 30 can be supplied with current by the photo voltage of the photodiode array 51 .

Wenn die LED 13 ausgeschaltet wird, so erzeugt der Photodio­ denarray 51 keine Photospannung, so daß über den Widerstand 27 ein niedriges Potential dem Eingang des Invertierers 57 zu­ geführt wird. Daher nimmt der Ausgang des Invertierers 58 ein niedriges Potential an, und der IGBT 22 wird geöffnet.When the LED 13 is switched off, the photodiode array 51 does not generate any photo voltage, so that a low potential is fed to the input of the inverter 57 via the resistor 27 . Therefore, the output of inverter 58 assumes a low potential and the IGBT 22 is opened.

Die Sperrschaltung 59 ist in dem Ausgangssteuerabschnitt 20 enthalten. Die Sperrschaltung 59 weist einen P-Kanal-MOSFET 54 auf, der mit einer Gateelektrode versehen ist, welche ein hohes Potential von dem Batterieabschnitt 30 empfängt. Die Sourceelektrode des P-Kanal-MOSFET 54 ist mit der Lastklemme Pl verbunden, die als eine Klemme mit niedrigem Potential dient, und die Drainelektrode des MOSFET 54 ist an die Gate­ elektrode des IGBT 22 angeschlossen. Durch die Anschlüsse des MOSFET befindet sich, wenn das Potential des Batterieab­ schnitts 30 unter der Schwellenspannung Vth des P-Kanal-MOSFET 54 liegt, der MOSFET in einem leitenden Zustand, und das Gatepotential des IGBT 22 ist auf einem niedrigen Poten­ tial fixiert. Selbst wenn das Potential des Batterieabschnitts 30 nicht dazu ausreicht, die Invertierer 57 und 58 zu treiben, wird daher das Gatepotential des IGBT 22 auf einem niedrigen Potential fixiert, wodurch ein Zustand des Transistors mit offenem Kollektor vermieden wird. Daher wird das IGBT 22 in einen offenen Zustand versetzt, wenn das Potential des Batte­ rieabschnitts 30 niedrig ist. Selbst wenn eine abrupte Poten­ tialänderung in der Last des IGBT 22 auftritt, wird daher der IGBT 22 nicht eingeschaltet. Wenn der Batterieabschnitt 30 auf das geforderte Potential aufgeladen wurde und nunmehr hoch liegt, so befindet sich der P-Kanal-MOSFET 54 in einem ausgeschalteten Zustand. In diesem Zustand hat er keinen Ein­ fluß auf das Gatepotential des IGBT 22. Befindet sich der Batterieabschnitt 30 auf hohem Potential, so befindet sich der P-Kanal-MOSFET 54 in einem ausgeschalteten Zustand. Da­ her wird die in dem Batterieabschnitt 30 gespeicherte Ladung aus dem Batterieabschnitt nicht durch den P-Kanal-MOSFET 54 entladen. Wenn die Stromquelle des Batterieabschnitts 30 nicht ausreichend geladen wurde, hat daher die Sperrschaltung 59 keinen Einfluß auf die Halbleitervorrichtung.The latch circuit 59 is included in the output control section 20 . The blocking circuit 59 has a P-channel MOSFET 54 which is provided with a gate electrode which receives a high potential from the battery section 30 . The source electrode of the P-channel MOSFET 54 is connected to the load terminal Pl, which serves as a low potential terminal, and the drain electrode of the MOSFET 54 is connected to the gate electrode of the IGBT 22 . Through the connections of the MOSFET, when the potential of the battery section 30 is below the threshold voltage Vth of the P-channel MOSFET 54 , the MOSFET is in a conductive state and the gate potential of the IGBT 22 is fixed at a low potential. Therefore, even if the potential of the battery section 30 is not sufficient to drive the inverters 57 and 58 , the gate potential of the IGBT 22 is fixed at a low potential, thereby avoiding a state of the open collector transistor. Therefore, the IGBT 22 is placed in an open state when the potential of the battery portion 30 is low. Therefore, even if an abrupt potential change occurs in the load of the IGBT 22 , the IGBT 22 is not turned on. When the battery section 30 has been charged to the required potential and is now high, the P-channel MOSFET 54 is in an off state. In this state, it has no influence on the gate potential of the IGBT 22 . If the battery section 30 is at a high potential, the P-channel MOSFET 54 is in a switched-off state. Therefore, the charge stored in the battery section 30 is not discharged from the battery section by the P-channel MOSFET 54 . Therefore, when the power source of the battery section 30 has not been sufficiently charged, the blocking circuit 59 has no influence on the semiconductor device.

In der Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstrom­ quelle gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird Strom (Leistung) dem Ausgangssteuerabschnitt 20 von dem Batterie­ abschnitt 30 unter Verwendung des Kondensators 3 als eine Batterieeinrichtung zugeführt. Der Batterieabschnitt 30 wird durch den Ladeabschnitt 40 von einer Lastschaltung aus gela­ den, die mit den Ausgangsklemmen Ph und Pl der Halbleitervor­ richtung 1 verbunden ist. Der Ladungsabschnitt 40 bei der vor­ liegenden Ausführungsform weist eine Ladungsschalter-Schaltung 42 zur Zuführung von Strom von der Lastschaltung zu dem Bat­ terieabschnitt 30 auf, eine Konstantspannungsschaltung 43 zur Erzeugung des Ladungsreferenzpotentials V2, um die Ladungs­ schalter-Schaltung 42 zu steuern, eine Ladungspotentialermitt­ lungsschaltung 45 zur Ermittlung des Potentials des Batterie­ abschnitts 30, und eine Schalterumgehungsschaltung 44, um das Ladungsreferenzpotential V2 auf der Grundlage der Ermitt­ lung durch die Ladungspotential-Ermittlungsschaltung 45 zu ändern.In the semiconductor device with built-in drive current source according to the present embodiment, current (power) is supplied to the output control section 20 from the battery section 30 using the capacitor 3 as a battery device. The battery section 30 is loaded by the charging section 40 from a load circuit which is connected to the output terminals Ph and Pl of the semiconductor device 1 . The charge section 40 in the present embodiment has a charge switch circuit 42 for supplying current from the load circuit to the battery section 30 , a constant voltage circuit 43 for generating the charge reference potential V 2 in order to control the charge switch circuit 42 , and determine a charge potential averaging circuit 45 for determining the potential of the battery section 30, and a switch bypass circuit 44 to the charge reference potential V 2 on the basis of the lung Determined by the 45 to change charge potential detection circuit.

Die Ladungsschalter-Schaltung 42 weist einen Ladungs-IGBT 23 auf, der an dem Kollektor mit der Lastklemme Ph verbunden ist, die ebenfalls an die Seite hohen Potentials der Lastschaltung angeschlossen ist. Der Emitter des Ladungs-IGBT 23 ist über die Umkehrstrom-Blockierdiode 6 mit der Elektrode 3a hohen Potentials des Batterieabschnitts 30 verbunden. Wenn der Ladungs-IGBT 23 leitend ist, wird daher der Kondensator 3 geladen. Die Konstantspannungsschaltung 43 zum Steuern des Gatepotentials des Ladungs-IGBT 23 weist einen Widerstand 7 auf, eine Umkehrstrom-Blockierdiode 8, und eine erste Kon­ stantspannungsdiode 41, die in dieser Reihenfolge von der Lastklemme Ph aus angeordnet sind. Die erste Konstantspan­ nungsdiode 41 kann eine Konstantspannung V2 zur Verfügung stellen, und die Seite hohen Potentials der Diode 41 ist an die Gateelektrode des Ladungs-IGBT 23 angeschlossen. Wenn daher eine Spannung V1, die ein Potential oberhalb einer vor­ bestimmten konstanten Spannung V2 aufweist, an die Diode 41 und an die Konstantspannungsschaltung 43 angelegt wird, so wird das Gate des Ladungs-IGBT 23 auf der konstanten Spannung V2 gehalten. Ist die konstante Spannung V2 gleich oder größer als die Schwellenspannung des Ladungs-IGBT 23, so ist der Ladungs-IGBT leitend, und der Ladevorgang beginnt. Wie bei dem Lade-MOSFET 5 nach dem Stand der Technik ist es wünschens­ wert, die Differenz zwischen dem Gatepotential und dem Emit­ terpotential des Lade-IGBT 23 zu erhöhen, um den Ladestrom zu vergrößern, um hierdurch die Ladezeit zu verringern. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die konstante Spannung V2 so eingestellt, daß sie ausreichend groß ist.The charge switch circuit 42 has a charge IGBT 23 which is connected at the collector to the load terminal Ph which is also connected to the high potential side of the load circuit. The emitter of the charge IGBT 23 is connected via the reverse current blocking diode 6 to the electrode 3 a of high potential of the battery section 30 . Therefore, when the charge IGBT 23 is conductive, the capacitor 3 is charged. The constant voltage circuit 43 for controlling the gate potential of the charge IGBT 23 has a resistor 7 , a reverse current blocking diode 8 , and a first constant voltage diode 41 , which are arranged in this order from the load terminal Ph. The first constant voltage diode 41 can provide a constant voltage V 2 , and the high potential side of the diode 41 is connected to the gate electrode of the charge IGBT 23 . Therefore, when a voltage V 1 having a potential above a predetermined constant voltage V 2 is applied to the diode 41 and the constant voltage circuit 43 , the gate of the charge IGBT 23 is kept at the constant voltage V 2 . If the constant voltage V 2 is equal to or greater than the threshold voltage of the charge IGBT 23 , the charge IGBT is conductive and the charging process begins. As with the prior art charging MOSFET 5 , it is desirable to increase the difference between the gate potential and the emitter potential of the charging IGBT 23 to increase the charging current, thereby reducing the charging time. In the present embodiment, the constant voltage V 2 is set to be sufficiently large.

Wenn die an den Lade-IGBT 23 angelegte konstante Spannung V2 hoch ist, ist es daher erforderlich, den Ladevorgang anzuhal­ ten, wenn das aufgeladene Potential des Batterieabschnitts 30 eine vorbestimmte Spannung erreicht, so daß ein IGBT mit denselben Werten wie denen des Lade-IGBT 23 in der Ausgangs­ steuereinheit verwendet werden kann. Zu diesem Zweck werden die Ermittlungsschaltung 45 für das aufgeladene Potential und die Schalterumgehungsschaltung 44 in der Halbleitervorrich­ tung mit eingebauter Treiberstromquelle gemäß der vorliegen­ den Ausführungsform verwendet. Bei der vorliegenden Ausfüh­ rungsform weist die Ermittlungsschaltung 45 für das aufgela­ dene Potential eine zweite Konstantspannungsdiode 11 auf, die an die Seite hohen Potentials des Batterieabschnitts 30 angeschlossen ist, sowie einen Widerstand 25, der zwischen die Diode 11 und die Lastklemme Pl mit niedrigem Potential geschaltet ist. Die Schalterumgehungsschaltung 44 besteht aus einem kurzschließenden MOSFET 24 des N-Kanal-Typs, der das Elektrodenpotential an seinem Gate empfängt, welches über dem Widerstand 25 in der Ermittlungsschaltung 45 für das aufgela­ dene Potential entwickelt wird. Der kurzschließende MOSFET 24 ist parallel zu der ersten Konstantspannungsdiode 41 geschal­ tet. Die zweite Konstantspannungsdiode 11 arbeitet so, daß sie Strom leitet, wenn das Potential des Batterieabschnitts 30 ein vorgeschriebenes Potential V5 überschreitet. Wenn das Potential des Batterieabschnitts 30 das vorgeschriebene Po­ tential V5 übersteigt, ist daher das Gatepotential des kurz­ schließenden MOSFET 24 höher als sein Sourcepotential. In die­ sem Zustand wird der kurzschließende MOSFET 24 leitend und bildet eine Schaltung, welche die erste Konstantspannungsdiode 41 umgeht. Dies führt dazu, daß das Gatepotential des Lade-IGBT 23 auf ein niedriges Potential heruntergezogen wird, so daß der Lade-IGBT 23 geöffnet wird und der Betrieb des Auf­ ladens des Batterieabschnitts 30 endet.Therefore, when the constant voltage V 2 applied to the charging IGBT 23 is high, it is necessary to stop charging when the charged potential of the battery section 30 reaches a predetermined voltage, so that an IGBT with the same values as those of the charging IGBT 23 can be used in the output control unit. For this purpose, the charged potential determining circuit 45 and the switch bypass circuit 44 are used in the semiconductor device with built-in drive current source according to the present embodiment. In the present exporting approximate shape, the detection circuit 45 for the aufgela dene potential, a second constant-voltage diode 11, the high to the potential side of the battery section 30 is connected, and a resistor 25 and the load terminal connected between the diode 11 Pl low potential is. The switch bypass circuit 44 consists of a short-circuiting MOSFET 24 of the N-channel type, which receives the electrode potential at its gate, which is developed via the resistor 25 in the detection circuit 45 for the charged potential. The short-circuiting MOSFET 24 is switched in parallel with the first constant voltage diode 41 . The second constant voltage diode 11 operates to conduct current when the potential of the battery section 30 exceeds a prescribed potential V 5 . Therefore, when the potential of the battery section 30 exceeds the prescribed potential V 5 , the gate potential of the short-circuiting MOSFET 24 is higher than its source potential. In this state, the short-circuiting MOSFET 24 becomes conductive and forms a circuit which bypasses the first constant voltage diode 41 . As a result, the gate potential of the charging IGBT 23 is pulled down to a low potential, so that the charging IGBT 23 is opened and the operation of charging the battery portion 30 ends.

Der Betriebsablauf der auf diese Weise aufgebauten Halblei­ tervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 2 beschrieben, welche Potentialänderungen an wesentlichen Punkten in der Halbleitervorrichtung zeigt. In Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer P1 ein an die Lastklem­ men Ph und Pl angelegtes Potential; P2 bezeichnet das Gate­ potential des Lade-IGBT 23; P3 bezeichnet das Potential an der Seite hohen Potentials des Batterieabschnitts 30; P4 bezeich­ net die durch den Photodiodenarray 51 erzeugte Photospannung; und PS bezeichnet das Gatepotential des Ausgangs-IGBT 22.The operation of the semiconductor device constructed in this manner with a built-in drive current source will now be described with reference to FIG. 2, which shows potential changes at essential points in the semiconductor device. In Fig. 2, reference numeral P 1 denotes a potential applied to the load terminals Men and Pl; P 2 denotes the gate potential of the charging IGBT 23 ; P 3 denotes the potential on the high potential side of the battery section 30 ; P 4 denotes the photo voltage generated by the photodiode array 51 ; and PS denotes the gate potential of the output IGBT 22 .

Zu einem Zeitpunkt t1 wird ein Schalter in der Last einge­ schaltet, so daß eine Potentialdifferenz zwischen den Last­ klemmen Ph und Pl auftaucht. Ist die Lastklemme Pl geerdet, so tritt ein Potential V3 an der Lastklemme Ph in einem offe­ nen Zustand des Ausgangsschaltabschnitts 10 auf. Wenn eine Spannung sich mit einer Rate dV/dt ändert, wenn die Lastlei­ stungsquelle ansteigt, so fließt Strom durch die Kollek­ tor-Gatekapazität des IGBT.At a time t 1 , a switch in the load is turned on, so that a potential difference between the load terminals Ph and Pl appears. If the load terminal P1 is grounded, a potential V 3 occurs at the load terminal Ph in an open state of the output switching section 10 . When a voltage changes at a rate dV / dt as the load power source increases, current flows through the collector gate capacitance of the IGBT.

Zu diesem Zeitpunkt ist das erforderliche Potential über den Kondensator 3 noch nicht erreicht. Daher befindet sich der Invertierer 58 in einem Zustand hoher Impedanz. Wenn die Sperrschaltung 59 nicht verwendet wird, so steigt das Gate­ potential PS des IGBT an, wie durch eine Kurve V11 angedeu­ tet ist, und der IGBT 22 ist zeitweilig leitend. Es wird dar­ auf hingewiesen, daß in der vorliegenden Ausführungsform die Sperrschaltung 59 verwendet wird. Wenn das erforderliche Potential über den Kondensator 3 noch nicht erreicht wurde, wird daher das Gatepotential P5 auf dem niedrigen Potential festgehalten. Daher tritt der zeitweilige Leitungszustand des IGBT, wie durch die Kurve V11 angedeutet, nicht auf.At this point in time the required potential has not yet been reached via capacitor 3 . Therefore, inverter 58 is in a high impedance state. If the blocking circuit 59 is not used, the gate potential PS of the IGBT increases, as indicated by a curve V 11 , and the IGBT 22 is temporarily conductive. It is noted that the latch circuit 59 is used in the present embodiment. If the required potential has not yet been reached via the capacitor 3 , the gate potential P 5 is therefore kept at the low potential. Therefore, the temporary conduction state of the IGBT does not occur, as indicated by curve V 11 .

Zu einem Zeitpunkt t2 ist das Potential P1 an der Lastklemme gleich dem Potential V1, und das Gatepotential P2 des Lade-IGBT 23 erreicht ein vorgeschriebenes Ladungspotential V2. In diesem Zustand wird der Lade-IGBT 23 leitend, und der Be­ triebsablauf der Aufladung des Kondensators 3 beginnt. Zu ei­ nem Zeitpunkt t3 erreicht das Potential P3 des Kondensators 3 ein vorgeschriebenes Potential V4. Dann wird die zweite Konstantspannungsdiode 11 leitend, und der kurzschließende MOSFET 24 wird eingeschaltet. Daher wird das Gatepotential P2 niedrig, und der Lade-IGBT 23 wird ausgeschaltet.At a time t 2 , the potential P 1 at the load terminal is equal to the potential V 1 , and the gate potential P 2 of the charging IGBT 23 reaches a prescribed charging potential V 2 . In this state, the charging IGBT 23 becomes conductive, and the operation of charging the capacitor 3 starts. At a time t 3 , the potential P 3 of the capacitor 3 reaches a prescribed potential V 4 . Then the second constant voltage diode 11 becomes conductive and the short-circuiting MOSFET 24 is switched on. Therefore, the gate potential P 2 becomes low and the charging IGBT 23 is turned off.

In einer Situation, in welcher der Kondensator 3 wie voran­ stehend beschrieben aufgeladen wurde, empfängt die LED 13 ein Steuersignal zu einem Zeitpunkt t4 und sendet Licht aus. In Reaktion auf das ausgesandte Licht erscheint eine Photo­ spannung an der Seite P4 hohen Potentials des Photodioden­ arrays 51. Die Photospannung treibt die Invertierer 57 und 58 abhängig von dem in dem Kondensator 3 gespeicherten Poten­ tial, so daß das Gatepotential P5 des IGBT 22 auf das hohe Potential heraufgezogen wird. Daher wird der IGBT 22 leitend, und das Lastpotential P1 fällt ab.In a situation in which the capacitor 3 has been charged as described above, the LED 13 receives a control signal at a time t 4 and emits light. In response to the emitted light, a photo voltage appears on the side P 4 high potential of the photodiode array 51st The photo voltage drives the inverters 57 and 58 depending on the potential stored in the capacitor 3 , so that the gate potential P 5 of the IGBT 22 is pulled up to the high potential. Therefore, the IGBT 22 becomes conductive and the load potential P 1 drops.

Das Potential P3 des Kondensators 3 sinkt, da es die Inver­ tierer 57 und 58 getrieben und die Gateelektrode des IGBT 22 aufgeladen hat.The potential P 3 of the capacitor 3 drops because it has driven the inverters 57 and 58 and has charged the gate electrode of the IGBT 22 .

Die Umkehrstrom-Blockierdiode 6 ist zu dem Zweck vorgesehen, die Verringerung des Potentials des Kondensators 3 zu verhin­ dern. Allerdings führt ein Leckstrom von den Invertierern 57 und 58 zu einer allmählichen Verringerung des Potentials. Wenn der IGBT eine lange Zeit lang eingeschaltet bleibt, fällt das Potential P3 des Kondensators 3 ab, wie durch eine Kurve V12 angedeutet ist. Dies führt dazu, daß die nächste Ladungszeit eine unerwünscht hohe Ladungszeit erfordert, oder daß das Potential unter den Schwellenwert des IGBT 22 abfällt. Aller­ dings wird bei der vorliegenden Ausführungsform die von dem Photodiodenarray 51 erzeugte Photospannung V5 dem Kondensator 3 zugeführt. Daher wird die Verringerung des Potentials P3 des Kondensators 3 überprüft. Daher kann die Ladungszeit des nächsten Ladungsvorganges verringert werden, und das Poten­ tial fällt nicht unter den Schwellenwert des IGBT 22.The reverse current blocking diode 6 is provided for the purpose of preventing the reduction in the potential of the capacitor 3 . However, leakage current from inverters 57 and 58 gradually reduces the potential. If the IGBT remains switched on for a long time, the potential P 3 of the capacitor 3 drops, as indicated by a curve V 12 . As a result, the next charge time requires an undesirably high charge time or the potential drops below the threshold of the IGBT 22 . However, in the present embodiment, the photo voltage V 5 generated by the photodiode array 51 is supplied to the capacitor 3 . Therefore, the reduction in the potential P 3 of the capacitor 3 is checked. Therefore, the charging time of the next charging process can be reduced, and the potential does not fall below the threshold value of the IGBT 22 .

Zu einem Zeitpunkt t5, wenn die LED 13 in Reaktion auf ein Steuersignal abgeschaltet wird, erzeugt der Photodiodenarray 51 keine Photospannung, das Ausgangspotential des Invertie­ rers 58 wird niedrig, und der IGBT 22 wird ausgeschaltet. Da­ her kehrt das Potential P1 an der Lastklemme auf das hohe Potential zurück, so daß das Gatepotential P2 des Lade-IGBT 23 auf das Ladepotential V2 eingestellt wird. In der konven­ tionellen Halbleitervorrichtung wird das Potential des Kon­ densators 3 durch das Ladepotential V2 bestimmt. Aus diesem Grunde ist es unmöglich, das Ladepotential V2 auf ein hohes Potential einzustellen. Im Gegensatz hierzu arbeiten bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dann, wenn das Potential des Kondensators 3 ein vorgeschriebenes Potential V4 erreicht, die das aufgeladene Potential ermit­ telnde Schaltung 45 und die Schalterumgehungsschaltung 44 so, daß sie automatisch den Ladevorgang anhalten. Daher kann das Ladepotential V2 auf ein sehr hohes Potential eingestellt werden. Unter dem hohen Ladepotential kann der dem Kondensa­ tor 3 zugeführte Ladestrom auf einem hohen Wert gehalten wer­ den. Daher erfordert der Ladevorgang eine kürzere Zeit, was es der Vorrichtung ermöglicht, für das nächste ankommende Steuersignal bereit zu sein. At a time t 5 when the LED 13 is turned off in response to a control signal, the photodiode array 51 does not generate photo voltage, the output potential of the inverter 58 goes low, and the IGBT 22 is turned off. Since the potential P 1 at the load terminal returns to the high potential, so that the gate potential P 2 of the charging IGBT 23 is set to the charging potential V 2 . In the conventional semiconductor device, the potential of the capacitor 3 is determined by the charging potential V 2 . For this reason, it is impossible to set the charging potential V 2 to a high potential. In contrast, in the semiconductor device according to the present invention, when the potential of the capacitor 3 reaches a prescribed potential V 4 , the charged potential determining circuit 45 and the switch bypass circuit 44 operate to automatically stop charging. Therefore, the charging potential V 2 can be set to a very high potential. Under the high charging potential, the capacitor 3 supplied charging current can be kept at a high value. Therefore, the loading process takes a shorter time, which enables the device to be ready for the next incoming control signal.

Wie voranstehend beschrieben kann, selbst wenn die Einschalt­ zeit der Halbleitervorrichtung lang ist, was zu hohen Anfor­ derungen an den Batterieabschnitt führt, eine ausreichend hohe Treiberspannung von dem Batterieabschnitt erhalten werden. Daher ist der Verlust in dem Ausgangs-IGBT gering, und die Verläßlichkeit des Schaltvorganges ist hoch. Zur selben Zeit wird bei der vorliegenden Erfindung die von den Photodioden erzeugte Photospannung dazu verwendet, den Leckstrom des Batterieabschnitts zu kompensieren. Daher kann die für den Schaltvorgang erforderliche Treiberspannung sichergestellt werden. Selbst wenn die Last an die Halbleitervorrichtung angeschlossen ist, wird darüber hinaus, wenn die erforderli­ che Treiberspannung noch nicht erreicht ist, der Betriebsab­ lauf des Ausgangs-IGBT gesperrt, wodurch ein fehlerhafter Betrieb verhindert wird. Daher weist die Halbleitervorrich­ tung mit eingebauter Treiberstromquelle gemäß der vorliegen­ den Erfindung einen geringeren Leistungsverlust sowie eine hohe Verläßlichkeit auf. Bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können die voranstehenden Ziele mit einer Vorrichtung erzielt werden, welche die Batterieab­ schnitt-Treiberspannung der konventionellen Halbleitervorrich­ tung verwendet. Daher ist es nicht erforderlich, in dem Aus­ gangssteuerabschnitt Schaltungselemente zu verwenden, die hohe Nennwerte aufweisen. Dies führt dazu, daß die Kosten der Vorrichtung verringert werden.As described above, even if the power on time of the semiconductor device is long, which leads to high demands changes to the battery section leads to a sufficiently high level Driving voltage can be obtained from the battery section. Therefore, the loss in the output IGBT is small, and the Reliability of the switching process is high. At the same time in the present invention is that of the photodiodes generated photo voltage used to the leakage current of the Compensate battery section. Therefore, for the Switching process required driver voltage ensured will. Even if the load on the semiconductor device is connected, if the required che driver voltage has not yet been reached, the operating output IGBT locked, causing a faulty Operation is prevented. Therefore, the semiconductor device device with built-in driver power source according to the present the invention a lower power loss and a high reliability. In the semiconductor device according to The present invention can achieve the above objects can be achieved with a device that lowers the batteries cut drive voltage of the conventional semiconductor device used. Therefore, it is not necessary in the out gear control section to use circuit elements that have high nominal values. This leads to the cost the device can be reduced.

Zweite AusführungsformSecond embodiment

Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm mit einer Darstellung einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiber­ stromquelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung. Die Halbleitervorrichtung mit eingebauter Trei­ berstromquelle gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet, wie bei der ersten Ausführungsform, einen IGBT 22, und ist als eine Hochgeschwindigkeits-Schaltvorrichtung zur Bewälti­ gung eines hohen Stroms ausgelegt. Die Halbleitervorrichtung besteht aus einem Ausgangsschaltabschnitt 10 einschließlich des IGBT 22, einem Ausgangssteuerabschnitt 20 zur Betätigung des Ausgangsschaltabschnitts 10, einem Batterieabschnitt 30 zur Zufuhr einer Treiberstromquelle zu dem Ausgangssteuerab­ schnitt 20, und einem Ladungsabschnitt 40 zum Aufladen des Batterieabschnitts 30. Zur Vereinfachung sind in der Figur gleiche oder entsprechende Abschnitte durch gleiche Bezugs­ ziffern und Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet. Fig. 3 is a circuit diagram showing an arrangement of a semiconductor device with built-in driver current source according to a second embodiment of the present invention. The semiconductor device with built-in driver current source according to the second embodiment uses an IGBT 22 as in the first embodiment, and is designed as a high-speed switching device for managing a high current. The semiconductor device consists of an output switching section 10 including the IGBT 22 , an output control section 20 for actuating the output switching section 10 , a battery section 30 for supplying a driving current source to the output control section 20 , and a charging section 40 for charging the battery section 30 . For simplification, the same or corresponding sections in the figure are denoted by the same reference numerals and reference numerals as in the first embodiment.

Es wird darauf hingewiesen, daß die zweite Ausführungsform zwei Photospannungs-Erzeugungsschaltungen verwendet; eine Photospannungs-Erzeugungsschaltung 56 zum Steuern der Inver­ tierer 57 und 58 in Reaktion von Licht von der LED 13, und eine Photospannungs-Erzeugungsschaltung 60 zum Aufladen des Batterieabschnitts 30 einschließlich des Kondensators 3. Die Photospannungs-Erzeugungsschaltung 56 weist eine Photodiode 26 und einen Widerstand 27 auf, die zwischen die Elektrode hohen Potentials der Photodiode 26 und die Lastklemme Pl ge­ schaltet sind, die als eine Klemme mit niedrigem Potential dient.It should be noted that the second embodiment uses two photo voltage generating circuits; a photo voltage generating circuit 56 for controlling the inverters 57 and 58 in response to light from the LED 13 , and a photo voltage generating circuit 60 for charging the battery section 30 including the capacitor 3 . The photo voltage generating circuit 56 has a photodiode 26 and a resistor 27 which are connected between the high potential electrode of the photodiode 26 and the load terminal Pl ge, which serves as a low potential terminal.

Die Elektrode hohen Potentials der Photodiode 26 ist an den Eingang des Invertierers 57 angeschlossen. Wie bei der ersten Ausführungsform erscheint, wenn die LED 13 eingeschaltet wird, was die Photodiode 26 zur Erzeugung einer Photospannung ver­ anlaßt, ein hohes Potential an dem Eingang des Invertierers 57, und ein niedriges Potential tritt an dem Eingang des In­ vertierers 58 auf. Daher wird das Gatepotential des Ausgangs-IGBT 22 hoch, so daß die Halbleitervorrichtung mit einge­ bauter Treiberstromquelle sich in einem leitenden Zustand befindet. Der Betriebsablauf der Halbleitervorrichtung, wenn die LED 13 ausgeschaltet ist, ist ebenfalls ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, und daher erfolgt keine weitere Beschreibung.The high potential electrode of the photodiode 26 is connected to the input of the inverter 57 . As in the first embodiment, when the LED 13 is turned on, which causes the photodiode 26 to generate a photo voltage, a high potential appears at the input of the inverter 57 , and a low potential occurs at the input of the inverter 58 . Therefore, the gate potential of the output IGBT 22 becomes high, so that the semiconductor device with the drive current source built in is in a conductive state. The operation of the semiconductor device when the LED 13 is turned off is also similar to the first embodiment, and therefore no further description is given.

Die Photospannungs-Erzeugungsschaltung 60 weist einen Photo­ diodenarray 51 und eine Diode 53 auf, wie bei der ersten Aus­ führungsform. Der Kondensator 3 wird durch die Photospannung geladen, die erzeugt wird, wenn die LED 13 Licht aussendet. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Invertierer 57 und 58 durch die Photospannungs-Erzeugungsschaltung 56 ge­ steuert, anstelle durch die Photospannungs-Erzeugungsschal­ tung 60, wodurch bewirkt wird, daß der Kondensator 3 geladen wird. Daher wird eine erhöhte Ladung für den Ausgangsschalt­ abschnitt 10 erhalten; verglichen mit der Ladung, die durch die Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erhalten wird. In dieser Beziehung ist die Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform geeignet für Einsatzzwecke, die eine lange Einschaltzeit erfordern. Bei der Halbleitervorrich­ tung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Einschalt­ fähigkeit größer als bei der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Diese Tatsache hat zur Folge, daß ei­ ne längere Zeit zum Aufladen des Kondensators 3 verwendet werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Schaltungsanordnung des Ladungsabschnitts 40 dadurch verein­ facht, daß die Ermittlungsschaltung 45 für das aufgeladene Potential und die Schalterumgehungsschaltung 44 weggelassen werden, die bei der ersten Ausführungsform eingesetzt werden.The photo voltage generating circuit 60 has a photo diode array 51 and a diode 53 , as in the first embodiment. The capacitor 3 is charged by the photo voltage that is generated when the LED 13 emits light. In the present embodiment, the inverters 57 and 58 are controlled by the photo-voltage generating circuit 56 instead of the photo-voltage generating circuit 60 , thereby causing the capacitor 3 to be charged. Therefore, an increased charge for the output switching section 10 is obtained; compared to the charge obtained by the device according to the first embodiment. In this regard, the semiconductor device according to the second embodiment is suitable for uses requiring a long turn-on time. In the semiconductor device according to the present embodiment, the turn-on ability is larger than in the semiconductor device according to the first embodiment. This fact means that egg ne longer time can be used to charge the capacitor 3 . In the present embodiment, the circuitry of the charge section 40 is simplified by omitting the charged potential determining circuit 45 and the switch bypass circuit 44 used in the first embodiment.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die LED 13 sowohl für die Photospannungs-Erzeugungsschaltung 60 als auch für die Photospannungs-Erzeugungsschaltung 56 eingesetzt. Falls dies erforderlich ist, können allerdings einzelne Lichtquellen für jede zugehörige Photospannungs-Erzeugungsschaltung vorgesehen werden. Selbstverständlich können auch andere geeignete akti­ ve Elemente, beispielsweise Phototransistoren, anstelle der Photodioden verwendet werden, um eine Photospannung zu erzeu­ gen.In the present embodiment, the LED 13 is used for both the photo voltage generating circuit 60 and the photo voltage generating circuit 56 . If this is necessary, however, individual light sources can be provided for each associated photo voltage generating circuit. Of course, other suitable active elements, for example phototransistors, can also be used instead of the photodiodes in order to generate a photo voltage.

Dritte AusführungsformThird embodiment

Fig. 4 ist ein Schaltbild mit einer Darstellung einer Anord­ nung einer Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstrom­ quelle gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiber­ stromquelle gemäß der dritten Ausführungsform stellt eine Hochgeschwindigkeits-Schaltvorrichtung zur Bewältigung eines hohen Stroms dar, und verwendet einen Ausgangsschaltabschnitt 10, der mit einem Ausgangs-MOSFET 2 des N-Kanal-Typs aufge­ baut ist. Die Halbleitervorrichtung 1 besteht, wie die Halb­ leitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, aus dem Ausgangsschaltabschnitt 10, einem Ausgangssteuerabschnitt 20 zum Betreiben des Ausgangsschaltabschnitts 10, einem Batte­ rieabschnitt 30 zur Zufuhr einer Treiberstromquelle zu dem Ausgangssteuerabschnitt 20, und einem Ladeabschnitt 40 zum Aufladen des Batterieabschnitts 30. In Fig. 4 sind zur Ver­ einfachung gleiche oder entsprechende Abschnitte durch glei­ che Bezugsziffern und Bezugszeichen bezeichnet wie in den Figuren für die erste Ausführungsform. FIG. 4 is a circuit diagram showing an arrangement of a semiconductor device with a built-in drive current source according to a third embodiment of the present invention. The semiconductor device with built-in drive power source according to the third embodiment is a high-speed switching device for coping with a high current, and uses an output switching section 10 which is constructed with an output MOSFET 2 of the N-channel type. The semiconductor device 1 , like the semiconductor device according to the first embodiment, consists of the output switching section 10 , an output control section 20 for operating the output switching section 10 , a battery section 30 for supplying a driving current source to the output control section 20 , and a charging section 40 for charging the battery section 30 . In Fig. 4, the same or corresponding sections are designated by the same reference numerals and reference numerals as in the figures for the first embodiment for simplification.

Wie bei der ersten Ausführungsform weist der Ladeabschnitt 40 der Halbleitervorrichtung 1 eine Ladungsschalter-Schaltung 42 auf, eine Konstantspannungsschaltung 43 zur Erzeugung eines Referenzladungspotentials V2, um die Ladungsschalter-Schaltung 42 zu steuern, eine Ermittlungsschaltung 45 für das aufgela­ dene Potential zur Ermittlung des Potentials des Batterie­ abschnitts 30, und eine Schalterumgehungsschaltung 44 zur Änderung des Referenzladungspotentials V2 auf der Grundlage der Ermittlung der Ermittlungsschaltung 45 für das aufgelade­ ne Potential. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Lade-MOSFET 5 für die Ladungsschalter-Schaltung 42 verwendet. In der Konstantspannungsschaltung 43 der vorliegenden Ausfüh­ rungsform ist zusätzlich eine Last-Konstantspannungsdiode 9 in Reihe mit der ersten Konstantspannungsdiode 41 geschaltet, um das Referenzladungspotential V2, welches an die Gateelek­ trode des Lade-MOSFET 5 angelegt werden soll, auf ein höheres Potential einzustellen. In der Schalterumgehungsschaltung 44 wird ein NPN-Transistor 12 als ein kurzschließendes Halblei­ terelement 12 verwendet, und ist so angeschlossen, daß er die erste Konstantspannungsdiode 41 kurzschließt. Die Ermittlungs­ schaltung 45 für das aufgeladene Potential zum Steuern des kurzschließenden Halbleiterelements 12 weist eine zweite Kon­ stantspannungsdiode 11 auf, welche an der Kathode mit der Elektrode 3a hohen Potentials des Kondensators 3 und an der Anode mit der Basis des kurzschließenden Halbleiterelements 12 verbunden ist. Der NPN-Transistor 12 ist an der Basis mit der Anode der zweiten Konstantspannungsdiode 11 verbunden, an dem Kollektor mit der Kathode der ersten Konstantspannungs­ diode 41, und an dem Emitter mit der Anode der ersten Kon­ stantspannungsdiode 41. Die konstante Spannung über der zu­ sätzlichen Konstantspannungsdiode 9 ist auf einen solchen Wert eingestellt, daß die Gate/Source-Spannung des Lade-MOSFET 5 kleiner als der Gateschwellenwert des Lade-MOSFET 5 ist, unter der Bedingung, daß die erste Konstantspannungsdiode 41 kurzgeschlossen wird, wenn der Kondensator 3 auf eine vorbe­ stimmte Spannung aufgeladen wird. Falls erforderlich, wird die Umkehrstrom-Sperrdiode 8 zwischen den Strombegrenzungs­ widerstand 7 und das Gate des Lade-MOSFET 5 eingefügt.As in the first embodiment, the charging section 40 of the semiconductor device 1 has a charge switch circuit 42 , a constant voltage circuit 43 for generating a reference charge potential V 2 in order to control the charge switch circuit 42 , a determination circuit 45 for the charged potential for determining the potential of the battery section 30 , and a switch bypass circuit 44 for changing the reference charge potential V 2 based on the determination of the determination circuit 45 for the charged ne potential. In the present embodiment, a charge MOSFET 5 is used for the charge switch circuit 42 . Approximate shape in the constant voltage circuit 43 of the present exporting a load-constant voltage diode is connected in series with the first constant-voltage diode 41 9 in addition to the reference charge potential V 2, which trode to the Gateelek the load MOSFET is to be created 5 to set to a higher potential. In the switch bypass circuit 44 , an NPN transistor 12 is used as a short-circuiting semiconductor element 12 , and is connected to short-circuit the first constant voltage diode 41 . The determination circuit 45 for the charged potential for controlling the short-circuiting semiconductor element 12 has a second constant voltage diode 11 , which is connected to the cathode with the electrode 3 a high potential of the capacitor 3 and to the anode with the base of the short-circuiting semiconductor element 12 . The NPN transistor 12 is connected at the base to the anode of the second constant voltage diode 11 , at the collector to the cathode of the first constant voltage diode 41 , and at the emitter to the anode of the first constant voltage diode 41 . The constant voltage across the additional constant voltage diode 9 is set to such a value that the gate / source voltage of the charging MOSFET 5 is less than the gate threshold value of the charging MOSFET 5 , on condition that the first constant voltage diode 41 is short-circuited when the capacitor 3 is charged to a predetermined voltage. If necessary, the reverse current blocking diode 8 is inserted between the current limiting resistor 7 and the gate of the charging MOSFET 5 .

Nachstehend wird der Betriebsablauf des Ladeabschnitts 40 beschrieben. Es wird nunmehr angenommen, daß der Ausgangs-MOSFET 2 sich in einem Ruhezustand oder einem nicht­ leitenden Zustand befindet, daß eine hohe Spannung im wesent­ lichen gleich der Laststromquellenspannung zwischen den Drain und die Source des Ausgangs-MOSFET 2 angelegt ist, und daß keine Ladung in dem Kondensator 3 gespeichert ist. Zu diesem Zeitpunkt ist das Potential an der Sourceelektrode des Lade-MOSFET 5 im wesentlichen Null (0) und das Potential an der Gateelektrode des Lade-MOSFET 5 ist eine hohe Spannung, die durch die Summe der Spannungswerte der Konstantspannungsdiode 9 und der Konstantspannungsdiode 41 festgelegt wird, die bei­ de als die erste Konstantspannungsdiode dienen. Daher ist der Lade-MOSFET 5 leitend. Dann wird das Kondensator 3 auf konventionelle Weise aufgeladen. Bei dieser Schaltungsanord­ nung kann das Gatepotential des Lade-MOSFET 5 und daher die Gate/Source-Spannung VGS des Lade-MOSFET 5 hoch eingestellt sein. Dies führt zu einem hohen Drainstrom IB, und ermög­ licht daher eine Verringerung der Ladezeit des Kondensators. Wenn die Spannung über den Kondensator 3 ansteigt und die Konstantspannung über die zweite Konstantspannungsdiode 11 überschreitet, fließt während des Ladens Strom in die Basis des kurzschließenden Halbleiterelements 12 als ein Ergebnis des Avalanche- oder Tunneleffekts der Diode 11, und dies ver­ anlaßt das kurzschließende Halbleiterelement 12 dazu, in ei­ nen leitenden Zustand umzuschalten, wodurch die erste Kon­ stantspannungsdiode 41 kurzgeschlossen wird. Infolge des Kurzschließens der Diode 41 entspricht das Gatepotential des Lade-MOSFET 5 nur der Spannung der zusätzlichen Konstantspan­ nungsdiode 9. Die Gate/Source-Spannung VGS des Lade-MOSFET 5 fällt unter den Schwellenwert ab, wodurch der Lade-MOSFET 5 zum Umschalten in einen ausgeschalteten Zustand veranlaßt wird, um den Ladevorgang des Kondensators 3 zu beenden und die Erhöhung des Potentials an der Elektrode 3a mit hohem Potential anzuhalten. Daher wird das Potential an der Elek­ trode 3a mit hohem Potential des Kondensators 3 auf einen festen Wert eingestellt, der von der Spannung über der zwei­ ten Konstantspannungsdiode 11 abhängt.The operation of the loading section 40 will now be described. It is now assumed that the output MOSFET 2 is in a quiescent or non-conductive state, that a high voltage is substantially equal to the load current source voltage between the drain and source of the output MOSFET 2 , and that no charge is stored in the capacitor 3 . At this time, the potential at the source electrode of the charging MOSFET 5 is substantially zero ( 0 ) and the potential at the gate electrode of the charging MOSFET 5 is a high voltage, which is determined by the sum of the voltage values of the constant voltage diode 9 and the constant voltage diode 41 will serve as the first constant voltage diode at de. Therefore, the charging MOSFET 5 is conductive. Then the capacitor 3 is charged in a conventional manner. In this circuit arrangement, the gate potential of the charging MOSFET 5 and therefore the gate / source voltage V GS of the charging MOSFET 5 can be set high. This leads to a high drain current I B , and therefore enables a reduction in the charging time of the capacitor. When the voltage across the capacitor 3 rises, and the constant voltage across the second constant-voltage diode 11 exceeds flows during charging current into the base of the short-circuiting the semiconductor element 12 as a result of the avalanche or tunnel effect of the diode 11, and this ver anlaßt the shorting semiconductor element 12 to switch to a conductive state, whereby the first constant voltage diode 41 is short-circuited. Due to the short-circuiting of the diode 41 , the gate potential of the charging MOSFET 5 corresponds only to the voltage of the additional constant voltage diode 9 . The gate / source voltage V GS of the charging MOSFET 5 drops below the threshold, causing the charging MOSFET 5 to switch to an off state to stop charging the capacitor 3 and increase the potential at the electrode 3 a to stop with high potential. Therefore, the potential at the electrode 3 a with a high potential of the capacitor 3 is set to a fixed value, which depends on the voltage across the two constant voltage diode 11 .

Nachstehend wird der Ausgangssteuerabschnitt 20 beschrieben. Der Ausgangssteuerabschnitt 20 ist eine Gatetreiberschaltung für den Ausgangs-MOSFET 2, und basiert auf einem Schaltungs­ system, welches für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeig­ net ist.The output control section 20 will be described below. The output control section 20 is a gate driver circuit for the output MOSFET 2 , and is based on a circuit system which is suitable for high-speed operation.

In dem Ausgangssteuerabschnitt 20 bezeichnet die Bezugsziffer 14 eine Photodiode, die an der Kathode mit der Stromquellen­ empfangsklemme 21 und an der Anode mit der Basis eines NPN-Transistors 15 verbunden ist. Die Photodiode 14 ist so ange­ ordnet, daß sie Licht von der LED 13 empfängt, und eine vor­ geschriebene Photospannung erzeugt. Der NPN-Transistor 15 ist an der Basis an die Anode der Photodiode 14 angeschlossen, an dem Kollektor über einen Widerstand 16 an die Stromquellen­ empfangsklemme 21, und an dem Emitter an die Sourceelektrode des Ausgangs-MOSFET 2. Die Bezugsziffern 17a und 18a bezeich­ nen ein Paar von Invertierern, die im Betrieb zusammenarbei­ ten. Der Invertierer 18a weist einen P-Kanal-MOSFET auf, der an dem Drain mit der Stromquellenempfangsklemme 21 verbunden ist, an der Source mit dem Drain des Invertierers 18a, und an dem Gate mit dem Kollektor des NPN-Transistors 15. Der Inver­ tierer 18a weist einen N-Kanal-MOSFET auf, der an dem Drain an die Source des P-Kanal-MOSFET 17a angeschlossen ist, an der Source an die Source des Ausgangs-MOSFET 2, und an dem Gate, zusammen mit dem Gate des P-Kanal-MOSFET 17a, an den Kollektor des NPN-Transistors 15. Ein Knotenpunkt zwischen den Gates des P-Kanal-MOSFET 17a und des N-Kanal-MOSFFT 18a stellt einen Eingangspunkt des Paars von Invertierern 17a und 18a dar. Ein Knotenpunkt zwischen der Sourceelektrode des P-Kanal-MOSFET 17a und der Drainelektrode des N-Kanal-MOSFET 18a ist ein Ausgangspunkt des Paars der Invertierer. Ein Ausgangssignal an dem Ausgangspunkt wird an das Gate des Ausgangs-MOSFET 2 angelegt.In the output control section 20 , reference numeral 14 denotes a photodiode which is connected to the current source receiving terminal 21 at the cathode and to the base of an NPN transistor 15 at the anode. The photodiode 14 is arranged so that it receives light from the LED 13 , and generates a pre-written photo voltage. The NPN transistor 15 is connected at the base to the anode of the photodiode 14 , to the collector via a resistor 16 to the current source receiving terminal 21 , and at the emitter to the source electrode of the output MOSFET 2 . Reference numerals 17 a and 18 a denote a pair of inverters which work together in operation. The inverter 18 a has a P-channel MOSFET which is connected at the drain to the current source receiving terminal 21 and at the source to the drain of the inverter 18 a, and at the gate with the collector of the NPN transistor 15 . The inverter 18 a has an N-channel MOSFET, which is connected to the drain of the source of the P-channel MOSFET 17 a, at the source to the source of the output MOSFET 2 , and at the gate with the gate of the P-channel MOSFET 17 a, to the collector of the NPN transistor 15 . A node between the gates of the P-channel MOSFET 17 a and the N-channel MOSFFT 18 a represents an input point of the pair of inverters 17 a and 18 a. A node between the source electrode of the P-channel MOSFET 17 a and the drain electrode of the N-channel MOSFET 18 a is a starting point of the pair of inverters. An output signal at the starting point is applied to the gate of the output MOSFET 2 .

Nachstehend wird der Betriebsablauf der Gatetreiberschaltung 20 beschrieben. Wenn die LED 13 getrieben wird, um Licht aus­ zusenden, und die Photodiode 14 eine Photospannung erzeugt, so wird der NPN-Transistor 15 leitend, der Eingang des Paars von Invertierern ist auf einem Pegel Low, der P-Kanal-MOSFET 17a wird leitend gemacht, der N-Kanal-MOSFET 18a wird nicht­ leitend gemacht, und der Ausgang des Paars von Invertierern befindet sich auf einem High-Pegel. Liegt der Ausgang des Invertierers auf einem High-Pegel, so wird das Gate des Aus­ gangs-MOSFET 2 geladen, und der MOSFET 2 wird leitend gemacht. Wird die LED 13 ausgeschaltet, so wird der NPN-Transistor 15 ausgeschaltet, der Invertierereingang befindet sich auf einem High-Pegel, der P-Kanal-MOSFET 17a wird nichtleitend ge­ macht, der N-Kanal-MOSFET 18a wird leitend gemacht, und der Invertiererausgang befindet sich auf einem Low-Pegel. In diesem Fall wird die in dem Kondensator 3 gespeicherte Ladung über den N-Kanal-MOSFET 18a entladen, wodurch der Ausgangs-MOSFET 2 nichtleitend gemacht wird.The operation of the gate driver circuit 20 will now be described. When the LED 13 is driven to emit light, and the photodiode 14 generates a photo voltage, the NPN transistor 15 becomes conductive, the input of the pair of inverters is at a level L ow , the P-channel MOSFET 17 a is made conductive, the N-channel MOSFET 18 a is made non-conductive, and the output of the pair of inverters is at a high level. If the output of the inverter is at a high level, the gate of the output MOSFET 2 is charged and the MOSFET 2 is made conductive. If the LED 13 is turned off, the NPN transistor 15 is turned off, the inverter input is at a high level, the P-channel MOSFET 17 a is made non-conductive, the N-channel MOSFET 18 a is made conductive and the inverter output is on a L ow level. In this case, the charge stored in the capacitor 3 is discharged via the N-channel MOSFET 18 a, whereby the output MOSFET 2 is made non-conductive.

Vierte AusführungsformFourth embodiment

Fig. 5 ist ein Schaltbild mit einer Darstellung des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquel­ le gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung. Die Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiber-Strom­ quelle gemäß der vierten Ausführungsform, wie die gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform, stellt eine Koch­ geschwindigkeits-Schaltvorrichtung zur Bewältigung eines hohen Stroms dar, die ein IGBT 22 verwendet. Die Halbleitervorrich­ tung weist einen Ausgangsschaltabschnitt 10 einschließlich des IGBT 22 auf, einen Ausgangssteuerabschnitt 20 zum Betäti­ gen des Ausgangsschaltabschnitts 10, einen Batterieabschnitt 30 zur Zufuhr einer Treiberstromquelle zu dem Ausgangssteuer­ abschnitt 20, und einen Ladeabschnitt 40 zum Aufladen des Batterieabschnitts 30. In der Figur sind gleiche oder ent­ sprechende Abschnitte durch gleiche Bezugsziffern und Bezugs­ zeichen bezeichnet wie bei den Zeichnungen für die erste Aus­ führungsform, zur Erleichterung der Beschreibung. Fig. 5 is a circuit diagram showing the construction of a semiconductor device with a built-Treiberstromquel le according to a fourth embodiment of the present invention. The semiconductor device with built-in driver power source according to the fourth embodiment, like that according to the first and second embodiment, is a cooking speed switching device for high current management using an IGBT 22 . The semiconductor device has an output switching section 10 including the IGBT 22 , an output control section 20 for operating the output switching section 10 , a battery section 30 for supplying a driving current source to the output control section 20 , and a charging section 40 for charging the battery section 30 . In the figure, the same or corresponding sections are designated by the same reference numerals and reference signs as in the drawings for the first embodiment, to facilitate the description.

Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungs­ form unterscheidet sich von der in Fig. 4 dargestellten Halb­ leitervorrichtung darin, daß der Ausgangs-IGBT 22 als das Aus­ gangshalbleiterelement mit isoliertem Gate verwendet wird, daß ein Lade-IGBT als das Ladehalbleiterelement des Ladeabschnitts 40 verwendet wird, und daß ein kurzschließender MOSFET 24 als das kurzschließende Halbleiterelement verwendet wird. Zusätz­ lich ist ein Widerstand 25 vorgesehen. Dieser Widerstand stellt ein Gatepotential zur Verfügung, das erforderlich ist, um den kurzschließenden MOSFET 24 leitend zu machen, wenn die an die zweite Konstantspannungsdiode 11 angelegte Spannung ei­ nen vorgeschriebenen Wert überschreitet und ein Strom fließt. Trotz der voranstehend angegebenen Unterschiede ist der Be­ triebsablauf der Schaltung der vierten Ausführungsform im wesentlichen gleich dem Betriebsablauf der Schaltung von Fig. 4. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform wird die Konstantspannungsdiode 9 nicht verwendet, die einen Teil der ersten Konstantspannungsdiode bildet, die in Fig. 4 gezeigt ist. Der Grund hierfür liegt darin, daß dann, wenn eine Diode mit einer genügend hohen konstanten Spannung als die erste Konstantspannungsdiode verwendet wird, nur die erste Konstant­ spannungsdiode 41 für den Betrieb der Schaltung erforderlich ist. Die Streukapazität des kurzschließenden MOSFET 24 ist, falls erforderlich, für die Konstantspannungsdiode 41 verfüg­ bar. The semiconductor device according to the present embodiment differs from the semiconductor device shown in FIG. 4 in that the output IGBT 22 is used as the output semiconductor element with insulated gate, that a charging IGBT is used as the charging semiconductor element of the charging section 40 , and that a short-circuiting MOSFET 24 is used as the short-circuiting semiconductor element. In addition Lich a resistor 25 is provided. This resistor provides a gate potential that is required to make the short-circuiting MOSFET 24 conductive when the voltage applied to the second constant voltage diode 11 exceeds a prescribed value and a current flows. Despite the above differences, the operation of the circuit of the fourth embodiment is substantially the same as the operation of the circuit of Fig. 4. In the embodiment shown in Fig. 5, the constant voltage diode 9 , which forms part of the first constant voltage diode, is not used is shown in Fig. 4. The reason for this is that when a diode with a sufficiently high constant voltage is used as the first constant voltage diode, only the first constant voltage diode 41 is required for the operation of the circuit. The stray capacitance of the short-circuiting MOSFET 24 is, if necessary, available for the constant voltage diode 41 .

Der Ausgangssteuerabschnitt 20 ist im wesentlichen derselbe wie bei der ersten oder zweiten Ausführungsform, unterschei­ det sich jedoch von der dritten Ausführungsform. Eine Photo­ spannungs-Erzeugungsschaltung 53 weist eine Photodiode 26 auf, die so angeordnet ist, daß sie eine vorbestimmte Photospan­ nung in Reaktion auf Licht erzeugt, welches von einer LED 13 einer lichtemittierenden Schaltung 55 empfangen wird, und weist einen Widerstand 27 auf, um ein Eingangssignal mit ei­ nem Pegel High an einen Eingangspunkt eines Invertierers 57 einer ersten Stufe anzulegen, der einen P-Kanal-MOSFET 17a und einen N-Kanal-MOSFET 18a aufweist, wenn eine Photospan­ nung in der Photodiode 26 erzeugt wird. Ein Invertierer 58 einer zweiten Stufe weist einen P-Kanal-MOSFET 17b und einen N-Kanal-MOSFET 18b auf. Wie die MOSFETs des Invertierers 57 der ersten Stufe arbeiten in dem Invertierer 58 die MOSFETs 17b und 18b zusammen. Das Ausgangssignal des Invertierers 58 der zweiten Stufe wird an das Gate des Ausgangs-IGBT 22 an­ gelegt. Wenn bei einer Halbleitervorrichtung gemäß der vor­ liegenden Ausführungsform dV/dt nicht groß ist, und die Ein­ schaltzeit des Ausgangs-IGBT 22 nicht lang ist, so können die Sperrschaltung und die Ladeschaltung unter Verwendung der Photospannung weggelassen werden, was die Schaltungsan­ ordnung vereinfacht.The output control section 20 is substantially the same as in the first or second embodiment, but is different from the third embodiment. A photo voltage generating circuit 53 has a photodiode 26 arranged to generate a predetermined photo voltage in response to light received from an LED 13 of a light emitting circuit 55 , and has a resistor 27 to one Apply an input signal with a level H igh to an input point of an inverter 57 of a first stage, which has a P-channel MOSFET 17 a and an N-channel MOSFET 18 a when a photo voltage is generated in the photodiode 26 . An inverter 58 of a second stage has a P-channel MOSFET 17 b and an N-channel MOSFET 18 b. As the MOSFETs of the inverter 57 of the first stage operate in the inverter 58, the MOSFETs 17 b and 18 b together. The output signal of the second stage inverter 58 is applied to the gate of the output IGBT 22 . If, in a semiconductor device according to the present embodiment, dV / dt is not large and the on-time of the output IGBT 22 is not long, the blocking circuit and the charging circuit using the photo voltage can be omitted, which simplifies the circuit arrangement.

Nachstehend wird der Betriebsablauf des Ausgangssteuerab­ schnitts 20 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wenn die Photodiode 26 von der LED 13 Licht empfängt, wird der Eingang des Invertierers 58 der zweiten Stufe niedrig. Daher wird der P-Kanal-MOSFET 17b leitend gemacht, und der N-Kanal-MOSFET 18b wird nichtleitend gemacht, und sein Aus­ gang wird hoch. Daher wird der Ausgang des Ausgangssteuer­ abschnitts 20 hoch, und der Ausgang des IGBT 22 wird leitend gemacht. Wenn die LED 13 ausgeschaltet wird, so wird der Eingang des Invertierers 58 der zweiten Stufe hoch, der P-Kanal-MOSFET 17b wird nichtleitend gemacht, und der N-Kanal-MOSFET 18b wird leitend gemacht, und sein Ausgang wird nied­ rig. Daher wird der Ausgang des Ausgangssteuerabschnitts 20 niedrig, und der Ausgangs-IGBT 22 wird nichtleitend gemacht.The operation of the output control section 20 of the present embodiment will now be described. When the photodiode 26 receives light from the LED 13 , the input of the second stage inverter 58 goes low. Therefore, the P-channel MOSFET 17 b is made conductive, and the N-channel MOSFET 18 b is made non-conductive, and its output becomes high. Therefore, the output of the output control section 20 becomes high, and the output of the IGBT 22 is made conductive. When the LED 13 is turned off, the input of the second stage inverter 58 becomes high, the P-channel MOSFET 17 b is made non-conductive, and the N-channel MOSFET 18 b is made conductive, and its output becomes low . Therefore, the output of the output control section 20 becomes low and the output IGBT 22 is made non-conductive.

Bei den bislang beschriebenen Ausführungsformen der vorlie­ genden Erfindung wird der MOSFET oder IGBT als das Ausgangs-Halb­ leiterelement mit isoliertem Gate in dem Ausgangsschalt­ abschnitt 10 verwendet. Eine andere Art einer Halbleitervor­ richtung, beispielsweise ein Halbleiterelement mit isolier­ tem Gate wie ein MCT, kann als das Ausgangshalbleiterelement mit isoliertem Gate verwendet werden. Zusätzlich zu dem Halb­ leiterelement mit isoliertem Gate kann ein bipolares Halblei­ terelement wie beispielsweise ein Leistungstransistor eben­ falls für denselben Zweck eingesetzt werden. Darüber hinaus läßt sich eine geeignete Kombination von Halbleiterelementen zur Ausbildung des Ausgangsschaltabschnitts einsetzen.In the embodiments of the present invention described so far, the MOSFET or IGBT is used as the output semiconductor element with an insulated gate in the output switching section 10 . Another type of semiconductor device, such as an insulated gate semiconductor element such as an MCT, can be used as the insulated gate output semiconductor element. In addition to the insulated gate semiconductor element, a bipolar semiconductor element such as a power transistor can also be used for the same purpose. In addition, a suitable combination of semiconductor elements can be used to form the output switching section.

Bei den bislang beschriebenen Ausführungsformen verwendeten die Ausgangssteuereinrichtungen des optisch isolierenden Typs eine LED als eine Signalquelle. Alternativ hierzu kann ein Opto-Isolator wie beispielsweise ein Photokoppler verwendet werden. In einem Fall, in welchem eine Isolierung gegenüber dem Steuersignal nicht erforderlich ist, kann der Ausgang­ steuerabschnitt direkt durch ein extern angelegtes Steuersig­ nal gesteuert werden.Used in the previously described embodiments the output control devices of the optically isolating type an LED as a signal source. Alternatively, a Opto-isolator such as a photocoupler used will. In a case where insulation is opposite the control signal is not required, the output can tax section directly through an externally created tax sig can be controlled.

Wie voranstehend beschrieben wurde, ist die Umkehrstrom-Sperr­ diode in Reihe mit dem Strombegrenzungswiderstand zwischen den Drain und das Gate des Ladungs-Halbleiterelements in der Konstantspannungseinstellschaltung geschaltet. Die Umkehr­ strom-Sperrdiode ist dafür vorgesehen, den Umkehrfluß der Ladung zu blockieren, die in dem Gate des Ladungs-Halbleiter­ elements gespeichert ist, wenn der Ausgangsschaltabschnitt leitend gemacht wird, und die an die Lastklemme angelegte Spannung niedrig wird. In einem Fall, in welchem die Schalt­ periode des Ausgangsschaltabschnitts ausreichend kurz ist, und der Widerstand des Strombegrenzungswiderstandes genügend groß ist, kann die Umkehrstrom-Sperrdiode weggelassen werden.As described above, reverse current blocking is diode in series with the current limiting resistor between the drain and the gate of the charge semiconductor element in the Constant voltage setting circuit switched. The reversal current blocking diode is intended to reverse the reverse flow of Block charge in the gate of the charge semiconductor elements is stored when the output switching section  is made conductive, and the applied to the load terminal Tension becomes low. In a case where the switching period of the output switching section is sufficiently short, and the resistance of the current limiting resistor is sufficient is large, the reverse current blocking diode can be omitted.

Bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen kann eine PIN-Diode, ein APD oder dergleichen als die Photodiode verwendet werden, falls erforderlich. Selbstverständlich sind die voranstehend erwähnten Schaltungsanordrungen nur beispielhaft, und es lassen sich unterschiedliche andere Schaltungsanordnungen einsetzen, entsprechend dem Einsatz­ zweck und den Bedingungen für die Halbleitervorrichtung.In the embodiments described above, can a PIN diode, an APD or the like as the photodiode be used if necessary. Of course are the circuit arrangements mentioned above only exemplary, and there can be different others Use circuit arrangements according to the application Purpose and conditions for the semiconductor device.

Wie voranstehend beschrieben wurde, weist die Halbleitervor­ richtung mit eingebauter Treiberstromquelle eine Ladungsbeen­ digungseinrichtung auf, um den Ladungsvorgang anzuhalten, der durch die Ladungseinrichtung entsprechend dem Ladungspotential der Batterieeinrichtung ausgeführt wird. Daher kann das an die Ladungsschalteinrichtung angelegte Referenzladungspotential auf ein hohes Potential eingestellt werden, ohne das Risiko einer Überladung, so daß der von der Ladungseinrichtung der Batterieeinrichtung zugeführte Strom vergrößert wird, und die Batterie in einem kürzeren Zeitraum aufgeladen werden kann. Weiterhin läßt sich in einem Fall, in welchem die Einschalt­ belastung hoch ist, die Stabilität der Leistung, die der Aus­ gangsschalteinrichtung zugeführt wird, sicherstellen. Wei­ terhin kann der Verlust zum Schaltzeitpunkt verringert wer­ den, was zu einem verläßlicheren Schaltvorgang führt. Da das Ladungspotential der Batterieeinrichtung gemäß der vorliegen­ den Erfindung in der Größenordnung des Potentials liegt, wel­ ches bei der konventionellen Vorrichtung eingesetzt wird, kann die Ausgangssteuereinrichtung entsprechend konventionel­ ler Spezifikationen ausgelegt werden. Daher weist die Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle ge­ mäß der vorliegenden Erfindung geringe Schaltverluste, eine hohe Verläßlichkeit, und geringe Kosten auf.As described above, the semiconductor has direction with built-in driver current source a charge level to stop the charging process, the by the charging device according to the charging potential the battery device is executed. Therefore, it can be sent to the Charge switching device applied reference charge potential be set to a high potential without the risk an overload, so that of the charging device of the Battery device supplied current is increased, and the Battery can be charged in a shorter period of time. Furthermore, in a case in which the switch-on load is high, the stability of the performance, the off gear shifting device is supplied, ensure. Wei furthermore, the loss at the time of switching can be reduced which leads to a more reliable switching process. Since that Charge potential of the battery device according to the present the invention is in the order of the potential, wel ches is used in the conventional device, can the output control device according to conventional specifications. Therefore, the  Semiconductor device with built-in drive current source according to the present invention, low switching losses, a high reliability, and low cost.

Die Sperreinrichtung verhindert einen fehlerhaften Betrieb der Ausgangsschaltvorrichtung, wenn die Batterievorrichtung noch nicht auf das erforderliche Ladungspotential aufgeladen wurde, wodurch die Verläßlichkeit des Schaltvorgangs verbessert wird.The locking device prevents incorrect operation of the Output switching device when the battery device is still has not been charged to the required charge potential, which improves the reliability of the switching process.

Wenn eine Ausgangssteuereinrichtung eines lichtisolierenden Typs verwendet wird, so kann der Batterieabschnitt durch eine Photospannung aufgeladen werden, die von der Photospannungs-Er­ zeugungseinrichtung erzeugt wird, wenn die lichtemittieren­ de Einrichtung Licht in Reaktion auf ein Eingangssteuersignal aussendet. Mit diesem Merkmal kann ein Spannungsabfall in der Batterieeinrichtung überprüft werden, der durch den Leckstrom hervorgerufen wird. Selbst wenn die Ausgangsschalteinrichtung für einen langen Zeitraum eingeschaltet bleibt, tritt daher kein fehlerhafter Schaltvorgang infolge des Spannungsabfalls auf. Die sich ergebende Verringerung der Aufladungszeit ver­ bessert weiterhin den Schaltvorgang.When an output control device of a light insulating Type is used, the battery section can be replaced by a Photo voltage to be charged by the photo voltage Er generating device is generated when the light emit de Set up light in response to an input control signal sends out. With this feature, a voltage drop in the Battery device to be checked by the leakage current is caused. Even if the output switching device therefore remains switched on for a long period of time no faulty switching due to the voltage drop on. The resulting reduction in charging time ver continues to improve the shifting process.

In einem Fall, in welchem ein Kondensator für die Batterie­ einrichtung verwendet wird, kann dann, wenn die Spannung über den Kondensator niedriger als ein vorbestimmter Spannungswert ist, der Ladungsvorgang für einen kurzen Zeitraum beendet wer­ den, um eine genügend hohe Spannung an das Gate des Ladungs-Halb­ leiterelementes anzulegen, wodurch der Drainstrom des Ladungs-Halbleiterelementes erhöht wird. Wenn der Kondensator auf einen vorbestimmten Wert aufgeladen wird, wie durch die zweite Konstantspannungsdiode der Ladungspotential-Ermitt­ lungseinrichtung angezeigt wird, wird der Ladevorgang durch das kurzschließende Halbleiterelement der Schalterumgehungs­ einrichtung angehalten, welche zumindest einen Teil der ersten Konstantspannungsdiode kurzschließt, welche die Aus­ gangsspannungs-Konstanthaltungseinrichtung bildet, wodurch das Gatepotential des Ladungs-Halbleiterelementes verringert und dieses abgeschaltet wird. Selbst im Falle einer Halbleiter­ vorrichtung, welche eine lange Einschaltzeit und eine kurze nichtleitende Periode aufweist, kann daher die Treiberstrom­ quellenspannung zum Treiben des Ausgangsschaltabschnitts auf einem vorbestimmten Wert gehalten werden. Darüber hinaus kann der Verlust, der in dem Ausgangs-Halbleiterelement mit iso­ liertem Gate hervorgerufen wird, minimalisiert werden. Da eine Aufladung des Kondensators in der Anfangsstufe des Ab­ schaltvorganges des Ausgangs-Halbleiterelementes mit isolier­ tem Gate beendet werden kann, ist es möglich, den in dem auf­ ladenden Halbleiterelement erzeugten Verlust zu überprüfen. Da die Verwendung von Elementen mit einer hohen Durchbruchs­ spannung in der Ausgangsschalteinrichtung und der Ausgangs­ steuereinrichtung nicht erforderlich ist, läßt sich eine Halb­ leitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle mit hoher Verläßlichkeit und niedrigen Kosten realisieren.In a case where a capacitor for the battery device can be used when the voltage is above the capacitor is lower than a predetermined voltage value the charging process is stopped for a short period of time to a sufficiently high voltage at the gate of the charge half apply conductor element, whereby the drain current of Charge semiconductor element is increased. If the capacitor is charged to a predetermined value as by the second constant voltage diode to determine the charge potential is displayed, the charging process is completed by the short-circuiting semiconductor element of the switch bypass facility stopped, which is at least part of the  first constant voltage diode which shorts the off forms constant-voltage device, whereby the Gate potential of the charge semiconductor element is reduced and this is switched off. Even in the case of a semiconductor device which has a long on time and a short one non-conductive period, the driver current can source voltage for driving the output switching section be held at a predetermined value. Furthermore, can the loss that iso in the output semiconductor element gated gate is minimized. There a charge of the capacitor in the initial stage of the Ab switching process of the output semiconductor element with isol tem gate can be ended, it is possible to in the on to check the generated semiconductor element generated loss. Because the use of elements with a high breakthrough voltage in the output switching device and the output control device is not required, can be a half conductor device with built-in driver power source with high Realize reliability and low costs.

Die voranstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgte zum Zwecke der Erläuterung und der Beschreibung. Es ist nicht angestrebt, die Erfindun 00903 00070 552 001000280000000200012000285910079200040 0002004215199 00004 00784g auf die exakte dargestellte Form einzuschränken oder sie hier­ durch zu erschöpfen, und es sind Modifikationen und Änderungen angesichts der voranstehenden Lehre möglich, oder lassen sich beim Praktizieren der vorliegenden Erfindung ableiten. Die Ausführungsformen wurden zu dem Zweck ausgewählt und beschrie­ ben, um die Grundlagen der Erfindung und ihre praktische Ein­ setzbarkeit zu erläutern, um einen Fachmann auf diesem Gebiet in die Lage zu versetzen, die Erfindung in unterschiedlichen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen einzu­ setzen, wie sie für den speziellen Einsatzzweck geeignet sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen und ihren Äqui­ valenten.The foregoing description of preferred embodiments the present invention has been presented for the purpose of illustration and the description. It is not intended to invent 00903 00070 552 001000280000000200012000285910079200040 0002004215199 00004 00784g restrict to the exact form shown or here by exhausting, and there are modifications and changes given the above teaching possible or not in practicing the present invention. The Embodiments have been selected and described for the purpose ben to the basics of the invention and its practical one explainability to a specialist in this field to enable the invention in different Embodiments and with various modifications set as they are suitable for the special purpose. The scope of the present invention results from the  The entirety of the present application documents and their equi valence.

Claims (36)

1. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle, gekennzeichnet durch:
eine Ausgangsschalteinrichtung zum Schalten von Leistung zwischen ersten und zweiten Klemmen extern von der Halb­ leitervorrichtung;
eine Ausgangssteuereinrichtung zum Steuern der Ausgangs­ schalteinrichtung in Reaktion auf ein Eingangssteuersignal;
eine Batterieeinrichtung zur Zufuhr von Treiberstrom zu der Ausgangssteuereinrichtung;
eine Ladeeinrichtung zum Aufladen der Batterieeinrichtung von einer Schaltung außerhalb der Halbleitervorrichtung, wobei die Ladungseinrichtung aufweist:
eine Konstantspannungs-Ausgangseinrichtung, die mit der externen Schaltung verbunden ist, zur Bereitstellung eines Ladungsreferenzpotentials,
eine Ladungsschalteinrichtung zum Leiten von Ladungsstrom zu der Batterieeinrichtung von der externen Schaltung in Reaktion auf das Ladungsreferenzpotential, und
eine Ladungsbeendigungseinrichtung zum Ausschalten der Ladungsschalteinrichtung, wenn ein Ladepotential der Bat­ terieeinrichtung einen vorbestimmten Ladungspotentialpegel erreicht.
1. Semiconductor device with built-in driver current source, characterized by :
an output switching device for switching power between first and second terminals externally of the semiconductor device;
output control means for controlling the output switching means in response to an input control signal;
battery means for supplying driver current to the output control means;
a charging device for charging the battery device from a circuit outside the semiconductor device, the charging device comprising:
a constant voltage output device, which is connected to the external circuit, for providing a charge reference potential,
charge switch means for directing charge current to the battery means from the external circuit in response to the charge reference potential, and
a charge termination device for turning off the charge switching device when a charging potential of the battery device reaches a predetermined charge potential level.
2. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ladungsschalteinrichtung ein Halbleiterelement mit isoliertem Gate zum Leiten des Ladungsstroms aufweist, wo­ bei das Halbleiterelement mit isoliertem Gate ein Gate auf­ weist, welches das Ladungsreferenzpotential als ein Gate­ potential empfängt, um das Halbleiterelement einzuschalten, und
daß die Ladungsbeendigungseinrichtung eine Einrichtung zur Ermittlung des Ladungspotentials der Batterieeinrichtung aufweist, und eine Schalterumgehungseinrichtung, die mit dem Gate des Halbleiterelements mit isoliertem Gate ver­ bunden ist, um die Konstantspannungs-Ausgangsquelle zu umgehen, wenn das vorbestimmte Ladungspotential der Batte­ rieeinrichtung den vorbestimmten Pegel erreicht, um das Ladungsreferenzpotential auf einen Pegel einzustellen, der zum Ausschalten des Kalbleiterelements ausreicht.
2. Semiconductor device with built-in driver current source according to claim 1, characterized in that
that the charge switching device comprises an insulated gate semiconductor element for conducting the charge current, where the insulated gate semiconductor element has a gate which receives the charge reference potential as a gate potential to turn on the semiconductor element, and
that the charge termination means includes means for determining the charge potential of the battery means, and switch bypass means connected to the gate of the insulated gate semiconductor element to bypass the constant voltage output source when the predetermined charge potential of the battery means reaches the predetermined level, to set the charge reference potential to a level sufficient to turn off the calf conductor element.
3. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs­ schalteinrichtung ein Ausgangshalbleiterelement mit iso­ liertem Gate aufweist.3. Semiconductor device with built-in drive power source according to claim 1, characterized in that the output switching device an output semiconductor element with iso gated gate. 4. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssteuereinrichtung eine Gatetreibereinrich­ tung zum Laden und Entladen des Gates des Ausgangshalblei­ terelements mit isoliertem Gate aufweist,
daß die Batterieeinrichtung einen Kondensator zur Zufuhr von Strom zu der Gatetreibereinrichtung aufweist,
daß die Ladungsschalteinrichtung eine Ladungsschaltungsein­ richtung aufweist, um den Kondensator mit einer Spannung über der Drainelektrode und der Sourceelektrode des Aus­ gangshalbleiterelementes mit isoliertem Gate zu laden, wo­ bei die Ladungsschaltungseinrichtung ein ladendes Halb­ leiterelement und eine Umkehrstromsperrdiode aufweist, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und den Konden­ sator geschaltet sind, sowie einen Widerstand und eine erste Konstantspannungsdiode, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und die Sourceelektrode geschaltet sind, wobei die Anode der ersten Konstantspannungsdiode mit der Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelements mit iso­ liertem Gate verbunden ist, und die Kathode der ersten Konstantspannungsdiode an das Gate des ladenden Halblei­ terelements und den Widerstand angeschlossen ist, und
daß die Ladungsbeendigungseinrichtung ein kurzschließen­ des Halbleiterelement aufweist, welches ein Gate aufweist, das mit der Seite hohen Potentials des Kondensators über eine zweite Konstantspannungsdiode verbunden ist, um zumindest einen Teil der ersten Konstantspannungsdiode kurzzuschließen, wenn die Spannung über den Kondensator den vorbestimmten Ladungspotentialpegel erreicht.
4. A semiconductor device with a built-in driver current source according to claim 3, characterized in that the output control device has a gate driver device for loading and unloading the gate of the output semiconductor element with an insulated gate,
that the battery device has a capacitor for supplying current to the gate driver device,
that the charge switch device has a charge switch device to charge the capacitor with a voltage across the drain electrode and the source electrode of the output semiconductor element from insulated gate where the charge circuit device has a charging semiconductor element and a reverse current blocking diode which is in series between the drain electrode and the Capacitor are connected, as well as a resistor and a first constant voltage diode, which are connected in series between the drain electrode and the source electrode, the anode of the first constant voltage diode being connected to the source electrode of the output semiconductor element with an insulated gate, and the cathode of the first constant voltage diode the gate of the charging semiconductor element and the resistor is connected, and
that the charge termination device has a short circuit of the semiconductor element having a gate connected to the high potential side of the capacitor through a second constant voltage diode to short circuit at least part of the first constant voltage diode when the voltage across the capacitor reaches the predetermined charge potential level.
5. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement einen NPN-Transistor auf­ weist, und daß die Anode der zweiten Konstantspannungs­ diode mit der Basis des NPN-Transistors verbunden ist.5. Semiconductor device with built-in drive power source according to claim 4, characterized in that the short closing semiconductor element on an NPN transistor points, and that the anode of the second constant voltage diode is connected to the base of the NPN transistor. 6. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein Halbleiterelement mit isoliertem Gate aufweist, daß die Anode der zweiten Konstantspannungsdiode über einen Widerstand an die Source­ elektrode des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate angeschlossen ist, und daß die Anode der zweiten Kon­ stantspannungsdiode mit dem Gate des kurzschließenden Halb­ leiterelements mit isoliertem Gate verbunden ist.6. Semiconductor device with built-in drive power source according to claim 4, characterized in that the short closing semiconductor element with a semiconductor element insulated gate that the anode of the second  Constant voltage diode through a resistor to the source electrode of the output semiconductor element with insulated Gate is connected, and that the anode of the second con constant voltage diode with the gate of the short-circuiting half conductor element is connected to an insulated gate. 7. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssteuereinrichtung eine Einrichtung zum Aussenden von Licht in Reaktion auf das Eingangssteuer­ signal aufweist, und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Photospannung in Reaktion auf das ausgesandte Licht, und
daß die Ladungseinrichtung eine Einrichtung zum Leiten zu­ mindest eines Teils der Photospannung zu der Batterieein­ richtung aufweist, um die Batterieeinrichtung aufzuladen.
7. A semiconductor device with a built-in driver current source according to claim 1, characterized in that
that the output control means comprises means for emitting light in response to the input control signal, and means for generating a photo voltage in response to the emitted light, and
that the charging device has a device for conducting at least part of the photo voltage to the battery device in order to charge the battery device.
8. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs­ steuereinrichtung eine Einrichtung zum Umwandeln der Pho­ tospannung in ein Ausgangssteuersignal aufweist, sowie eine Einrichtung zur Übertragung des Ausgangssteuersignals an die Ausgangsschalteinrichtung.8. Semiconductor device with built-in drive power source according to claim 7, characterized in that the output control device a device for converting the Pho voltage in an output control signal, and means for transmitting the output control signal to the output switching device. 9. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht aussendende Einrichtung eine LED aufweist, und daß die Photospannungs-Erzeugungseinrichtung einen Phototransis­ torarray aufweist. 9. Semiconductor device with built-in driving current source according to claim 8, characterized in that the light emitting device has an LED, and that the Photo voltage generating device a phototransis has a torarray.   10. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs­ schalteinrichtung ein Ausgangshalbleiterelement mit iso­ liertem Gate aufweist.10. Semiconductor device with built-in drive power source according to claim 7, characterized in that the output switching device an output semiconductor element with iso gated gate. 11. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssteuereinrichtung eine Gatetreibereinrich­ tung zum Laden und Entladen des Gates des Ausgangshalb­ leiterelementes mit isoliertem Gate aufweist;
daß die Batterieeinrichtung einen Kondensator zur Zufuhr von Strom zu der Gatetreibereinrichtung aufweist;
daß die Ladungsschalteinrichtung eine Ladungsschaltungs­ einrichtung zum Aufladen des Kondensators mit einer Span­ nung über der Drainelektrode und der Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelementes mit isoliertem Gate aufweist, wobei die Ladungsschaltungseinrichtung ein ladendes Halb­ leiterelement und eine Umkehrstromsperrdiode aufweist, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und den Konden­ sator geschaltet sind, und einen Widerstand und eine er­ ste Konstantspannungsdiode, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und die Sourceelektrode geschaltet sind, wobei die Anode der ersten Konstantspannungsdiode mit der Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelementes mit iso­ liertem Gate verbunden ist, und die Kathode der ersten Konstantspannungsdiode mit dem Gate des ladenden Halblei­ terelementes und dem Widerstand verbunden ist; und
daß die Ladungsbeendigungseinrichtung ein kurzschließen­ des Halbleiterelement aufweist, welches mit einem Gate versehen ist, das mit der Seite hohen Potentials des Kondensators über eine zweite Konstantspannungsdiode verbunden ist, um zumindest einen Teil der ersten Kon­ stantspannungsdiode kurzzuschließen, wenn die Spannung über den Kondensator den vorbestimmten Ladungspotential­ pegel erreicht.
11. A semiconductor device with a built-in driver current source according to claim 10, characterized in that
that the output control device has a gate driver device for charging and discharging the gate of the output semiconductor element with an insulated gate;
that the battery device comprises a capacitor for supplying current to the gate driver device;
that the charge switching device has a charge switching device for charging the capacitor with a voltage across the drain electrode and the source electrode of the output semiconductor element with insulated gate, the charge circuit device having a charging semiconductor element and a reverse current blocking diode connected in series between the drain electrode and the capacitor and a resistor and a first constant voltage diode which are connected in series between the drain electrode and the source electrode, the anode of the first constant voltage diode being connected to the source electrode of the output semiconductor element with an insulated gate, and the cathode of the first constant voltage diode being connected to the gate the charging semiconductor element and the resistor is connected; and
that the charge termination device has a short circuit of the semiconductor element which is provided with a gate which is connected to the high potential side of the capacitor via a second constant voltage diode to short circuit at least part of the first constant voltage diode when the voltage across the capacitor has the predetermined charge potential level reached.
12. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein NPN-Transistor ist, und daß die Anode der zweiten Konstantspannungsdiode mit der Basis des NPN-Transistors verbunden ist.12. Semiconductor device with built-in drive power source according to claim 11, characterized in that the short closing semiconductor element is an NPN transistor, and that the anode of the second constant voltage diode with the base of the NPN transistor is connected. 13. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein Halbleiterelement mit isoliertem Gate ist, daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode über einen Widerstand mit der Sourceelek­ trode des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate verbunden ist, und daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode an das Gate des kurzschließenden Halblei­ terelementes mit isoliertem Gate angeschlossen ist.13. Semiconductor device with built-in driving current source according to claim 11, characterized in that the short closing semiconductor element with a semiconductor element insulated gate is that the anode is the second constant voltage diode through a resistor with the sourceelek trode of the output semiconductor element with insulated gate is connected, and that the anode of the second constant voltage diode to the gate of the short-circuiting half lead Terelementes is connected with an insulated gate. 14. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Sperreinrichtung vorgesehen ist, um die Ausgangs­ schalteinrichtung zu sperren, wenn das Ladungspotential der Batterieeinrichtung niedriger ist als der vorbestimm­ te Ladungspotentialpegel.14. Semiconductor device with built-in driving current source according to claim 1, characterized in that further a locking device is provided to the exit switching device to lock when the charge potential the battery device is lower than the predetermined one te charge potential level. 15. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssteuereinrichtung eine lichtemittierende Einrichtung zum Aussenden von Licht in Reaktion auf das Eingangssteuersignal aufweist und eine Photospannungs-Er­ zeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Photospannung in Reaktion auf das ausgesandte Licht, und
daß die Ladungseinrichtung eine Einrichtung zum Leiten zumindest eines Teils der Photospannung zu der Batterie­ einrichtung aufweist, um die Batterieeinrichtung aufzu­ laden.
15. A semiconductor device with a built-in driver current source according to claim 14, characterized in that
that the output control means comprises a light emitting means for emitting light in response to the input control signal and a photo voltage generating means for generating a photo voltage in response to the emitted light, and
that the charging device has a device for guiding at least part of the photo voltage to the battery device in order to charge the battery device.
16. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gangssteuereinrichtung eine Einrichtung zum Umwandeln der Photospannung in ein Ausgangssteuersignal aufweist, sowie eine Einrichtung zum Übertragen des Ausgangssteuer­ signals an die Ausgangsschalteinrichtung.16. Semiconductor device with built-in driving current source according to claim 15, characterized in that the Aus gear control device a device for converting which has photo voltage in an output control signal, and a device for transferring the output tax signals to the output switching device. 17. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die licht­ emittierende Einrichtung eine LED aufweist, und daß die Photospannungs-Erzeugungseinrichtung einen Phototransis­ torarray aufweist.17. Semiconductor device with built-in driving current source according to claim 16, characterized in that the light emitting device has an LED, and that the Photo voltage generating device a phototransis has a torarray. 18. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gangsschalteinrichtung ein Ausgangshalbleiterelement mit isoliertem Gate aufweist.18. Semiconductor device with built-in driving power source according to claim 14, characterized in that the Aus with an output semiconductor element insulated gate. 19. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssteuereinrichtung eine Gatetreibereinrich­ tung zum Laden und Entladen des Gates des Ausgangshalb­ leiterelementes mit isoliertem Gate aufweist;
daß die Batterieeinrichtung einen Kondensator zur Zufuhr von Strom zu der Gatetreibereinrichtung aufweist;
daß die Ladungsschalteinrichtung eine Ladungsschaltungs­ einrichtung zum Aufladen des Kondensators mit einer Span­ nung über der Drainelektrode und der Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate aufweist, wobei die Ladungsschaltungseinrichtung ein ladendes Halb­ leiterelement und eine Umkehrstromsperrdiode aufweist, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und den Konden­ sator geschaltet sind, sowie einen Widerstand und eine erste Konstantspannungsdiode, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und die Sourceelektrode geschaltet sind, wobei die Anode der ersten Konstantspannungsdiode an die Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelements mit iso­ liertem Gate angeschlossen ist, und die Kathode der er­ sten Konstantspannungsdiode mit dem Gate des ladenden Halbleiterelements und dem Widerstand verbunden ist, und
daß die Ladungsbeendigungseinrichtung ein kurzschließen­ des Halbleiterelement aufweist, das mit einem Gate ver­ sehen ist, welches mit der Seite hohen Potentials des Kondensators über eine zweite Konstantspannungsdiode ver­ bunden ist, um zumindest einen Teil der ersten Konstant­ spannungsdiode kurzzuschließen, wenn die Spannung über den Kondensator den vorbestimmten Ladungspotentialpegel erreicht.
19. A semiconductor device with a built-in driver current source according to claim 18, characterized in that
that the output control device has a gate driver device for charging and discharging the gate of the output semiconductor element with an insulated gate;
that the battery device comprises a capacitor for supplying current to the gate driver device;
that the charge switching device has a charge circuit device for charging the capacitor with a voltage across the drain and the source electrode of the output semiconductor element with insulated gate, the charge circuit device having a charging semiconductor element and a reverse current blocking diode connected in series between the drain electrode and the capacitor are, and a resistor and a first constant voltage diode, which are connected in series between the drain electrode and the source electrode, wherein the anode of the first constant voltage diode is connected to the source electrode of the output semiconductor element with insulated gate, and the cathode of the first constant voltage diode with the gate of the charging semiconductor element and the resistor is connected, and
that the charge termination device has a short circuit of the semiconductor element, which is seen ver with a gate, which is connected to the high potential side of the capacitor via a second constant voltage diode connected to short-circuit at least part of the first constant voltage diode when the voltage across the capacitor predetermined charge potential level reached.
20. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein NPN-Transistor ist, und daß die Anode der zweiten Konstantspannungsdiode mit der Basis des NPN-Transistors verbunden ist. 20. Semiconductor device with built-in driving current source according to claim 19, characterized in that the short closing semiconductor element is an NPN transistor, and that the anode of the second constant voltage diode with the base of the NPN transistor is connected.   21. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein Halbleiterelement mit isoliertem Gate ist, daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode über einen Widerstand an die Sourceelek­ trode des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate angeschlossen ist, und daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode mit dem Gate des kurzschließenden Halblei­ terelements mit isoliertem Gate verbunden ist.21. Semiconductor device with built-in driving current source according to claim 19, characterized in that the short closing semiconductor element with a semiconductor element insulated gate is that the anode is the second constant voltage diode via a resistor to the source electrode trode of the output semiconductor element with insulated gate is connected, and that the anode of the second constant voltage diode with the gate of the short-circuiting half lead Insulated gate ter elements is connected. 22. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle, gekennzeichnet durch:
eine Ausgangsschalteinrichtung zum Umschalten von Leistung zwischen ersten und zweiten Klemmen extern von der Halb­ leitervorrichtung;
eine Ausgangssteuereinrichtung zum Steuern der Ausgangs­ schalteinrichtung in Reaktion auf ein Eingangssteuersig­ nal;
eine Batterieeinrichtung zur Zufuhr von Treiberstrom zu der Ausgangssteuereinrichtung;
eine Ladungseinrichtung zum Aufladen der Batterieeinrich­ tung von einer Schaltung außerhalb der Halbleitervorrich­ tung, wobei die Ladungseinrichtung eine Ladungsschaltein­ richtung zum Leiten von Ladungsstrom zu der Batterieein­ richtung von der externen Schaltung aufweist; und
eine Sperreinrichtung zum Sperren der Ausgangsschaltein­ richtung, wenn ein Ladungspotential der Batterieeinrich­ tung niedriger ist als ein vorbestimmter Ladungspotential­ pegel.
22. Semiconductor device with built-in driving current source, characterized by:
an output switching device for switching power between first and second terminals externally from the semiconductor device;
output control means for controlling the output switching means in response to an input control signal;
battery means for supplying driver current to the output control means;
a charging device for charging the battery device from a circuit outside the semiconductor device, the charging device comprising a charge switching device for conducting charge current to the battery device from the external circuit; and
a locking device for locking the output switching device when a charge potential of the battery device is lower than a predetermined charge potential level.
23. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgangssteuerabschnitt eine Einrichtung zum Aus­ senden von Licht in Reaktion auf das Eingangssteuersignal aufweist, sowie eine Einrichtung zur Erzeugung einer Pho­ tospannung in Reaktion auf das ausgesandte Licht, und
daß die Ladungseinrichtung eine Einrichtung zum Leiten zumindest eines Teils der Photospannung zu der Batterie­ einrichtung aufweist, um die Batterieeinrichtung aufzu­ laden.
23. A semiconductor device with a built-in driver current source according to claim 22, characterized in that
that the output control section comprises means for emitting light in response to the input control signal, and means for generating a photo voltage in response to the emitted light, and
that the charging device has a device for guiding at least part of the photo voltage to the battery device in order to charge the battery device.
24. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gangssteuereinrichtung eine Einrichtung zum Umwandeln der Photospannung in ein Ausgangssteuersignal aufweist, sowie eine Einrichtung zur Übertragung des Ausgangssteuersignals an die Ausgangsschalteinrichtung.24. Semiconductor device with built-in driving power source according to claim 23, characterized in that the Aus gear control device a device for converting the Has photo voltage in an output control signal, as well means for transmitting the output control signal to the output switching device. 25. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die licht­ aussendende Einrichtung eine LED aufweist, und daß die Photospannungs-Erzeugungseinrichtung einen Phototransis­ torarray aufweist.25. Semiconductor device with built-in driving power source according to claim 24, characterized in that the light emitting device has an LED, and that the Photo voltage generating device a phototransis has a torarray. 26. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gangsschalteinrichtung ein Ausgangshalbleiterelement mit isoliertem Gate aufweist.26. Semiconductor device with built-in drive power source according to claim 22, characterized in that the Aus with an output semiconductor element insulated gate. 27. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssteuereinrichtung eine Gatetreiberein­ richtung zum Aufladen und Entladen des Gates des Ausgangs­ halbleiterelements mit isoliertem Gate aufweist;
daß die Batterieeinrichtung einen Kondensator zur Zufuhr von Strom zu der Gatetreibereinrichtung aufweist;
daß die Ladungsschalteinrichtung eine Ladungsschaltungs­ einrichtung aufweist, um den Kondensator mit einer Span­ nung über der Drainelektrode und der Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate zu laden, wobei die Ladungsschaltungseinrichtung ein ladendes Halb­ leiterelement und eine Umkehrstromsperrdiode aufweist, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und den Konden­ sator geschaltet sind, sowie einen Widerstand und eine erste Konstantspannungsdiode, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und die Sourceelektrode geschaltet sind, wobei die Anode der ersten Konstantspannungsdiode an die Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelements mit iso­ liertem Gate angeschlossen ist, und die Kathode der er­ sten Konstantspannungsdiode an das Gate des ladenden Halb­ leiterelements und den Widerstand angeschlossen ist, und
daß die Ladungsbeendigungseinrichtung ein kurzschließen­ des Halbleiterelement aufweist, welches mit einem Gate versehen ist, das an die Seite hohen Potentials des Kon­ densators über eine zweite Konstantspannungsdiode ange­ schlossen ist, um zumindest einen Teil der ersten Kon­ stantspannungsdiode kurzzuschließen, wenn die Spannung über dem Kondensator den vorbestimmten Ladungspotential­ pegel erreicht.
27. A semiconductor device with a built-in driver current source according to claim 26, characterized in that
that the output control means comprises a gate driver for charging and discharging the gate of the output semiconductor element with an insulated gate;
that the battery device comprises a capacitor for supplying current to the gate driver device;
that the charge switch device has a charge circuit device to charge the capacitor with a voltage across the drain and the source electrode of the output semiconductor element with insulated gate, the charge circuit device having a charging semiconductor element and a reverse current blocking diode in series between the drain electrode and the condensers sator are connected, and a resistor and a first constant voltage diode, which are connected in series between the drain electrode and the source electrode, wherein the anode of the first constant voltage diode is connected to the source electrode of the output semiconductor element with insulated gate, and the cathode of the first constant voltage diode the gate of the charging semiconductor element and the resistor is connected, and
that the charge termination device has a short circuit of the semiconductor element which is provided with a gate which is connected to the high potential side of the capacitor via a second constant voltage diode to short circuit at least part of the first constant voltage diode when the voltage across the capacitor predetermined charge potential level reached.
28. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das kurzschließende Halbleiterelement ein NPN-Transistor ist, und daß die Anode der zweiten Konstantspannungsdiode an die Basis des NPN-Transistors angeschlossen ist.28. Semiconductor device with built-in driving power source according to claim 27, characterized in that the  short-circuiting semiconductor element is an NPN transistor, and that the anode of the second constant voltage diode the base of the NPN transistor is connected. 29. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein Halbleiterelement mit isoliertem Gate ist, daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode über einen Widerstand an die Sourceelek­ trode des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate angeschlossen ist, und daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode mit dem Gate des kurzschließenden Halblei­ terelements mit isoliertem Gate verbunden ist.29. Semiconductor device with built-in driving current source according to claim 27, characterized in that the short closing semiconductor element with a semiconductor element insulated gate is that the anode is the second constant voltage diode via a resistor to the source electrode trode of the output semiconductor element with insulated gate is connected, and that the anode of the second constant voltage diode with the gate of the short-circuiting half lead Insulated gate ter elements is connected. 30. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle, gekennzeichnet durch:
eine Ausgangsschalteinrichtung zum Schalten von Leistung zwischen ersten und zweiten Klemmen extern von der Halb­ leitervorrichtung;
eine Ausgangssteuereinrichtung zum Steuern der Ausgangs­ schalteinrichtung in Reaktion auf ein Eingangssteuersig­ nal;
eine Batterieeinrichtung zur Zufuhr von Treiberstrom zu der Ausgangssteuereinrichtung; und
eine Ladungseinrichtung zum Laden der Batterieeinrichtung von einer Schaltung extern von der Halbleitervorrichtung,
wobei die Ladungseinrichtung eine Ladungsschalteinrich­ tung aufweist, um Ladungsstrom von der externen Schaltung der Batterieeinrichtung zuzuleiten;
wobei der Ausgangssteuerabschnitt eine Einrichtung zum Aussenden von Licht in Reaktion auf das Eingangssteuer­ signal aufweist, sowie eine Einrichtung zur Erzeugung ei­ ner Photospannung in Reaktion auf das ausgesandte Licht, und
wobei die Ladungseinrichtung eine Einrichtung zum Leiten zumindest eines Teils der Photospannung an die Batterieeinrichtung aufweist, um die Batterieeinrichtung aufzuladen.
30. Semiconductor device with built-in driver current source, characterized by:
an output switching device for switching power between first and second terminals externally of the semiconductor device;
output control means for controlling the output switching means in response to an input control signal;
battery means for supplying driver current to the output control means; and
a charging device for charging the battery device from a circuit external to the semiconductor device,
wherein the charging device comprises a charge switching device for supplying charge current from the external circuit to the battery device;
wherein the output control section comprises means for emitting light in response to the input control signal, means for generating a photo voltage in response to the emitted light, and
wherein the charging means comprises means for directing at least a portion of the photo voltage to the battery means to charge the battery means.
31. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gangssteuereinrichtung eine Einrichtung zum Umwandeln der Photospannung in ein Ausgangssteuersignal aufweist, sowie eine Einrichtung zum Übertragen des Ausgangssteuer­ signals an die Ausgangsschalteinrichtung.31. Semiconductor device with built-in driving current source according to claim 30, characterized in that the Aus gear control device a device for converting which has photo voltage in an output control signal, and a device for transferring the output tax signals to the output switching device. 32. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht aussendende Einrichtung eine LED aufweist, und daß die Photospannungs-Erzeugungseinrichtung einen Phototransis­ torarray aufweist.32. Semiconductor device with built-in driving power source according to claim 31, characterized in that the light emitting device has an LED, and that the Photo voltage generating device a phototransis has a torarray. 33. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gangsschalteinrichtung ein Ausgangshalbleiterelement mit isoliertem Gate aufweist.33. Semiconductor device with built-in driving current source according to claim 30, characterized in that the Aus with an output semiconductor element insulated gate. 34. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssteuereinrichtung eine Gatetreibereinrich­ tung zum Laden und Entladen des Gates des Ausgangshalb­ leiterelements mit isoliertem Gate aufweist;
daß die Batterieeinrichtung einen Kondensator zur Zufuhr von Strom zu der Gatetreibereinrichtung aufweist;
daß die Ladungsschalteinrichtung eine Ladungsschaltungs­ einrichtung aufweist, um den Kondensator mit einer Span­ nung über der Drainelektrode und der Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate aufzuladen, wobei die Ladungsschaltungseinrichtung ein ladendes Halb­ leiterelement und eine Umkehrstromsperrdiode aufweist, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und den Konden­ sator geschaltet sind, sowie einen Widerstand und eine erste Konstantspannungsdiode, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und die Sourceelektrode geschaltet sind, wobei die Anode der ersten Konstantspannungsdiode mit der Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelements mit iso­ liertem Gate verbunden ist, und die Kathode der ersten Konstantspannungsdiode an das Gate des ladenden Halblei­ terelements und dem Widerstand angeschlossen ist, und
daß die Ladungsbeendigungseinrichtung ein kurzschließen­ des Halbleiterelement aufweist, welches mit einem Gate versehen ist, das an die Seite hohen Potentials des Kon­ densators über eine zweite Konstantspannungsdiode ange­ schlossen ist, um zumindest einen Teil der ersten Kon­ stantspannungsdiode kurzzuschließen, wenn die Spannung über den Kondensator den vorbestimmten Ladungspotential­ pegel erreicht.
34. Semiconductor device with built-in driver current source according to claim 33, characterized in that
that the output control means comprises a gate driver device for charging and discharging the gate of the output semiconductor element with an insulated gate;
that the battery device comprises a capacitor for supplying current to the gate driver device;
that the charge switch device has a charge circuit device to charge the capacitor with a voltage across the drain and the source electrode of the output semiconductor element with insulated gate, the charge circuit device having a charging semiconductor element and a reverse current blocking diode which is in series between the drain electrode and the capacitor are connected, as well as a resistor and a first constant voltage diode, which are connected in series between the drain electrode and the source electrode, the anode of the first constant voltage diode being connected to the source electrode of the output semiconductor element with an insulated gate, and the cathode of the first constant voltage diode to the gate of the charging semiconductor element and the resistor is connected, and
that the charge termination device has a short circuit of the semiconductor element which is provided with a gate which is connected to the side of the high potential of the capacitor via a second constant voltage diode to short circuit at least part of the first constant voltage diode when the voltage across the capacitor predetermined charge potential level reached.
35. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein NPN-Transistor ist, und daß die Anode der zweiten Konstantspannungsdiode an die Basis des NPN-Transistors angeschlossen ist. 35. Semiconductor device with built-in driving current source according to claim 34, characterized in that the short closing semiconductor element is an NPN transistor, and that the anode of the second constant voltage diode to the Base of the NPN transistor is connected.   36. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein Halbleiterelement mit isoliertem Gate ist, daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode über einen Widerstand an die Sourceelek­ trode des Ausgangshalbleiterelement mit isoliertem Gate angeschlossen ist, und daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode mit dem Gate des kurzschließenden Halblei­ terelements mit isoliertem Gate verbunden ist.36. Semiconductor device with built-in driving power source according to claim 34, characterized in that the short closing semiconductor element with a semiconductor element insulated gate is that the anode is the second constant voltage diode via a resistor to the source electrode trode of the output semiconductor element with insulated gate is connected, and that the anode of the second constant voltage diode with the gate of the short-circuiting half lead Insulated gate ter elements is connected.
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