DE69532423T2

DE69532423T2 - Gatetreiberschaltung zur Steuerung eines Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE69532423T2
Application number: DE69532423T
Authority: DE
Inventors: Kazunori Oyabe; Tatsuhiko Fujihira; Kazuhiko Yoshida; Yukio Yano
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2015-03-31
Also published as: US5811996A; EP1276238A1; EP0675598A2; JPH07273623A; DE69532423D1; DE69531754D1; EP0675598B1; EP0675598A3; EP1276238B1; JP3123337B2; DE69531754T2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung zum Anlegen eines Gate-Ansteuersignals an ein Gate eines spannungsgesteuerten Halbleiterelements und betrifft insbesondere einen Aufbau einer Ansteuerschaltungsvorrichtung, die zum Ansteuern eines spannungsgesteuerten Halbleiterelements geeignet ist, welches mit einer induktiven Last verbunden ist.
Stand der Technik
Schon vor langer Zeit wurde ein elektronisches Gerät mit einem Leistungshalbleiterelement zuerst als elektrische Vorrichtung benutzt, um ein Elektrogerät zu steuern, welches eine induktive Komponente besaß, beispielsweise eine elektromagnetische Spule oder einen Elektromotor. Eine Ansteuerschaltung für einen FET mit einer auf Masse bezogenen Last ist aus der Europäischen Patentanmeldung Nr. EP 572706 bekannt. Diese Schaltung verwendet eine Ladungspumpe und schützende Zenerdioden. In neuerer Zeit sind mit der Entwicklung und Verbesserung der Halbleitertechnik elektronische Geräte zunehmend auf diesem Gebiet eingesetzt worden. Ein Beispiel eines derartigen elektronischen Geräts, welches die EIN/AUS-Steuerung einer elektromagnetischen Spule mit Hilfe eines spannungsgesteuerten Halbleiterelements als Leistungshalbleiterelement durchführt, ist in 8 gezeigt. Anders ausgedrückt, 8 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches das Leistungshalbleiterelement und zugehörige Bauelemente in einer herkömmlichen Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement zeigt.
In 8 bezeichnet das Bezugszeichen 9 eine Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung, die einen Stromversorgungsanschluß 913 zum Empfang des Potentials einer Netzanschlußleitung 9A und einen Bezugspotentialanschluß 914 zum Empfang des Potentials einer Erdungsleitung 9B als Bezugspotential hat. So empfängt die Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 9 eine Speisespannung V_CC, die von einer (nicht gezeigten) Quelle zwischen der Netzanschlußleitung 9A und der Erdungsleitung 9B kommt. Die Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 9 hat auch einen Eingangsanschluß 911 zur Eingabe eines Befehlssignals 11a und einen Ausgangsanschluß 912 zur Ausgabe eines Gate-Ansteuersignals 12a entsprechend dem Befehlssignal 11a an ein Gate eines n-Kanal MOSFET des Anreicherungstyps, nachfolgend als nEMOS 7 bezeichnet, bei dem es sich um das hauptsächliche spannungsgesteuerte Halbleiterelement handelt. Das Befehlssignal 11a ist ein binäres Signal, welches entweder einen hohen Pegel, nachfolgend als "H" bezeichnet, oder einen niedrigen Pegel, nachfolgend als "L" bezeichnet, hat. Der nEMOS 7 weist ein Halbleiterelement auf, welches eingeschaltet wird, wenn das Gate-Ansteuersignal 12a "H" ist und ausgeschaltet, wenn es "L" ist.
Die Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 9 umfaßt einen Logikschaltungsteil 91, einen Oszillatorschaltungsteil 92, einen n-Kanal MOSFET des Verarmungstyps, nachfolgend als nDMOS 931 bezeichnet, einen nEMOS 932, einen p-Kanal MOSFET des Anreicherungstyps, nachfolgend als "pEMOS" 941 bezeichnet, einen nEMOS 952, einen nDMOS 951, einen nEMOS 952, einen pEMOS 961, einen nEMOS 962, einen Kondensator 97, Dioden 981, 982 und 983, eine Spannungsregel diode 99 und einen Konstantspannungs-Stromversorgungsteil 991. Die beiden pEMOS 941 und 961 sind jeweils an ihrer Source mit der Netzanschlußleitung 9A verbunden.
Der Konstantspannungs-Stromversorgungsteil 991 ist eine Schaltungsvorrichtung, die eine Speisespannung gleich der Speisespannung V_CC an der Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 9, das heißt der Spannung zwischen der Netzanschlußleitung 9A und der Erdungsleitung 9B, empfängt und eine Zusatzspeisespannung V_DD liefert, die auf einem konstanten Spannungswert stabilisiert ist. Der Logikschaltungsteil 91 ist eine Schaltungsvorrichtung, die das Befehlssignal 11a empfängt, an einem Freigabeanschluß (E) ein Signal 91a ausgibt, welches den gleichen Pegel hat wie das Befehlssignal 11a, und an einem Sperranschluß (EB) ein Signal 91b ausgibt, welches den umgekehrten Pegel zum Befehlssignal 11a hat. Der Oszillatorschaltungsteil 92 ist eine Schaltungsvorrichtung, die das Signal 91a empfängt und an einem Ausgangsanschluß ein Signal 92a ausgibt, welches zwischen "H" und "L" mit kürzerer Periode als der kürzesten Dauer von "H" oder "L" des Befehlssignals 11a alterniert, und von einem weiteren Anschluß ein Signal 92b, welches den umgekehrten Pegel zum Signal 92a hat, wenn das Signal 91a "L" ist. Der Oszillatorschaltungsteil 92 gibt keines der Signale 92a und 92b aus, wenn das Signal 91a "H" ist. Der Logikschaltungsteil 91 und der Oszillatorschaltungsteil 92 erhalten als Versorgung die Hilfsspeisespannung V_DD.
Die in der in 8 gezeigten Weise verbundenen nDMOS 931 und 951 unterdrücken, wie bekannt, in die nDMOS 931 und 951 fließende Ströme auf deren Sättigungswerte herab, das heißt auf einen im wesentlichen konstanten Strom, um zu verhindern, daß überschüssiger Strom in die mit den nDMOS 931 und 951 verbundenen Elemente fließt, wenn eine große Spannung zwischen ihren Drain- und Source-Elektroden anliegt. Die nDMOS 931 und 951 funktionieren wie ein Widerstandselement, wenn eine zwischen Drain und Source anliegende Spannung klein ist.
Ist das Befehlssignal 11a "L", empfängt der nEMOS 952 das Signal 91b, welches "H" ist, und wird damit eingeschaltet. Folglich wird das Potential an einem Knoten zwischen der Source-Elektrode des nDMOS 951 und der Drain-Elektrode des nEMOS 952 nahezu auf das Potential der Erdungsleitung 9B abgesenkt, und der pEMOS 961 schaltet sich ein. Der nEMOS 962 empfängt das Signal 91a, welches "L" ist, und wird ausgeschaltet, wenn das Befehlssignal 11a "L" ist. Wenn das Befehlssignal 11a "L" ist, wird also die Spannung der Netzanschlußleitung 9A vom Ausgangsanschluß 912 über den pEMOS 961 und die Diode 981 ausgegeben.
Der nEMOS 932 wird beim Empfang des Signals 92b, welches "H" ist, eingeschaltet. Infolgedessen wird das Potential am Knoten zwischen der Source-Elektrode des nDMOS 931 und der Drain-Elektrode des nEMOS 932 nahezu auf das Potential der Erdungsleitung 9B abgesenkt, so daß der pEMOS 941 sich einschaltet. Wenn bei obigem Betrieb das Signal 92b "H" ist, wird das Potential der Netzanschlußleitung 9A über den pEMOS 941 an einen Anschluß des Kondensators 97 angelegt, der mit dem pEMOS 941 verbunden ist. Ist das Signal 92b "L", wird der nEMOS 932 ausgeschaltet. Infolgedessen wird das Potential am Knoten zwischen der Source-Elektrode des nDMOS 931 und der Drain-Elektrode des nEMOS 932 nahezu auf das Potential der Netzanschlußleitung 9A angehoben, wodurch der pEMOS 941 ausgeschaltet wird. Der nEMOS 942 empfängt das Signal 92a, welches "H" ist, und wird dann eingeschaltet, wenn das Signal 92b "L" ist. Wenn bei obigem Betrieb das Signal 92b "L" ist, nähert sich das Potential am Anschluß des Kondensators 97, der mit dem pEMOS 941 verbunden ist, dem Potential der Erdungsleitung 9B an. Anders ausgedrückt, der mit dem pEMOS 941 verbundene Anschluß des Kondensators 97 wird abwechselnd auf das Potential in der Nähe desjenigen der Netzanschlußleitung 9A und das Potential in der Nähe desjenigen der Erdungsleitung 9B gebracht, und zwar in Übereinstimmung mit einer Periode der vom Oszillatorschaltungsteil 92 ausgegebenen Signale 92a und 92b.
Außerdem wird, wenn das Befehlssignal 11a "L" ist, der pEMOS 961, wie oben beschrieben, eingeschaltet, und der andere Anschluß des Kondensators 97, der mit der Diode 982 verbunden ist, wird auf das Potential in der Nähe desjenigen der Netzanschlußleitung 9A gebracht. Folglich liegt unter der Bedingung, daß das Befehlssignal 11a "L" und das Signal 92b "L" ist, eine Spannung in der Nähe der Speisespannung V_CC am Kondensator 97 an, und der Kondensator 97 wird mit dieser Spannung geladen. Für den Fall, daß das Befehlssignal 11a "L" und das Signal 92b "H" ist, hält der Kondensator 97 seine Ladungen, mit denen er aufgeladen wurde, und aus diesem Grund wird die Spannung am Kondensator 97 zu einer Spannung entsprechend der vom Kondensator 97 erhaltenen Ladungsmenge. Auf diese Weise werden Ladungen nacheinander im Kondensator 97 gespeichert, wenn das Signal 92a wiederholt "H" und "L" ist, wodurch die Spannung am Kondensator 97 bis zu einem Wert in der Nähe der Speisespannung V_CC ansteigt. Wenn das Signal 92b "H" ist, erhält der mit dem pEMOS 941 verbundene Anschluß des Kondensators 97 die Spannung der Netzanschlußleitung 9A über den pEMOS 941, wie vorstehend beschrieben, und die Spannung an dem Anschluß des Kondensators 97, der mit der Diode 982 verbunden ist, kommt auf die Summe der Spannung in der Nähe der Speisespannung V_CC und der Spannung am Kondensator 97, die der vom Kondensator 97 gehaltenen Ladungsmenge entspricht. Die Summe kann im wesentlichen doppelt so groß sein wie die Spannung der Netzanschlußleitung 9A. Eine Spannung entsprechend dem Potentialunterschied zwischen dem mit der Diode 982 verbundenen Anschluß des Kondensators 97 und der Erdungsleitung 9B wird vom Ausgangsanschluß 912 als ein "H"-Wert des Gate-Ansteuersignals 12a während einer Periode ausgegeben, während der das Befehlssignal 11a "L" ist.
Der nEMOS 7 wird eingeschaltet, wenn das an sein Gate angelegte Gate-Ansteuersignal 12a "H" wird. Da eine elektromagnetische Spule 79, die eine Last des nEMOS 7 darstellt, zwischen einen mit der Source-Elektrode des nEMOS 7 verbundenen Ausgangsanschluß 7a und die Erdungsleitung 9B geschaltet ist, erhält die elektromagnetische Spule 79, wenn der nEMOS 7 eingeschaltet ist, eine Spannung in der Nähe der Speisespannung V_CC, so daß ein Strom I_L durch den nEMOS 7 fließt. Infolgedessen nimmt die elektromagnetische Spule 79 einen vorherbestimmten Erregungszustand an.
Wird das Befehlssignal 11a auf "H" geändert, so ändert sich das aus dem Logikschaltungsteil 91 ausgegebene Signal 91a auf "H" und das Signal 91b auf "L". Da bei der Eingabe des Signals 91a, welches "H" ist, der Oszillatorschaltungsteil 92 aufhört, die Signale 92a und 92b auszugeben, wird der Vorgang des Ladens des Kondensators 97 angehalten. Außerdem wird beim Eingeben des Signals 91b, welches "L" ist, der nEMOS 952 ausgeschaltet. Da das Potential am Knoten zwischen der Source-Elektrode des nDMOS 951 und der Drain-Elektrode des nEMOS 952 nahezu bis zum Potential in der Nähe desjenigen der Netzzufuhrleitung 9A ansteigt, wird folglich der pEMOS 961, dessen Gate an den Knoten angeschlossen ist, ausgeschaltet. Zur gleichen Zeit wird der nEMOS 962 ausgeschaltet, wenn das Signal 91a, welches "H" ist, eingegeben wird, und dann nähert sich das Potential des Ausgangsanschlusses 912 dem Potential der Erdungsleitung 9B an. Da das Befehlssignal 11a auf "H" übergegangen ist, nähert sich infolgedessen das Potential des Ausgangsanschlusses 912 dem Potential der Erdungsleitung 9B an. Das Potential des Ausgangsanschlusses 912 wird vom Ausgangsanschluß 912 während einer Periode, während der das Befehlssignal 11a "H" ist, als ein "L"-Wert des Gate-Ansteuersignals 12a ausgegeben. Wegen des Fertigungsaufbaus muß der nEMOS 962 eine parasitische Diode 962a haben, die so angeschlossen ist, wie in 8 gezeigt. Aus diesem Grund fließt bei diesem Betriebszustand ein resultierender Strom über die parasitische Diode 962a zum Gate des nEMOS 7, obgleich der Erdungsleitung 9B eine geringe Spannung überlagert ist. Die Spannungsregeldiode 99 dient dazu, diese Erscheinung zu verhindern.
Der nEMOS 7 wird unmittelbar nachdem das Gate-Ansteuersignal 12a auf "L" geschaltet wurde, ausgeschaltet, wie oben beschrieben, und beginnt dann mit dem Vorgang, den durch die elektromagnetische Spule 79 fließenden Strom I_L zu unterbrechen. Da die elektromagnetische Spule 79, die hier als Beispiel für ein elektrisches Gerät mit einer induktiven Komponente dient, eine Induktivität L hat, wird durch die Induktivität L eine elektromotorische Gegenkraft (= –L·dI_L/dt) entwickelt. Die elektromotorische Gegenkraft wird in einer Richtung entwickelt, in der ein zirkulierender Strom 1c in einem Schaltkreis fließt, der die elektromagnetische Spule 79 einschließt, wie 8 zeigt. Die elektromotorische Gegenkraft verursacht, daß eine Spannung zwischen das Gate des nEMOS 7 und die Source-Elektrode, die die andere Hauptelektrode desselben ist, angelegt wird. Ein spannungsgesteuertes Leistungshalbleiterelement mit einer Source-Elektrode als Ausgangsanschluß hat im allgemeinen den folgenden Spannungsfestigkeitswert zwischen dem Gate und der Source- oder Drain-Elektrode als der einen Hauptelektrode. Das bedeutet, daß in dem allgemeinen nEMOS eine Spannungsfestigkeit zwischen Gate und Drain einen Wert hat, der der Spannungsfestigkeit zwischen Drain und Source desselben übersteigt, wobei es sich um einen Elementfestigkeitswert handelt. Andererseits ist die Spannungsfestigkeit zwischen Gate und Source maximal 10 Volt oder so etwa, was merklich kleiner ist als die Spannungsfestigkeit des Leistungshalbleiterelements. Um also den Durchbruch zwischen Gate und Source aufgrund der elektromotorischen Gegenkraft zu verhüten, muß die zwischen Gate und Source des nEMOS 7 während der Erzeugung der elektromotorischen Gegenkraft angelegte Spannung auf einen Wert unterhalb der Spannungsfestigkeit erniedrigt werden. Zu diesem Zweck ist der nEMOS 75 vorgesehen. Die Spannungsregeldioden 71a und 75b, die in zwei Richtungen wirkend zwischen Gate und Source des nEMOS 75 geschaltet sind, sind Elemente zum Verhindern des Durchbruchs zwischen Gate und Source des nEMOS 75.
Der nEMOS 75 ist mit seiner Drain-Elektrode an das Gate des nEMOS 7 angeschlossen, seine Source-Elektrode ist mit der Source-Elektrode des nEMOS 7 verbunden und sein Gate mit der Erdungsleitung 9B. Deshalb wird der nEMOS 75 eingeschaltet, wodurch eine Verbindung zwischen Gate und Source des nEMOS 7 entsteht, wenn das Potential der Source-Elektrode des nEMOS 7, das heißt das Potential des Ausgangsanschlusses 7a durch Erzeugung der elektromotorischen Gegenkraft niedriger wird als das der Erdungsleitung 9B. Deshalb kommt es nicht zu einem Durchbruch zwischen Gate und Source des nEMOS 7, wenn die elektromotorische Gegenkraft entwickelt wird.
Wenn der nEMOS 75 vorgesehen ist, wird die in der elektromagnetischen Spule 79 in Abhängigkeit von dem Umschalten des Befehlssignals 11a auf "H" entwickelte elektromotorische Gegenkraft durch die Erdungsleitung 9B an die Spannungsregeldiode 99 mit einer Polarität angelegt, die von der Kathode zur Anode gerichtet ist, weil der nEMOS 962 in diesem Zustand durchgesteuert ist. Die elektromotorische Gegenkraft übersteigt ohne weiteres die Durchbruch- oder Durchschlagspannung, die eine Betriebsspannung der Spannungsregeldiode 99 ist. Der zirkulierende Strom 1c aufgrund der elektromotorischen Gegenkraft läuft also durch einen Weg um, der durch die elektromotorische Spule 79, die Erdungsleitung 9B, die Spannungsregeldiode 99 und die parasitische Diode 962a des nEMOS 962 in der genannten Reihenfolge verläuft, und kehrt über den nEMOS 75 zur elektromagnetischen Spule 79 zurück.
In dem Zustand, wenn der zirkulierende Strom 1c in diesen Weg hineinfließt, entsteht zwischen der Drain- und Source-Elektrode des nEMOS 75 wegen des dort herrschenden elektrischen Widerstands ein Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall besteht über Gate und Source des nEMOS 7, wodurch der nEMOS 7 unbeachtlich der Tatsache, daß das Gate-Ansteuersignal 12a "L" ist, wieder leitend wird und sich in einem halbeingeschalteten Zustand befindet. Folglich fließt von der Netzanschlußleitung 9A durch den nEMOS 7 ein Haltestrom I_OFF in der elektromagnetischen Spule 79 in einer Richtung, in der der Strom I_L fließt. In der elektromagnetischen Spule 79 wird elektromagnetische Energie W_L [= (1/2)LI²] in einer Periode gespeichert, während der das Befehlssignal 11a "L" ist. Die elektromagnetische Energie wird hauptsächlich in dem nEMOS 7 als eine elektrische Leistung verbraucht, die einem Produkt aus dem Haltestrom I_OFF und einer zwischen Drain und Source des nEMOS 7 in dem halbeingeschalteten Zustand entwickelten Spannung gleich ist. Folglich gibt die elektromagnetische Spule 79 die elektromagnetische Energie W_L an den nEMOS 7 frei und wird damit entmagnetisiert. Die elektromagnetische Spule 79 nimmt also einen nichterregten Zustand an.
Die vorstehend beschriebene bekannte Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 9 ist auf der Basis eines elektronischen Schaltkreises aufgebaut, der insgesamt als Ladepumpe bezeichnet wird und dem die Spannungsregeldiode 99 hinzugefügt wurde. Die hier angepaßte Ladepumpe soll eine Spannung abgeben, die doppelt so groß ist wie die Speisespannung V_CC vom Anschluß des Kondensators 97, der mit der Diode 982 verbunden ist. Die so aufgebaute Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung kann das Gate-Ansteuersignal 12a in einem für das Leistungshalbleiterelement, welches ein Haupthalbleiterelement des spannungsgesteuerten Typs ist, erforderlichen Pegel bereitstellen, obwohl die Speisespannung V_CC verhältnismäßig niedrig ist. Darüber hinaus hat die Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung den Vorteil, daß die Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung mit den obigen Funktionen und das von ihr angesteuerte Leistungshalbleiterelement integral auf dem gleichen Halbleitersubstrat ausgebildet werden können, womit ein sogenanntes Ein-Chip Leistungshalbleiterelement entsteht, das ohne weiteres mit herkömmlichen Fertigungstechniken für Halbleiterelemente hergestellt werden kann.
Es gibt eine Menge Fälle, in denen statt des MOSFET ein IGBT und dergleichen als hauptsächliches Halbleiterelement des spannungsgesteuerten Typs benutzt wird, der mit der Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung angesteuert wird.
Außerdem gibt es eine Menge Fälle, in denen ein p-Kanal Leistungshalbleiterelement statt des n-Kanal Leistungshalbleiterelements als das hauptsächliche Halbleiterelement des spannungsgesteuerten Typs benutzt wird, der von der Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung angesteuert wird.
Die oben beschriebene herkömmliche Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung für das spannungsgesteuerte Halbleiterelement kann ein elektrisches Gerät steuern, obwohl das Gerät eine induktive Komponente hat, indem das spannungsgesteuerte Leistungshalbleiterelement mit Hilfe dieser Schaltungsvorrichtung EIN/AUS gesteuert wird. Aber es ist festgestellt worden, daß eine solche bekannte Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung mit folgenden Schwierigkeiten zu tun hat.

1.) Für den Fall, daß es sich bei einer Last des Leistungshalbleiterelements um ein induktives elektrisches Gerät mit einer Induktivität L handelt, muß manchmal die in dem elektrischen Gerät gespeicherte elektromagnetische Energie W_L beim Ausschalten des Leistungshalbleiterelements auf Null gebracht werden. In einem solchen Fall wird, wie im Zusammenhang mit der bekannten Vorrichtung beschrieben, die elektromagnetische Energie insgesamt von einem Teil des Leistungshalbleiterelements absorbiert. Die zum Annullieren der in dem elektrischen Gerät gespeicherten elektromagnetischen Energie W_L erforderliche Zeit wird hierbei durch eine Erhöhung der Energiemenge, die das Leistungshalbleiterelement pro Zeiteinheit absorbieren kann, in zufriedenstellender Weise verkürzt. Die vom Leistungshalbleiterelement pro Zeiteinheit absorbierte elektromagnetische Energie bezieht sich auf ein Produkt einer Drain-Source-Spannung des Leistungshalbleiterelements und des Stroms I_OFF, der zu dieser Zeit von der Drain- zur Source-Elektrode fließt, und die Absorption der Energie W_L wird beim Stand der Technik vom Leistungshalbleiterelement im halbeingeschalteten Zustand durchgeführt. Die Drain-Source-Spannung des Leistungshalbleiterelements im halbeingeschalteten Zustand beträgt einige – zig bis 50 Prozent der Spannungsfestigkeit des Leistungshalbleiterelements, was deutlich niedriger ist als dessen Spannungsfestigkeit. Es wird also die Energieabsorptionsfähigkeit des Leistungshalbleiterelements nicht ausreichend genutzt. Deshalb ist eine lange Zeit nötig, um die in dem induktiven elektrischen Gerät gespeicherte elektromagnetische Energie W_L vom Leistungshalbleiterelement beim Ausschalten des Leistungshalbleiterelements zu absorbieren. Hierdurch wird bisher der Hochleistungsbetrieb des elektrischen Geräts begrenzt.
2.) Bei der einstückigen Ausbildung der Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 9 mit dem Halbleitersubstrat wird eine durch das allgemeine Herstellungsverfahren für Halbleiterelemente auf dem Halbleitersubstrat ausgebildete Isolierschicht als Dielektrikum für den Kondensator 97 genutzt. Die Spannungsfestigkeit einer Isolierschicht dieser Art beträgt nur maximal einige – zig Volt. Aus diesem Grund wird, wie in 9 gezeigt, der Kondensator 97 hier insgesamt in Parallelschaltung mit Spannungsregeldioden 97a und 97b verwendet, die in zwei Richtungen wirkend angeschlossen sind. Da eine Spannung in der Nähe der Speisespannung V_CC am Kondensator 97 anliegt, wie oben beschrieben, wird bei einer Änderung der Speisespannung V_CC auf einen höheren Wert eine Spannung oberhalb der Durchbruchspannung der Spannungsregeldioden 97a und 97b an den Kondensator 97 angelegt. In diesem Fall fließt entsprechend dem allgemein bekannten Betrieb von Spannungsregeldioden ein großer Rückwärtsstrom in die Spannungsregeldioden 97a und 97b längs eines Weges, der in der genannten Reihenfolge aus der Diode 982, den Spannungsregeldioden 97a, 97b, dem nEMOS 942 und der Erdungsleitung 9B besteht. Dieser Strom ist für die Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 9 völlig nutzlos. Besonders bei einer Vorrichtung mit hoher Speisespannung oder einer Vorrichtung, bei der ein großer Bereich an Speisespannungen benutzt wird, wie in elektrischen Geräten im Automobil, hat dieser nutzlose Strom eine Zunahme des Stromverbrauchs in der Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 9 zur Folge.

Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der Probleme bei dem oben genannten Stand der Technik gemacht, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement zu schaffen, mit der eine Zunahme des Stromverbrauchs bei hoher Speisespannung unterdrückt werden kann.
Diese Aufgaben werden mit einer Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung, wie beansprucht, erreicht, wobei spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung Gegenstand der Unteransprüche sind.
Arbeitsweise
Bei dem Aufbau gemäß Anspruch 1 liegt am Gate des spannungsgesteuerten Halbleiterelements der Zusatzbezugsspannungs-Schaltungsvorrichtung eine Spannung an, die auf ein eingebautes Potential der Spannungsregeldiode zurückzuführen ist, wenn die Leistungsspannung der Durchschlagspannung der Spannungsregeldiode gleicht oder unter dieser liegt, und eine Spannung gleich der Differenz zwischen der Speisespannung und der Durchschlagspannung der Spannungsregeldiode liegt an, wenn die Speisespannung die Summe der Spannung aufgrund des eingebauten Potentials und der Durchschlagspannung der Spannungsregeldiode übersteigt. Dementsprechend ist das spannungsgesteuerte Halbleiterelement der Zusatzbezugsspannungs-Schaltungsvorrichtung zur Ausgabe einer Zusatzbezugsspannung geeignet, die eine im wesentlichen konstante Differenz gegenüber der Speisespannung hat, bei der es sich um die gleiche Spannung wie die Durchschlagspannung der Spannungsregeldiode handelt. Da der Gate-Ansteuersignalgenerator seine Leistung von zwischen der Speisespannung und dieser Zusatzbezugsspannung bezieht, ist eine an den Gate-Ansteuersignalgenerator gelangende Spannung trotz schwankender Speisespannung gleich oder unterhalb der Durchschlagspannung der Spannungsregeldiode.
Infolgedessen kann ein Schaltungselement des Ansteuersignalgenerators, dem die Speisespannung zugeführt wird, beispielsweise eines Kondensators der Ladepumpe, mit einer Spannung versorgt werden, die auf das gleiche Niveau begrenzt ist, wie die Durchschlagspannung der Spannungsregeldiode, wenn sie am höchsten ist.
Mit dem Aufbau gemäß Anspruch 4 wird eine von der Konstantspannungs-Schaltungsvorrichtung ausgegebene Spannung um eine Spannung vermindert, die die Negativspannung erzeugende Schaltungsvorrichtung hervorbringt. Deshalb hat eine von der Konstantspannungs-Schaltungsvorrichtung unter der Speisespannung gleich der oder niedriger als die Durchschlagspannung der Spannungsregeldiode erzeugte Spannung einen Wert, auf den die Spannung aufgrund des eingebauten Potentials der Spannungsregeldiode durch eine Spannung reduziert wird, die von der die Negativspannung erzeugenden Schaltungsvorrichtung produziert wird. Die Speisespannung, bei der eine Gate-Spannung, eine Differentialspannung zwischen der Speisespannung und der Durchschlagspannung der Spannungsregeldiode, beginnt erzeugt zu werden, ist ein Wert, auf den die Summe der Spannung aufgrund des eingebauten Potentials und der Durchschlagspannung der Spannungsregeldiode durch eine Spannung vermindert wird, die von der Negativspannung erzeugenden Schaltungsvorrichtung erzeugt wird.
Folglich kann ein Bereich der Speisespannung, in dem die Differenz zwischen der Speisespannung und der von der Zusatzbezugsspannungs-Schaltungsvorrichtung erzeugten Zusatzbezugsspannung im wesentlichen konstant gleich der Durchschlagspannung der Spannungsregeldiode ist, zum unteren Spannungsbereich hin um eine Spannungsgröße erweitert werden, die von der Negativspannung erzeugenden Schaltungsvorrichtung erzeugt wird.
Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile kennzeichnen, mehr im einzelnen beschrieben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockschaltbild einer Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung und zeigt deren Schaltkreis mit einem Leistungshalbleiterelement und zugehörigen Bauelementen.
2 ist ein Schaltkreisdiagramm der in 1 gezeigten Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung.
3 ist ein Schaltkreisdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und zeigt ein Leistungshalbleiterelement mit zugehörigen Bauelementen.
4 ist ein Schaltkreisdiagramm der in 3 gezeigten Zusatzbezugsspannungs-Schaltungsvorrichtung.
5 ist eine graphische Darstellung der Abhängigkeit einer Gate-Spannung und Zusatzbezugsspannung von einer Speisespannung.
6 ist ein Schaltkreisdiagramm einer Zusatzbezugsspannungs-Schaltungsvorrichtung in Anwendung auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine graphische Darstellung der Abhängigkeit einer Gate-Spannung und Zusatzbezugsspannung von einer Speisespannung.
8 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Leistungshalbleiterelements und zugehöriger Bauelemente in einer herkömmlichen Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement.
9 ist ein Schaltkreisdiagramm eines in einer Ladepumpe verwendeten Kondensators.
1 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement entsprechend der vorliegenden Erfindung und zeigt ihren Schaltkreis mit einem Leistungshalbleiterelement und zugeordneten Elementen. 2 ist ein Schaltkreisdiagramm des in 1 gezeigten Gate-Ansteuersignalgenerators. In 1 und 2 sind die gleichen Elemente wie die der herkömmlichen Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung für das spannungsgesteuerte Halbleiterelement mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht mehr beschrieben. In 2 sind mit Bezug auf die in 8 benutzten Bezugszeichen nur repräsentative angegeben.
In 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement, für die als Gate-Ansteuersignalgenerator 2 ein Schaltkreis benutzt ist, in dessen Zusammensetzung die Spannungsregeldiode 99 der in 8 gezeigten herkömmlichen Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 9 entfernt und eine stromversorgungsseitige Schalteinrichtung 3 sowie eine bezugspotentialseitige Schalteinrichtung 4 hinzugefügt sind. Die Schalteinrichtung 3 der Stromversorgungsseite umfaßt eine Schaltvorrichtung 31 zum Schalten eines elektrischen Schaltkreises sowie einen Betriebsteil 32, der der Schaltvorrichtung 31 die Durchführung des Schaltvorganges ermöglicht. Die Schaltvorrichtung 31 ist zwischen einen Netzanschluß 13 der Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 1 und einen Netzanschluß 913 des Gate-Ansteuersignalgenerators 2 geschaltet. Der Betriebsteil 32 empfängt ein Befehlssignal 11a und schließt die Schaltvorrichtung 31, wenn das Befehlssignal 11a ein EIN-Befehl ist, während es die Schaltvorrichtung 31 öffnet, wenn es sich um einen AUS-Befehl handelt.
Die Schalteinrichtung 4 der Bezugspotentialseite umfaßt eine Schaltvorrichtung 41 zum Schalten des elektrischen Schaltkreises sowie einen Betriebsteil 42, der es der Schaltvorrichtung 41 erlaubt, den Schaltvorgang durchzuführen. Die Schaltvorrichtung 41 ist zwischen einen Bezugspotentialanschluß 14 der Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 1 und einen Bezugspotentialanschluß 914 des Gate-Ansteuersignalgenerators 2 geschaltet. Der Betriebsteil 42 empfängt das Befehlssignal 11a und schließt die Schaltvorrichtung 41, wenn es sich bei dem Befehlssignal 11a um den EIN-Befehl handelt, öffnet aber die Schaltvorrichtung 41, wenn es der AUS-Befehl ist.
Ein nEMOS 7, dessen Gate mit einem Ausgangsanschluß 912 des Gate-Ansteuersignalgenerators 2 über einen Ausgangsanschluß 12 der Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 1 für das Gate-Ansteuersignal 12a verbunden ist, ist mit einer Spannungsregeldiode 71 als Spannungsstabilisiereinrichtung zwischen deren Drain und Source parallelgeschaltet, wie in 1 gezeigt. Die Spannungsregeldiode 71 hat eine Durchschlagspannung, die eine Betriebsspannung derselben und auf einen Wert gesetzt ist, der etwas niedriger ist als die Spannungsfestigkeit des nEMOS 7. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen Eingangsanschluß der Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 1, in den das Befehlssignal 11a eingegeben wird.
Bei dem so aufgebauten Ausführungsbeispiel, welches in 1 und 2 gezeigt ist, erzeugt die elektromagnetische Spule 79 eine elektromotorische Gegenkraft durch das Ausschalten des nEMOS 7, wenn das Gate-Ansteuersignal 12a von "H" auf "L" umgeschaltet wird. Das ist vollkommen identisch mit der herkömmlichen Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 9.
In der Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung werden gleichzeitig mit dem Ausschalten des nEMOS 7 durch die Eingabe des Befehlssignals 11a, welches der AUS-Befehl ist, die Schaltvorrichtung 31 und die Schaltvorrichtung 41 geöffnet. Deshalb wird die Spannung aufgrund der elektromotorischen Gegenkraft an einen Parallelschaltkreis angelegt, der aus dem nEMOS 7 und der Spannungsregeldiode 71 besteht. Wenn die Parallelschaltung dieser elektromotorischen Gegenkraft ausgesetzt ist, arbeitet die Spannungsregeldiode 71, deren Durchschlagspannung auf den oben erwähnten Wert gesetzt ist, in ihrem Durchschlagbereich, wobei die elektromotorische Gegenkraft diese Durchschlagspannung übersteigt. Infolgedessen fließt in die Spannungsregeldiode 71 ein Strom I_OFF aufgrund der Freigabe einer in der elektromagnetischen Spule 79 gespeicherten elektromotorischen Energie W_L (die gespeichert wurde, während der nEMOS 7 eingeschaltet war). Mit anderen Worten, der größte Teil der elektromagnetischen Energie W_L wird mit der Spannungsregeldiode 71 absorbiert. Der Grad der Absorption der elektromagnetischen Energie W_L mit der Spannungsregeldiode 71 ist bemerkenswert höher als im Fall, bei dem die elektromagnetische Energie mit dem nEMOS in einem halb eingeschalteten Zustand absorbiert wird, wie bei der herkömmlichen Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 9, weil die Durchschlagspannung der Spannungsregeldiode 71 auf einen Wert gesetzt ist, der geringfügig niedriger ist als die Spannungsfestigkeit des nEMOS 7. Infolgedessen kann die zum Absorbieren der elektromagnetischen Energie W_L mit der Spannungsstabilisiereinrichtung erforderliche Zeit verkürzt werden.
Ausführungsbeispiel 1
3 ist ein Schaltkreisdiagramm noch eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement entsprechend der vorliegenden Erfindung und zeigt ein Leistungshalbleiterelement mit zugehörigen Bauelementen. 4 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches die in 3 gezeigte Zusatzbezugsspannungs-Schaltungsvorrichtung darstellt. In 3 und 40 sind die gleichen Elemente wie die in 1 und 2 sowie in 8 gezeigten mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht noch einmal beschrieben. In 3 sind im Gegensatz zu den in 1, 2 und 8 gezeigten Bezugszeichen nur repräsentative angegeben.
Bezugszeichen 1X in 3 und 40 bezeichnet eine Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung, für die der in 1 und 2 gezeigten Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Zusatzbezugsspannungs-Schaltungsvorrichtung 6 hinzugefügt sind. Wie 4 zeigt, umfaßt die Zusatzbezugsspannungs-Schaltungsvorrichtung 6 einen pEMOS 61 und eine Konstantspannungs-Schaltungsvorrichtung 62 zur Abgabe einer Gate-Spannung eines im wesentlichen konstanten Wertes an das Gate des pEMOS 61. Die Konstantspannungs-Schaltungsvorrichtung 62, an die die Speisespannung V_CC geliefert wird, hat eine Spannungsregeldiode 621, die auf der Seite der Netzanschlußleitung 9A angeordnet ist, sowie ein Widerstandselement 622, welches auf der Seite der Erdungsleitung 9B angeordnet ist, wobei beide in Reihe geschaltet sind und ein Knoten zwischen ihnen mit dem Gate des pEMOS 61 verbunden ist. Der pEMOS 61 ist mit seiner Source-Elektrode mit dem Bezugspotentialanschluß 14 der Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 1 verbunden, während seine Drain-Elektrode mit der Erdungsleitung 9B verbunden ist. Bezugszeichen 11X bezeichnet einen Eingangsanschluß für die Eingabe des Befehlssignals 11a in die Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 1X.
Bei dem obigen Aufbau des in 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiels variiert, wie im Abschnitt über die Arbeitsweise beschrieben, die am Gate des pEMOS 61 anliegende Gate-Spannung V_G mit einer Änderung der Speisespannung V_CC, wie 5 zeigt, wobei eine Änderung der Variation an der Durchbruchspannung der Spannungsregeldiode 621 auftritt. Die Source-Spannung des von seiner Gate-Spannung V_G angesteuerten pEMOS 61 wird als eine Zusatzbezugsspannung V_S geboten. So ist die Zusatzbezugsspannung V_S der Spannungsdifferenz zwischen der Speisespannung V_CC und der Gate-Spannung V_G im wesentlichen gleich. Hierdurch wird eine zwischen dem Netzanschluß 13 und dem Erdpotentialanschluß 14 der Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 1 anliegende Spannung im wesentlichen gleich der Gate-Spannung V_G, bei der es sich um die Differenz zwischen Speisespannung V_CC und Zusatzbezugsspannung V_S handelt, die auf die Durchbruchspannung der Spannungsregeldiode 621 begrenzt werden kann.
Ausführungsbeispiel 2
6 ist ein Schaltkreisdiagramm einer Zusatzbezugsspannungs-Schaltungsvorrichtung, die auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement entsprechend den Ansprüchen 1 und 2 der vorliegenden Erfindung angewandt wird. In 6 sind die gleichen Elemente wie die in 4 gezeigten, die die Zusatzbezugsspannungs-Schaltungsvorrichtung in Anwendung auf noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung für das spannungsgesteuerte Halbleiterelement entsprechend den Ansprüchen 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung darstellen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und werden nicht noch einmal beschrieben.
Bezugszeichen 6A in 6 bezeichnet eine Schaltungsvorrichtung, die mit einer Konstantspannungs-Schaltungsvorrichtung 63 statt der Konstantspannungs-Schaltungsvorrichtung 62 in der in 4 gezeigten Zusatzbezugsspannungs-Schaltungsvorrichtung 6 gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung arbeitet. Die Konstantspannungs-Schaltungsvorrichtung 63 unterscheidet sich von der Konstantspannungs-Schaltungsvorrichtung 62 dadurch, daß sie einen Negativspannungsgenerator 631 hat, der zwischen das Widerstandselement 622 und die Erdungsleitung 9B geschaltet ist.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau des in 6 gezeigten Ausführungsbeispiels variiert, wie schon im Abschnitt über die Arbeitsweise beschrieben, die an das Gate des pEMOS 61 angelegte Gate-Spannung V_G mit einer Änderung in der Speisespannung V_CC, wie in 7 gezeigt, wobei eine Änderung in der Variation bei einer Spannung auftritt, die der Differenz zwischen der Durchschlagspannung der Spannungsregeldiode 621 und der Spannung am Negativspannungsgenerator 631 gleichwertig ist. In 7 ist zu sehen, daß ein Bereich der Speisespannung V_CC, in dem die Differenz zwischen der Speisespannung V_CC und der Zusatzbezugsspannung V_S auf einem konstanten Wert entsprechend der Durchbruchspannung der Spannungsregeldiode 621 gehalten wird, durch eine von dem Negativspannungsgenerator 631 erzeugte Spannungsgröße in Richtung zu niedrigeren Spannungen erweitert wird.
Bei der obigen Beschreibung der Ausführungsbeispiele 1 und 2 ist die Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 1X so beschrieben worden, daß sie zusätzlich zur Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 1 die Zusatzbezugsspannungs-Schaltungsvorrichtungen 6 oder 6A umfaßt. Allerdings ist sie nicht auf diese Zusammensetzung beschränkt, sondern kann auch abgewandelt werden, so daß beispielsweise die Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung 1 eine beliebige der Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtungen 1A bis 1D sein kann.

Claims

Gate-Ansteuerschaltungsvorrichtung für ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement zum Anlegen eines Gate-Ansteuersignals an ein Gate eines spannungsgesteuerten Haupthalbleiterelements (8), umfassend: das Haupthalbleiterelement, dessen eine Hauptelektrode an eine Stromversorgung (9A) oder einen Bezugspotentialpunkt (9B) und dessen andere Hauptelektrode an eine Last (79) angeschlossen ist, eine Zusatzbezugsspannungs-Schaltungsvorrichtung (6; 6A), die zwischen die Stromversorgung und den Bezugspotentialpunkt geschaltet ist zur Ausgabe einer Zusatzbezugsspannung, die einen Zwischenwert zwischen der Spannung der Stromversorgung und der Spannung des Bezugspotentials hat und sich in Übereinstimmung mit einer Änderung der Spannung der Stromversorgung ändert, um die Differenz zwischen der Zusatzbezugsspannung und der Spannung der Stromversorgung im wesentlichen konstant zu halten, und einen Gate-Ansteuersignalgenerator, dem ein den EIN/AUS-Betrieb des Haupthalbleiterelements (8) befehlendes Befehlssignal eingegeben wird zur Erzeugung eines Gate-Ansteuersignals entsprechend dem Befehlssignal, wobei der Gate-Ansteuersignalgenerator die Zusatzbezugsspannung als Bezugsspannung verwendet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Zusatzbezugsspannungs-Schaltungsvorrichtung (6) ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement (61) und eine Konstantspannungs-Schaltungsvorrichtung (62; 63) zur Ausgabe einer Gate-Spannung an ein Gate des Halbleiterelements aufweist, wobei die Differenz zwischen der Gate-Spannung und der Speisespannung im wesentlichen konstant gehalten wird, und wobei die eine Hauptelektrode des Halbleiterelements mit der Bezugspotentialseite verbunden ist, und von seiner anderen Hauptelektrode die Zusatzbezugsspannung ausgegeben wird, und wobei die Konstantspannungs-Schaltungsvorrichtung zwischen die Stromversorgung (9A) und den Bezugspotentialpunkt (9B) geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Konstantspannungs-Schaltungsvorrichtung (62) eine Spannungsregeldiode (621) und ein Widerstandselement (622) umfaßt, wobei die Spannungsregeldiode an der Stromversorgungsseite und das Widerstandselement an der Bezugspotentialseite angeordnet ist, so daß die Spannungsregeldiode und das Widerstandselement zueinander in Reihe geschaltet sind, und wobei die Gate-Spannung von einem Knoten zwischen der Spannungsregeldiode und dem Widerstandselement ausgegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Konstantspannungs-Schaltungsvorrichtung (63) eine Spannungsregeldiode (621), ein Widerstandselement (622) und eine eine negative Spannung erzeugende Schaltungsvorrichtung (631) umfaßt, wobei die Spannungsregeldiode an der Stromversorgungsseite angeordnet ist und eine Reihenschaltung aus dem Widerstandselement und der eine negative Spannung erzeugenden Schaltungsvorrichtung an der Bezugspotentialseite angeordnet ist, so daß die Spannungsregeldiode und die Reihenschaltung miteinander in Reihe geschaltet sind, und die Gate-Spannung von einem Knoten zwischen der Spannungsregeldiode und der aus dem Widerstandselement und der eine negative Spannung erzeugenden Schaltungsvorrichtung bestehenden Reihenschaltung ausgegeben wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Spannungsstabilisiereinrichtung (71) zum Schützen des Haupthalbleiterelements (7; 8) vor Überspannung mit dem Haupthalbleiterelement verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer zusätzlichen Schalteinrichtung (7C), die ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement (75) und eine Steuereinrichtung (72C, 91) zum Einschalten des Halbleiterelements (75) in Abhängigkeit von einem AUS-Befehl und zum Abschalten in Abhängigkeit von einem EIN-Befehl umfaßt, wobei das Halbleiterelement (75) eine Hauptelektrode hat, die mit dem Gate des Haupthalbleiterelements (7) verbunden ist, eine weitere Hauptelektrode, die mit der lastseitigen Hauptelektrode des Haupthalbleiterelements (7) verbunden ist und ein Gate, welches mit der Steuereinrichtung (72C, 91) verbunden ist.