DE68928176T2

DE68928176T2 - Leistungshalbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE68928176T2
Application number: DE68928176T
Authority: DE
Inventors: Horii Tabiko Katsuta-Shi Hidesato; Suzuki Hitachiota-Shi Masayoshi
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1988-04-13
Filing date: 1989-04-10
Publication date: 1998-01-08
Anticipated expiration: 2009-04-11
Also published as: EP0337362A3; JPH01261917A; US4977333A; EP0337362A2; EP0337362B1; JP2656537B2; DE68928176D1; KR890016630A

Description

Allgemeiner Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitervorrichtung, und im besonderen betrifft die vorliegende Erfindung eine Leistungshalbleitervorrichtung, die den durch einen Verbraucher fließenden Strom begrenzen kann.
Häufig wird ein durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließender Arbeitstrom so begrenzt, daß eine Spannung oder ein Strom, die bzw. der einem Steuerungsanschluß der Halbleitervorrichtung zugeführt wird, geregelt wird. Hierbei ist die Leistungskurve zwischen dem fließenden Arbeitsstrom und dem Steuersignal jedoch nicht linear, wie etwa eine Quadratkurve. Somit ist es schwierig, den durch ein Halbleiterelement fließenden Arbeitsstrom nur durch ein Steuersignal zu steuern, das dem Steuerungsanschluß des Halbleiterelements zugeführt wird. Besonders schwierig ist die Steuerung des Arbeitsstroms mit hoher Präzision, da die Leistungskurve bei hohen Arbeitsstromwerten steil ansteigt. Ferner kann ein durch ein Halbleiterelement fließender Arbeitsstrom so gesteuert werden, daß dem Halbleiterelement ein Widerstand in Reihe hinzugefügt wird, wobei der an dem Widerstand auftretende Spannungsabfall erfaßt wird, und wobei das Steuersignal auf der Basis des Spannungsabfalls angepaßt wird. Bei einer derartigen Konfiguration ist die Verlustleistung in dem Reihenwiderstand jedoch groß und es wird viel Hitze erzeugt, die wiederum für die Halbleitervorrichtung nicht wünschenswert ist.
Jn US-A-4.553.084 wird eine Metalloxid-Halbleitervorrichtung (MOS) mit einer Mehrzahl von Stromwegen offenbart, wobei ein Teil eines Arbeitsstroms, der durch einen Teil der Stromwege fließt, erfaßt wird, um den gesamten Arbeitsstrom zu steuern. In dieser MOS-Halbleitervorrichtung ist ein Stromerfassungswiderstand mit einem Abschnitt von tausenden von Schaltungselementen der MOS-Halbleitervorrichtung verbunden, wobei ein Teil des Arbeitsstroms als der Spannungsabfall an dem obengenannten Stromerfassungswiderstand erfaßt wird, und wobei das dem Steueranschluß zugeführte Spannungssignal auf der Basis des erfaßten Spannungsabfalls gesteuert wird, wobei die Verlustleistung dabei so gering wie möglich gehalten werden soll, und wobei der Arbeitsstrom mit hoher Präzision gesteuert werden soll.
In US-A-4.723.114 wird ein Festkörperoszillator mit Halbleiterelementen offenbart, die parallel ausgebildet sind, wobei die Elemente unterschiedliche Bewertungen zur Veränderung der durch die parallelen Schaltungen fließenden Ströme aufweisen. Die Steuerungsanschlüsse der Halbleiterelemente sind gemeinsam verbunden, wobei der durch die Halbleiterelemente fließende Strom durch MOS-Schalter gesteuert wird, die in Reihe mit den Halbleiterelementen verbunden sind. Daraus ergibt sich, daß bei diesem Bezugspatent zahlreiche Elemente erforderlich sind, und daß diefläche des Halbleiter-Chips verhältnismäßig groß ist.
In Funkschau, Band 51, Nummer 25, Dezember 1979, Seiten 97-98, werden Feldeffekttransistoren mit gemeinsam verbundenen Eingangsanschlüssen und mit Belastungswiderständen offenbart, die für jeden Feldeffekttransistor einen anderen Wert aufweisen. Die Toranschlüsse der Feldeffekttransistoren sind mit getrennten Ausgangsanschlüssen einer Trigger- Festkörperschaltung verbunden. Die Schaltungsanordnung aus diesem Bezugsdokument weist den Nachteil auf, daß sich die Genauigkeit der Schaltung dadurch verschlechtert, daß die Bewertung der Feldeffekttransistoren durch die Belastungswiderstände bestimmt wird.
Heutzutage werden sogenannte elektronische Steuerungsvorrichtungen im Zuge der Entwicklung und der Ausbreitung digitaler Steuerungsvorrichtungen, wie etwa von Mikrocomputern, digitalisiert Aus diesem Grund ist es äußerst wünschenswert, eine Leistungshalbleitervorrichtung vorzusehen, die durch das digitale Signal dieser Steuerungsvorrichtungen auf einfache Weise gesteuert werden kann.
Bei der obengenannten, dem Stand der Technik entsprechenden Leistungshalbleitervorrichtung ist es jedoch so, daß ein Teil eines Arbeitsstroms durch einen Erfassungswiderstand fließen muß, um den Arbeitsstrom zu erfassen. Somit werden eine unnötige Verlustleistung sowie eine als Begleiterscheinung in dem Element auftretende Hitze erzeugt. Diese Vorrichtung ist nicht für alle Anwendungen geeignet, was besonders unter erschwerten Bedingungen zutrifft, wie etwa in Kraftfahrzeugen. Des weiteren eignet sich diese Vorrichtung nicht besonders gut für eine Digitalisierung.

Zusammenfassung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leistungshalbleitervorrichtung vorzusehen, die einen Arbeitsstrom begrenzen kann, ohne daß dabeieme überflüssige Verlustleistung auftritt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Leistungshalbleitervorrichtung vorzusehen, bei der eine Steuerung des Stroms durch ein digitales Signal möglich ist.
Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Leistungshalbleitervorrichtung, die folgendes umfaßt: eine Mehrzahl von Transistoren, bei denen es sich entweder um eine Mehrzahl von Netalloxid-Transistoren oder um eine Mehrzahl bipolarer Transistoren handelt, die auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat so ausgebildet sind, daß sie zueinander elektrisch parallel angeordnet sind; und wobei
Eingangsanschlüsse der genannten Mehrzahl von Transistoren gemeinsam mit einem Eingangsanschluß verbunden sind;
dadurch gekennzeichnet, daß Ausgangsanschlüsse der genannten Mehrzahl von Transistoren gemeinsam mit einem Ausgangsanschluß verbunden sind, wobei die genannte Mehrzahl von Transistoren zueinander elektrisch parallel angeordnet ist;
wobei die genannte Mehrzahl von Transistoren in eine Mehrzahl von Gruppen unterteilt ist, wobei ein Steuerungsanschluß bzw. Steuerungsanschlüsse des Transistors bzw. der Transistoren in jeder Gruppe von den Steuerungsanschlüssen der anderen Gruppen elektrisch unabhängig sind, und wenn in einer Gruppe mehr als ein Transistor vorhanden ist, so sind die Steuerungsanschlüsse der Transistoren in dieser Gruppe gemeinsam miteinander verbunden;
wobei Zähler vorgesehen sind, die Ausgangsanschlüsse aufweisen, die mit entsprechenden Steuerungsanschlüssen der genannten Gruppen verbunden sind; und
wobei die Stromkapazität jeder genannten Gruppe von Transistoren so gestaltet ist, daß sie eine vorbestimmte Gewichtung in bezug auf die entsprechende Einheitsleistung der Ausgangsanschlüsse der genannten Zähler aufweist, wobei die genannten Gewichtungen der genannten Gruppen unterschiedlich sind und in einem Verhältnis von 2n ausgedrückt werden, wobei n gleich Null ist oder eine positive ganze Zahl darstellt.
Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung kann ein Arbeitsstrom dadurch begrenzt werden, daß einzelne spezifizierte Halbleiter-Bauelemente in einen leitfähigen Zustand versetzt werden. Die Steuerung des Arbeitsstroms ist möglich, ohne daß parallel dazu eine verschwenderische Verlustleistung auftritt.
Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung kann die Steuerung der Halbleiter-Bauelementgruppen durch einen Zähler auf einfache Weise durchgeführt werden. Eine derartige Konstruktion kann auf einfache Weise begründet und integral auf ein und demselben Halbleitersubstrat gestaltet werden. Somit ist diese Konstruktion auch für eine maßstabsgerechte Verkleinerung von Vorteil. Ferner kann ein Arbeitsstrom unmittelbar durch digitale Signale gesteuert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Figur 1 ein Schaltschema einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine graphische Darstellung einer Leistungskurve zur Erläuterung der Funktionsweise der Halbleitervorrichtung aus Figur 1;
Figur 3 ein Kurvenformdiagramm, in dem die Kurvenformen an verschiedenen Teilen der Halbleitervorrichtung aus Figur 1 zur Erläuterung deren Funktionsweise abgebildet sind;
die Figuren 4A und 4B eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht einer Konstruktion, welche die Halbleitervorrichtung aus Figur 1 in Verbindung mit MOS- Transistoren darstellt;
Figur 5 ein Diagramm eines Modells eines Schaltungsaufbaus, bei dem die Halbleitervorrichtung aus Figur 1 in einem unitären Gehäuse integriert ist;
die Figuren 6 und 7 Schaltungspläne von Leistungshalbleitervorrichtungen gemäß anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
die Figuren 8 und 9 Schaltungspläne spezifischer Steuerungsvorrichtungen, die Leistungshalbleitervorrichtungen gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung darstellen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In Figur 1 ist eine Leistungshalbleitervorrichtung 1 dargestellt, die zum Beispiel vier Metalloxid-Transistoren bzw. MOS-Transistoren aufweist. In dieser Bezugsziffer ist ein Bereich bzw. ein Abschnitt, der einer Stromversorgungseinheit entspricht, mit der Bezugsziffer 2 bezeichnet, wobei dadurch nicht nur eine Spannungsquelle wie etwa eine Batterie dargestellt wird, sondern jede Art von Wechselstrom- oder Gleichstrom-Spannungsquelle. Die Bezugsziffer 3 bezeichnet einen Abschnitt, der einem Verbraucher entspricht, wobei es sich bei den Verbraucher etwa um einen Widerstand handeln kann, wobei die Bezugsziffer 3 jedoch nicht ausschließlich für einen Widerstand steht, vielmehr kann es sich dabei um jedes Element bzw. um Elemente handeln, durch die ein Strom fließen kann, wie etwa eine Spule oder ein Kondensator. Die Halbleitervorrichtung 1 ist in einer Reihenschaltung mit dem Verbraucher 3 verbunden. Diese Reihenschaltung wird zwischen einem Anschluß der Spannungsquelle 2, deren anderer Anschluß eine Erdverbindung aufweist, und dem Erdanschluß eingefügt.
Diese Halbleitervorrichtung 1 wird aus einer Mehrzahl (in der Figur handelt es sich um vier) von MOS-Transistoren bzw. Metalloxid-Transistoren 1A bis 1D gebildet. Die Drain- und Source-Anschlüsse dieser Transistoren sind entsprechend mit den gemeinsamen Ausgangsanschlüssen 4 und 5 verbunden. Das bedeutet, daß die Transistoren in einer Parallelschaltung angeschlossen sind. Die entsprechenden Gate-Anschlüsse dieser MOS-Transistoren 1A bis 1D sind unabhängig voneinander angeordnet, wobei ihnen die Ausgangssignale V&sub0;&sub1;, V&sub0;&sub2;, V&sub0;&sub3; und V&sub0;&sub4; der Zähler 6A bis 6D zugeführt werden, welche die Steuerschaltung bzw. den Steuerkreis darstellen. Genauer ausgedrückt bedeutet dies folgendes: Der Ausgang V&sub0;&sub1; des Zählers 6A ist mit dem Gate-Anschluß des MOS-Transistors 1A verbunden; der Ausgang des Zählers 6B ist mit dem Gate-Anschluß des MOS-Transistors 1B verbunden; der Ausgang des Zählers 6C ist mit dem Gate-Anschluß des MOS-Transistors 1C verbunden; und der Ausgang des Zählers 6D ist mit dem Gate-Anschluß des MOS- Transistors 1D verbunden. Ferner sind die den obengenannten Steuerkreis darstellenden Zähler 6A bis 6D so gestaltet, daß die entsprechenden Ausgangsspannungen V&sub0;&sub1; bis V&sub0;&sub4; verhältnismäßig präzise Spannungen WGS0 unterhalb der Schwellenspannung VTH in der Leistungskurve des Arbeitsstroms ID im Verhältnis zu der Steuerspannung VGS des MOS-Transistors aus Figur 2 und der Steuerspannung VGS1 erzeugen können. Der Ausgangszustand der Zähler 6A bis 6D verändert sich abhängig von einem Eingangssignal Vi, das an einem Steuerungs- Eingangsanschluß 7 des Zählers eingegeben wird.
Nachstehend wird die Funktionsweise der Halbleitervorrichtung 1 in bezug auf Figur 3 beschrieben. Gemäß der Zeitfolge aus Figur 3 werden alle Zähler 6A bis 6D vor der Zeit t&sub1; gelöscht, so daß sie alle den Zustand "0" aufweisen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die vier MOS- Transistoren 1A bis 1D der Halbleitervorrichtung 1 verschiedene Strombelastbarkeiten bzw. Stromkapazitäten auf. Die Stromkapazität des auf das Steuersignal VGS1 ansprechenden MOS- Transistors 1A ist I1A, wobei bei einer derartigen Anordnung folgt, daß die Stromkapazität des MOS-Transistors 1B gleich I1B = 2¹ x I1A ist. Die Stromkapazität I1c des MOS-Transistors 1C entspricht I1C = 2² x I1A = 4 x I1A, und die Stromkapazität I1D des MOS-Transistors 1D entspricht I1D = 2³ x I1A = 8 x I1A.
Zum Zeitpunkt t&sub1; wird etwa unter Verwendung eines Mikrocomputers gemäß der Darstellung aus Figur 3 (R) ein Steuerungs-Eingangssignal V&sub1; von einer digitalen Steuerungsvorrichtung in den Steuerungs-Eingangsanschluß 7 des Zählers eingegeben. In diesem Beispiel ist die Situation dargestellt, bei der zwischen den Zeitpunkten t&sub1; und t&sub2; 13 Impulssignale erzeugt werden. Immer, wenn dieses Impuls- Eingangssignal V&sub1; in den Eingangsanschluß 7 eingegeben wird, ändert sich der Ausgang des Zählers 6A durch einen Impuls des Eingangssignals V&sub1; gemäß der Darstellung aus Figur 3(a) von dem Zustand "0" in den Zustand "1". Als Reaktion auf den Betrieb der Zähler 6A bis 6D, zum Beispiel als Reaktion auf den ersten Impuls des Eingangssignals V&sub1;, wechselt der Zähler 6A seinen Zustand, wobei der Ausgang V&sub0;&sub1; den Wert "1" annimmt, wie dies in Figur 3(a) dargestellt ist. Danach werden die entsprechenden MOS-Transistoren 1A "eingeschaltet (in den leitfähigen Zustand versetzt)", so daß ein Arbeitsstrom mit einer Stärke I1A fließen kann. Wenn danach der zweite Impuls eingegeben wird, wechselt der Zustand des Zählers 6A erneut in "0" wobei der Zähler 6B gleichzeitig den Zustand "1" annimmt. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der entsprechende MOS-Transistor 1B den Zustand "ein" bzw. den Durchlaßzustand an, während der MOS-Transistor 1A in den Zustand "aus" zurückkehrt. Dadurch kann ein als I1B = 2 x I1A definierter Arbeitsstrom fließen. Wenn ferner der dritte Impuls eingegeben wird, wechseln die Ausgänge der Zähler 6A und 6B in den Zustand "1", so daß die MOS-Transistoren 1A und 1B in den Zustand 'ein' bzw. in den Durchlaßzustand versetzt werden, wodurch ein Arbeitsstrom I1A + I1b = I1A + 2I1A 3I1A fließen kann. Danach werden die gleichen Vorgänge wiederholt. Bei der Eingabe des dreizehnten Impulses befinden sich die Zähler 6A, 6C und 6D in dem Zustand "1", so daß die MOS-Transistoren 1A, 1C und 1D in den Zustand "ein" bzw. in den Durchlaßzustand versetzt werden, wodurch ein Arbeitsstrom I1A + I1C + I1D = I1A + 4I1A + 8I1A = 13I1A durch einen in Reihe geschalteten Verbraucher 3 fließen kann.
Aus vorstehenden Ausführungen wird deutlich, daß die Leistungshalbleitervorrichtung 1 den Arbeitsstrom gemäß der Anzahl der Impulse des Eingangssignals Vi steuern kann, die in den Steuerungs-Eingangsanschluß 7 eingegeben werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vier MOS-Transistoren 1A bis 1D sowie vier Zähler 6A bis 6D vorgesehen, um eine Einstellung des Arbeitsstroms auf 2&sup4; - 1 = 15 Stufen zu ermöglichen. Der Arbeitsstrom kann durch Veränderung der parallelen Konfiguration der MOS-Transistoren und der Reihenstufennummer der Zähler auf 2n - 1 Stufen eingestellt werden.
Aus der Beschreibung der MOS-Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird deutlich, daß der Arbeitsstrom der Vorrichtung auf einen vorbestimmten Wert gesteuert werden kann, ohne daß eine Impedanzeinrichtung eingesetzt werden muß, wie zum Beispiel ein Widerstandselement, das mit dem Drain- oder mit dem Source- Anschluß verbunden ist. Somit kann die unwirtschaftliche Hitzeerzeugung minimiert werden. Ferner kann die Steuerung der Stromstärke durch die Übermittlung digitaler Signale an die Zähler auf einfache Weise durchgeführt werden.
In dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 wurden die Stromkapazitäten der MOS-Transistoren 1A bis 1D ferner so ausgewählt, daß sie sich voneinander unterscheiden, wobei sie im besonderen so ausgewählt wurden, daß sie jeweils das zweifache der Kapazität des vorhergehenden Transistors aufweisen, um eine Auswahl des Arbeitsstroms auf 2n - 1 Stufen zu ermöglichen. Diese Anordnung ist jedoch nicht als einschränkend auszulegen. Es ist ebenso möglich, die Stromkapazitäten der MOS-Transistoren 1A bis 1D alle auf den gleichen Wert einzustellen. Bei einer Leistungshalbleitervorrichtung, die gemäß der Darstellung aus Figur 1 aus vier MOS-Transistorelementen 1A bis 1D gebildet wird, wird der Gesamtstrom in diesem Fall auf eine von vier Stufen eingestellt. In einem solchen Fall sind die Zähler 6A bis 6D ferner so gestaltet, daß sie an ihren Ausgangsanschlüssen Ausgänge gemäß der Größe bzw. der Höhe des digitalen Signals vorsehen.
Des weiteren sind die MOS-Transistoren 1A bis 1D in dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 alle auf dem gleichen Halbleitersubstrat ausgebildet, und zwar in Form einer Mehrzahl von MOS-Transistoren 1A bis 1D mit unterschiedlichen Stromkapazitäten. Eine solche Konfiguration kann in einem Vorrichtungsaufbau gemäß den Darstellungen aus den Figuren 4A und 4B umgesetzt werden.
Dies bedeutet, daß der Drainstrom ID eines MOS-Elements für gewöhnlich durch die Kanalbreite und die Kanallänge festgelegt werden kann. In dem Aufbau werden die n-Bereiche 10 und 11 durch Diffusion in einem p-Siliziumsubstrat 9 erzeugt, wobei die Isolierschichten 18, 19 und 20 aus Siliziumoxid auf der Cberfläche dieser Teile ausgebildet werden, und wobei die Extraktionsabschnitte 15, 16 und 17 (im speziellen eine Drain- Elektrode 15, eine Gate-Elektrode 16 und eine Source-Elektrode 17) unter Verwendung eines Metalls oder Vielkristall-Siliziums etc. zur Bildung eines MOS-Elements gestaltet werden. Die Breite des Kanals zwischen den obengenannten beiden n-Bereichen 10 und 11 wird mit W bezeichnet, während die Länge des Kanals die Bezeichnung L trägt. Dabei ist die Stromkapazität proportional zu W/L. Durch die Festlegung dieses Verhältnisses W/L auf dem zweifachen, dem vierfachen und dem achtfachen Wert, kann der Drainstrom, der durch die vier MOS-Transistoren 1A bis 1D fließen kann, auf den zweifachen, den vierfachen und den achtfachen Wert festgelegt werden. Wenn die Kanalbreite W konstant bleibt, ist es ferner möglich, gleiche Stromkapazitäten dadurch zu realisieren, daß die Kanallänge L auf 1/2, 1/4 und 1/8 festgelegt wird.
Ferner werden die Zähler 6A bis 6D sowie die MOS-Transistoren 1A bis 1D in dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 auf dem gleichen Halbleitersubstrat ausgebildet, wodurch die Größe der Vorrichtung auf vorteilhafte Weise verringert werden kann.
In Figur 5 ist ein Schaltungsaufbau eines Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt, wobei die Halbleitervorrichtung in einem Gehäuse integriert ist. Gemäß dem Aufbau aus Figur 4B sind die MOS-Bauelemente 1A bis 1D in einem Chip 21 integriert, wobei die Drain- und Source-Anschlüsse der entsprechenden Elemente durch interne Verdrahtungen in Parallelschaltung verbunden sind, so daß die Anschlüsse 22 und 23; vorgesehen werden. In dem Chip sind die Steuerkreise 6A bis 6D auf ähnliche Weise integriert, wobei intern Zwischenverbindungen zu den MOS-Elementen vorgesehen sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Großteil der Schaltung in einem Chip ausgebildet werden, wodurch eine Verringerung der Größe der Schaltung möglich ist.
In Figur 5 ist zwar ein Ausführungsbeispiel eines planaren Chips dargestellt, jedoch kann es sich bei der Chip- Konfiguration auch um eine Multi-Chip-Konfiguration oder um eine dreidimensionale Konfiguration handeln.
In Figur 6 ist eine Modifikation der Leistungshalbleitervorrichtung aus Figur 1 dargestellt, bei der die Zähler auf ähnliche Weise als ein Steuerkreis eingesetzt werden. In bezug auf die Metalloxid-Transistoren 1A bis 1D wird der rangniedrigste MOS-Transistor 1A aus einem MOS- Transistorelement gebildet, während der im Rang nächste MOS- Transistor 1B aus zwei MOS-Transistorelementen gebildet wird. Der im Rang drittniedrigste MOS-Transistor 1C wird aus 2² = 4 MOS-Transistorelementen gebildet, und der ranghöchste (im Rang viertniedrigste) MOS-Transistor 1D wird aus 2³ = 8 MOS- Transistorelementen gebildet. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Arbeitsstrom ähnlich wie in dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 auf eine von 16 (=2&sup4;) Stufen festgelegt werden. Das vorliegende Ausführungsbeispiel weist im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 zwar den Nachteil auf, das die Anzahl der Zwischenverbindungen etc. zunimmt, jedoch weist das vorliegende Ausführungsbeispiel den Vorteil auf, daß es unter Verwendung einer Mehrzahl von MOS-Transistoren möglich ist, verschiedene Stromkapazitäten auf verhältnismäßig einfache Weise festzulegen bzw. einzustellen.
Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem die MOS- Transistoren der Halbleitervorrichtung aus Figur 6 durch bipolare Transistoren ersetzt werden. Die Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels umfaßt die bipolaren Transistoren 1A1 bis 1D1, die entsprechend durch eine vorbestimmte Anzahl parallel verknüpfter bipolarer Transistorelemente gebildet werden. Die entsprechendenausgangssignale der Zähler 6A bis 6D werden in die entsprechenden Basisanschlüsse der Transistoren 1A1 bis 1D1 eingegeben, um diese entsprechend zu steuern. Normalerweise kann ein bipolarer Transistor und im besonderen ein bipolarer Darlington-Transistor im Vergleich zu einem MOS-Transistor eine hohe Stromkapazität vorsehen. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht somit die Einstellung eines hohen Stromwertes.
In den Figuren 8 und 9 sind Beispiele dargestellt, bei denen die vorstehend beschriebene Leistungshalbleitervorrichtung in bestimmten Schaltungen eingesetzt wird. Figur 8 zeigt eine Zündanlage für ein Automobil. Figur 9 zeigt einen Steuerkreis für einen Gleichstrommotor, der zum Beispiel als Betätigungsglied zur Steuerung eines Automobils etc. eingesetzt wird.
Zuerst wird das Ausführungsbeispiel aus Figur 8 beschrieben. Die Zähler 6A bis 6D und die MOS-Transistorgruppen lA bis 1D entsprechen den Elementen aus den vorstehenden Ausführungsbeispielen, wobei es sich bei dem zu steuernden Objekt jedoch um eine Hochspannungs-Zündspule 40 in einem Zündstromkreis handelt. Ferner sind zwischen den MOS- Transistorgruppen 1A bis 1D und den Zählern 6A bis 6D die Speicher 30, 31, 32 und 33 vorgesehen. Diese Speicher sind mit entsprechenden Strobe-Eingängen versehen. Wenn einem Strobe- Anschluß 77 ein externer Strobe-Impuls SP zugeführt wird, werden den Steuerungsanschlüssen (d.h. den Gate-Anschlüssen) der MOS-Transistorgruppen 1A bis 1D gleichzeitig Ausgänge zugeführt, die den Impulseingaben Vi entsprechen, die in einen Eingangsanschluß 7 für die Zähler 6A bis 6D eingegeben wurden. Dadurch entstehen in diesem Ausführungsbeispiel in dem Inhalt der Zähler keine vorübergehenden chronologischen Veränderungen, und die Einstellung der Stromstärke erfolgt für den zu steuernden Strom sofort, und zwar ohne einen schrittweise ansteigenden-Abschnitt der Kurvenform des Stroms ID, wie dies in Figur 3 (I) dargestellt ist. Im allgemeinen werden bei der Steuerung der Zündzeitpunktverstellung in einer Brennkraftmaschine verschiedene Parameter eingelesen, die die Drehzahl der Brennkraftmaschine, die Lastzustände etc. darstellen, wobei diese Parameter dann in einem Mikrocomputer verarbeitet werden, um die optimale Zündverstellung zu ermitteln. In diesem Fall berechnet der Mikrocomputer zusätzlich zu der Zündverstellung die Durchlaßtaktung sowie die Stromstärke des Primärstroms, der erforderlich ist, um eine für die Zündung notwendige Hochspannung an der Sekundärwicklung der Zündspule 40 zu erzeugen. Diese berechnete Stromstärke wird als digitales Signal in den Steuerungs-Eingangsanschluß 7 der Leistungssteuerungs-Halbleitervorrichtung eingegeben, um entsprechende Ausgangswerte der Zähler 6A bis 6D vorzusehen, die auf den berechneten Wert ansprechen. Nach der Berechnung der Durchlaßtaktung gibt der Mikrocomputer dann einen Strobe- Impuls SP aus, um dadurch den Inhalt der Speicher 30, 31, 32 und 33 den Gate-Anschlüssen der MOS-Transistorgruppen 1A bis 1D zuzuführen. Dadurch wird eine vorbestimmte Kombination der MOS- Transistoren eingeschaltet bzw. in den Durchlaßzustand versetzt, so daß ein Strom mit einer vorbestimmten Stromstärke durch die Primärwicklung der Zündspule 40 fließen kann. Beim Auftreten der Zündverstellung werden die Gate-Signale bzw. die Tor-Signale für die MOS-Transistoren gleichzeitig ausgelöst, um die MOS-Transistoren 1A bis 1D in den nichtleitenden Zustand zu versetzen. Somit wird der Strom, der durch die Primärwicklung der Zündspule 40 fließen konnte, schnell gesperrt. Gleichzeitig wird in der Sekundärwicklung der Zündspule 40 eine Hochspannung erzeugt, um an einer Zündkerze 41A und 41B Zündfunken zu erzeugen.
Nachstehend wird der Steuerkreis für einen Gleichstrommotor beschrieben. Ebenso wie in der Situation aus Figur 8 wird eine Leistungshalbleitervorrichtung in bezug aul eine Stromquelle 3 in einer Reihenschaltung mit einem Gleichstrommotor 50 verbunden. Dadurch wird der Strom geregelt, der durch den Gleichstrommotor fließen kann, um dadurch entsprechend eine Drehzahlregelung durchzuführen.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird somit deutlich, daß es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich ist, einen Arbeitsstrom ohne gleichzeitig auftretende Verlustleistung zu steuern. Ferner kann die Vorrichtung durch digitale Signale auf einfache Weise gesteuert werden. Somit kann eine außerordentlich nützliche Leistungshalbleitervorrichtung vorgesehen werden.

Claims

1. Leistungshalbleitervorrichtung (1), die folgendes umfaßt: eine Mehrzahl von Transistoren, bei denen es sich entweder um eine Mehrzahl von Metalloxid-Transistoren oder um eine Mehrzahl bipolarer Transistoren (1A-1D, 1A1-1D1) handelt, die auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat so ausgebildet sind, daß sie zueinander elektrisch parallel angeordnet sind; und wobei

Eingangsanschlüsse der genannten Mehrzahl von Transistoren gemeinsam mit einem Eingangsanschluß (4) verbunden sind;

dadurch gekennzeichnet, daß Ausgangsanschlüsse der genannten Mehrzahl von Transistoren gemeinsam mit einem Ausgangsanschluß (5) verbunden sind, wobei die genannte Mehrzahl von Transistoren zueinander elektrisch parallel angeordnet ist;

wobei die genannte Mehrzahl von Transistoren in eine Mehrzahl von Gruppen unterteilt ist, wobei ein Steuerungsanschluß bzw. Steuerungsanschlüsse des Transistors bzw. der Transistoren in jeder Gruppe von den Steuerungsanschlüssen der anderen Gruppen elektrisch unabhängig sind, und wenn in einer Gruppe mehr als ein Transistor vorhanden ist, so sind die Steuerungsanschlüsse der Transistoren in dieser Gruppe gemeinsam miteinander verbunden;

wobei Zähler (6A-6D) vorgesehen sind, die Ausgangsanschlüsse aufweisen, die mit entsprechenden Steuerungsanschlüssen der genannten Gruppen verbunden sind; und

wobei die Stronkapazität jeder genannten Gruppe von Transistoren so gestaltet ist, daß sie eine vorbestimmte Gewichtung in bezug auf die entsprechende Einheitsleistung der Ausgangsanschlüsse der genannten Zähler aufweist, wobei die genannten Gewichtungen der genannten Gruppen unterschiedlich sind und in einem Verhältnis von 2n ausgedrückt werden, wobei n gleich Null ist oder eine positive ganze Zahl darstellt.

2. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannten Strornkapazitäten der genannten Mehrzahl der Gruppen von Transistoren sukzessive jeweils doppelt so groß sind.

3. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die genannten Zähler ebenfalls auf dem genannten Halbleitersubstrat ausgebildet sind.

4. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei auf dem genannten Halbleitersubstrat Speicherkreise (30-33) ausgebildet sind, und wobei sich diese Speicherkreise zwischen den Ausgangsanschlüssen des genannten Zählers und den genannten Transistoren befinden.

5. Einsatz einer Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche als Stromregelungsvorrichtung in einem Zündsignalerzeugungskreis (40) für eine Brennkraftmaschine.

6. Einsatz einer Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Stromregelungsvorrichtung für einen Gleichstrommotor (50).