JP2012522410A - カスコード回路を有するスイッチング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特に伝導損失が低い、高い動作電圧での電流の高速スイッチングのための電子装置が、DE 196 10 135 C1またはUS6,157,049に従って実現され得る。そのため当該電子装置は、図1に示されるMOSFET MとJFET J(接合電界効果トランジスタ)との特別な接続に基づく。これら2つのスイッチが第1の接続部1と第2の接続部2との間に配置され、MOSFET Mの制御端子3によって制御される。
したがって本発明の目的は、上記の欠点を緩和する、最初に述べたタイプのdu/dt挙動の制御のためのスイッチング装置および方法を提供することである。特定的には、1つの目的は、スイッチング装置の重要な他の特性にマイナスの影響を与えることなく、スイッチでの電圧変化の速度を制限すること、または当該速度を規定のレベルに設定することである。
・上記第1の半導体スイッチは、第1の制御入力部と上記第1の端子との間の電圧に従って、上記第1の制御入力部により活性化され、
・上記第2の半導体スイッチは、第2の制御入力部と上記共通点との間の電圧に従って、上記第2の制御入力部により活性化される。
添付図面に示される好ましい実施例の例によって、この発明の主題をより詳細に説明する。各々の場合、図面は概略的に示される。
発明を実施する態様
図3は、本発明の第1の実施例を示す。たとえばインバータにおいて、典型的にはより広範囲なスイッチ構成の一部としての個々のスイッチング装置は、第1および第2の半導体スイッチを有するカスコード回路を含む。ここで、および以下の例において、JFETおよびMOSFETスイッチの各々の場合について言及する。図にはnチャネル半導体素子が描かれる。しかしながら、この発明は、極性が反転した、バイポーラトランジスタのためのpチャネル素子によって、同様の態様で実現されてもよい。
−容量Cが、JFET Jまたはカスコード回路全体のミラー容量を増加させる。
−制動抵抗RStが容量Cによって起こり得る変動を防止する。
−たとえば随意の付加抵抗Rを有する抵抗構成7が、JFET Jのゲートとドレインとの間の内部容量にて帯電の進行を遅らせる。
−随意の直列抵抗Rgが、JFET Jのブロッキング反応またはスイッチオン反応の遅延をもたらし、付加抵抗Rとともに、付加的にJFET Jのゲートとソースとの間の内部容量の帯電または放電を遅らせる。
−第2の変形例8は、容量Cと制動抵抗RStとの並列接続を有する。
−第3の変形例9は、2つの並列の制動抵抗RStと直列である容量Cを有する。制動抵抗RStは、各々の場合、電流の方向に従って逆並列ダイオードDによって選択され得る(とともに、有益なことに、異なる抵抗値を有する)。
−第4の変形例10は2つの並列分岐を有する。これらの並列分岐は、各々の場合、電流の方向に従って逆並列ダイオードDによって選択され得る。これら分岐の各々は、さらなる制動抵抗RSt’への容量Cの並列接続と直列である制動抵抗RStを含む。これにより、第3の変形例においても、スイッチオンおよびスイッチオフについて別個にスイチッング時間および電圧変化の峻度が設定され得る。さらに、容量Cもスイッチオンおよびスイッチオフについて別個に選択され得る。さらなる制動抵抗RSt’も容量Cの放電のために機能する。なぜならばこれは、ここでは各々の場合、ダイオードを通じて可能ではないからである。
−出力抵抗が、両方のRC素子の時定数を増加させる。
−MOSFET Mの寄生容量を有するRC素子が、MOSFETのスイッチオンおよびスイッチオフの挙動に影響を与える。寄生容量はその構成により与えられる。出力抵抗が大きくなればなるほど、τ=R・Cの法則に従って、キャパシタの帯電または放電処置の時定数が大きくなる。このカスコード回路の特別な構成により、完全なスイッチング動作が設定されるまで、より大きな直列抵抗によってより大きな遅延が与えられる。
−制御回路11および直列抵抗を有するRC素子が、スイッチング処置が設定された後で、カスコード回路のスイッチング速度に影響を与える。当該RC素子は、スイッチング装置の用途および所望のスイッチング速度に対して最適化されてもよい。ミラー容量の負のフィードバックによって必要となる電流は、出力抵抗によって制限される。
Claims (13)
- 第1の端子(1)と第2の端子(2)との間の電流を切り替えるためのスイッチング装置であって、第1の半導体スイッチ(M)と第2の半導体スイッチ(J)との直列接続を有するカスコード回路を含み、前記2つの半導体スイッチ(M、J)は共通点(13)を介して互いに接続され、
前記第1の半導体スイッチ(M)は、第1の制御入力部(3、3’)と前記第1の端子(1)との間の電圧に従って、前記第1の制御入力部(3、3’)により活性化され、
前記第2の半導体スイッチ(J)は、第2の制御入力部(4)と前記共通点(13)との間の電圧に従って、前記第2の制御入力部(4)により活性化されるスイッチング装置において、
事前に設定可能なサイズの容量(C)を有する制御回路(8、9、10、11、12)が前記第2の端子(2)と前記制御入力部(3、3’、4)の少なくとも1つとの間に接続されることを特徴とする、スイッチング装置。 - 前記制御回路(8、9、10、12)は前記第2の端子(2)と前記第2の制御入力部(4)との間に接続される、請求項1に記載のスイッチング装置。
- 前記第2の制御入力部(4)は前記第2の半導体スイッチ(J)のゲート端子もしくはベース端子と均等であるか、または前記第2の制御入力部(4)は、事前に設定可能な直列抵抗(Rg)を介して前記第2の半導体スイッチ(J)の前記ゲート端子もしくは前記ベース端子に接続される、請求項1または2に記載のスイッチング装置。
- 前記制御スイッチ(11)は前記第2の端子(2)と前記第1の制御入力部(3、3’)との間に接続される、請求項1に記載のスイッチング装置。
- 前記第1の制御入力部(3、3’)は、前記第1の半導体スイッチ(M)のゲート端子(3)もしくはベース端子と同じであるか、または前記第1の半導体スイッチ(M)の前記ゲート端子(3)もしくは前記ベース端子を活性化するための駆動増幅器(V)の非反転入力(3’)と同じである、請求項4に記載のスイッチング装置。
- 前記制御回路(8、9、10、11、12)は、制動抵抗(RSt)と直列である容量(C)または制動抵抗(RSt)と並列である容量(C)を含む、先行する請求項のいずれか1項に記載のスイッチング装置。
- 前記制御回路(8、9、10、11、12)は、容量(C)および/または制動抵抗(RSt)を有する2つの並列分岐を含み、前記2つの分岐は逆並列ダイオード(D)を含み、そのため電流が、前記制御回路にて適用される電圧の極性に依って前記2つの分岐の一方または他方を流れる、請求項1〜6のいずれか1項に記載のスイッチング装置。
- 前記第2の制御入力部(4)と前記第1の端子(1)との間に抵抗構成(7)が配される、先行する請求項のいずれか1項に記載のスイッチング装置。
- 前記抵抗構成は付加抵抗(R)として単一の抵抗を有する、請求項8に記載のスイッチング装置。
- 前記抵抗構成(7)は、さらなる付加抵抗(RON、ROFF)への選択ダイオード(DON、DOFF)の直列接続の各々の場合において並列接続を含み、前記2つのダイオードは互いに逆並列に接続される、請求項8に記載のスイッチング装置。
- 前記第1の半導体スイッチ(M)はIGFETであり、特にMOSFETである、先行する請求項のいずれか1項に記載のスイッチング装置。
- 前記第2の半導体スイッチ(J)はJFETである、先行する請求項のいずれか1項に記載のスイッチング装置。
- 回路網ネットワーク(6)の前記制御回路(8、9、10、11、12)とさらなる素子(7)とは、前記制御回路をオンおよび/またはオフに切り替える際に、回路網ネットワークがないスイッチング装置と比較して、前記スイッチング装置上の電圧変化の速度が少なくとも2倍、5倍、または10倍低くなるようにパラメータ化される、先行する請求項のいずれか1項に記載のスイッチング装置。
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