JP2666001B2 - Charge limiting diode - Google Patents

Charge limiting diode

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JP2666001B2
JP2666001B2 JP3087718A JP8771891A JP2666001B2 JP 2666001 B2 JP2666001 B2 JP 2666001B2 JP 3087718 A JP3087718 A JP 3087718A JP 8771891 A JP8771891 A JP 8771891A JP 2666001 B2 JP2666001 B2 JP 2666001B2
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寛 小林
徳成 井上
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株式会社電設
寛 小林
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング素子の過
渡電圧を抑制する電荷制限ダイオードに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge limiting diode for suppressing a transient voltage of a switching element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、スイッチングレギュレータ、DC
−DCコンバータ、インバータ等の高速度スイッチング
に用いられるパワーMOS型FETやサイリスタ等のス
イッチング素子は、導通時には素子を通過する電流は大
きいが、素子内における電圧降下は微小である。また、
遮断時には素子に加わる電圧は大きいが、素子を通過す
る電流は微小である。このため、制御する電力と比較し
て素子自体での損失電力は小さく、発熱が少ないために
小型軽量である。
2. Description of the Related Art Conventionally, switching regulators, DC
A switching element such as a power MOSFET or a thyristor used for high-speed switching such as a DC converter and an inverter has a large current passing through the element when conducting, but a small voltage drop in the element. Also,
At the time of cutoff, the voltage applied to the element is large, but the current passing through the element is small. For this reason, the power loss of the element itself is smaller than the power to be controlled, and the device is small and light because of less heat generation.

【0003】このようなスイッチング素子をリアクタン
ス成分を有する素子と組合わせることにより、抵抗器や
パワートランジスタに代えて用いることができ、しかも
電力を熱として捨てることなく制御ができるため、抵抗
器を用いた電流制限器だけでなく、巻線型可変変圧器も
これに置き換えられつつある。更に、スイッチング素子
とリアクタンス素子或いは変圧器とを組合わせたコンバ
ータ等の装置は、スイッチング周波数を大きくすること
により、使用されているリアクタンス素子或いは変圧器
を小型、軽量化できるため、より高いスイッチング周波
数を用いた装置が次々に開発されている。
[0003] By combining such a switching element with an element having a reactance component, it can be used in place of a resistor or a power transistor, and can be controlled without discarding power as heat. Not only current limiters, but also wound-type variable transformers are being replaced. Furthermore, a device such as a converter in which a switching element and a reactance element or a transformer are combined can increase the switching frequency, thereby reducing the size and weight of the reactance element or the transformer being used. Devices using are being developed one after another.

【0004】また、このようなスイッチング技術によ
り、直流によって電力を供給し、スイッチングによって
電力制御を行うことも一般的になりつつある。
[0004] Further, it has become common to supply power by direct current and to perform power control by switching using such switching technology.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スイッ
チング素子の動作には、導通時と遮断時の切換時に過渡
期間が存在する。例えば、MOS型FETが導通から遮
断に移行する際には、図13に示すように、ドレイン電
流Idが減少を始める時刻t1に、ドレイン・ソース間電圧
Vds が上昇し始め、ドレイン・ソース間電圧Vds が最高
値に達する時刻t2にドレイン電流Idが零になるため、時
刻t1から時刻t2の間にこのMOS型FET内で熱となる
電力損失Psw が生ずる。この電力損失Psw はドレイン・
ソース間電圧Vds とドレイン電流Idの積を、時刻t1から
時刻t2まで時間で積分したものと等しく、1周期ごとに
電力損失Psw を生ずることになる。このため、スイッチ
ング周波数が高くなるとスイッチング素子での損失が極
めて大きくなり、小型化が困難となる。
However, in the operation of the switching element, there is a transient period when switching between conduction and interruption. For example, when the MOSFET shifts from conduction to interruption, as shown in FIG. 13, at time t1 when the drain current Id starts to decrease, the drain-source voltage is reduced.
Since Vds starts to rise and the drain current Id becomes zero at the time t2 when the drain-source voltage Vds reaches the maximum value, the power loss Psw that becomes heat in the MOSFET between time t1 and time t2 is reduced. Occurs. This power loss Psw is
The power loss Psw is generated every cycle, which is equal to the product of the source-to-source voltage Vds and the drain current Id integrated over time from time t1 to time t2. For this reason, when the switching frequency increases, the loss in the switching element becomes extremely large, and it is difficult to reduce the size.

【0006】また、半導体による高周波スイッチングだ
けでなく、機械的スイッチにより直流電流を開閉する場
合にも、遮断時に過渡期間が存在し、大電流において
は、アーク放電が生じて遮断が容易ではない。
[0006] Further, not only in the case of high-frequency switching by a semiconductor, but also in the case of opening and closing a DC current by a mechanical switch, there is a transient period at the time of interruption, and at a large current, arc discharge occurs and interruption is not easy.

【0007】本発明の目的は、上述の欠点を解消し、ス
イッチング時の過渡現象に伴う損失を低減するための電
荷制限ダイオードを提供することにある。
[0007] It is an object of the present invention to provide a charge limiting diode for overcoming the above-mentioned drawbacks and for reducing losses associated with switching transients.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る電荷制限ダイオードは、P領域とN領
域から成るダイオードであって、PN接合面を挟むP、
N各領域に不純物濃度を略ステップ状に高くした高濃度
部分を薄く形成すると共にこれらの両側に電極面を形成
し、前記P領域、N領域の少なくとも一方の領域の前記
高濃度部分と電極面との間に、前記不純物濃度を前記高
濃度部分よりも十分に低くした低濃度部分を形成し、印
加した逆方向電圧が増加し、空乏層が前記高濃度部分と
低濃度部分の境界に達したときに、電圧対接合容量特性
が急激に変化するようにしたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a charge limiting diode comprising a P region and an N region.
In each of the N regions, a high-concentration portion in which the impurity concentration is increased in a substantially step-like manner is formed thinly and electrode surfaces are formed on both sides thereof, and the high-concentration portion and the electrode surface of at least one of the P region and the N region are formed. A low-concentration part where the impurity concentration is sufficiently lower than the high-concentration part is formed, the applied reverse voltage increases, and the depletion layer reaches the boundary between the high-concentration part and the low-concentration part. In this case, the voltage-to-junction capacitance characteristic is changed rapidly.

【0009】[0009]

【作用】上述の構成を有する電荷制限ダイオードは、逆
電流を流すと充電されて緩やかに逆電圧が上昇し、素子
の構造で決まる或る電圧を越えると逆電圧の上昇が急激
となる。
The charge limiting diode having the above-described structure is charged when a reverse current is applied, and the reverse voltage gradually rises. When the voltage exceeds a certain voltage determined by the structure of the element, the reverse voltage rises sharply.

【0010】[0010]

【実施例】本発明を図1〜図12に図示の実施例に基づ
いて詳細に説明する。図1は電荷制限ダイオード1の構
成図を示し、この電荷制限ダイオード1はPN接合ダイ
オードの一種であり、中心部においてPN接合面2が形
成され、両側に電極が取り付けられた半導体から成って
いる。PN接合の接合面2はほぼ平面となっており、接
合面2の両側は不純物濃度がほぼ同程度に対称的にステ
ップ状に高くされ、厚さが例えば0.1μm程度の内層
3、4が形成され、境界面5、6を挟んで、その外側は
不純物濃度がほぼ同程度に内層3、4の不純物濃度に比
較して十分に低く、厚さが数μm程度の中間層7、8が
形成されている。中間層7、8の外側には、オーム性接
触を実現するために不純物濃度を特に高くした外層9、
10を挟んで、電極11、12が設けられている。内層
3、中間層7、外層9は何れもP型半導体であり、内層
4、中間層8、外層10はN型半導体である。従って、
電極11がアノード1a、電極12がカソード1kとな
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in FIGS. FIG. 1 shows a configuration diagram of a charge limiting diode 1. This charge limiting diode 1 is a kind of PN junction diode, and is formed of a semiconductor having a PN junction surface 2 formed at a center portion and electrodes attached to both sides. . The junction surface 2 of the PN junction is substantially flat, and the impurity concentration on both sides of the junction surface 2 is increased symmetrically and stepwise, and the inner layers 3 and 4 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are formed. The intermediate layers 7 and 8 having a thickness of about several μm and having an impurity concentration substantially the same as that of the inner layers 3 and 4 on the outer side of the boundary surfaces 5 and 6 with the impurity concentration being substantially the same as the inner layers 3 and 4 are formed. Is formed. Outside the intermediate layers 7 and 8, an outer layer 9 having a particularly high impurity concentration in order to realize ohmic contact,
Electrodes 11 and 12 are provided with 10 interposed therebetween. The inner layer 3, the intermediate layer 7, and the outer layer 9 are all P-type semiconductors, and the inner layer 4, the intermediate layer 8, and the outer layer 10 are N-type semiconductors. Therefore,
The electrode 11 becomes the anode 1a and the electrode 12 becomes the cathode 1k.

【0011】この電荷制限ダイオード1の縦断面に沿っ
た不純物濃度分布は図2に示すようになっている。ここ
で、X5は内層3と中間層7との境界面5の座標、X2は接
合面2の座標、X6は内層4と中間層8との境界面6の座
標であり、縦軸は不純物濃度を示している。
FIG. 2 shows an impurity concentration distribution along a vertical section of the charge limiting diode 1. Here, X5 is the coordinates of the boundary surface 5 between the inner layer 3 and the intermediate layer 7, X2 is the coordinates of the bonding surface 2, X6 is the coordinate of the boundary surface 6 between the inner layer 4 and the intermediate layer 8, and the vertical axis is the impurity concentration. Is shown.

【0012】この電荷制限ダイオード1に逆方向電圧Vr
を印加すると、電圧Vrが十分小さい時には、接合面2を
中心に電圧Vrの平方根に比例した厚さの空乏層が内層
3、4内に生ずるが、空乏層の厚さはまた不純物濃度の
平方根に反比例するので、空乏層が境界面5、6の外側
に達すると、印加電圧の増加に対する空乏層の拡がり方
は急になる。このとき、空乏層中のN型領域はドナーイ
オンが多いためにプラスに帯電し、P型領域はアクセプ
タイオンが多いためにマイナスに帯電しているので、こ
のダイオード1はコンデンサと見做すことができる。
A reverse voltage Vr is applied to the charge limiting diode 1.
When the voltage Vr is sufficiently small, a depletion layer having a thickness proportional to the square root of the voltage Vr is formed in the inner layers 3 and 4 around the junction surface 2, but the thickness of the depletion layer also depends on the square root of the impurity concentration. When the depletion layer reaches the outside of the boundary surfaces 5 and 6, the expansion of the depletion layer with an increase in the applied voltage becomes steep. At this time, the N-type region in the depletion layer is positively charged due to the large amount of donor ions, and the P-type region is negatively charged due to the large amount of acceptor ions. Can be.

【0013】そして、電荷制限ダイオード1に印加した
逆方向電圧Vrと接合容量Cjの関係は図3に示す特性図の
ようになる。即ち、電圧Vrが増加すると容量Cjは減少
し、その減少の割合は一部で不連続に変化する。空乏層
の厚さが内層3、4の厚さに等しくなる電圧を閾値電圧
Vth とすると、電圧Vrの増加につれてVr<Vth では容量
Cjは少しずつ減少するが、Vr=Vth において減少の割合
が急増し、Vr>Vth では容量Cjは最初は急激に減少し、
逆方向電圧Vrの増加につれて容量Cjの減少の割合が小さ
くなる。なお、ここでは容量を、電気量を電圧で微分し
たものとして考えているので、容量と電圧の積は電気量
とは等しくならない。
The relationship between the reverse voltage Vr applied to the charge limiting diode 1 and the junction capacitance Cj is as shown in the characteristic diagram of FIG. That is, when the voltage Vr increases, the capacitance Cj decreases, and the rate of the decrease changes partly discontinuously. The threshold voltage is a voltage at which the thickness of the depletion layer becomes equal to the thickness of the inner layers 3 and 4.
Assuming that Vth, as Vr increases Vr <Vth, capacitance
Cj decreases little by little, but when Vr = Vth, the rate of decrease sharply increases, and when Vr> Vth, the capacitance Cj rapidly decreases at first,
As the reverse voltage Vr increases, the rate of decrease in the capacitance Cj decreases. Here, since the capacity is considered as a value obtained by differentiating the electric quantity with the voltage, the product of the capacity and the voltage is not equal to the electric quantity.

【0014】電荷制限ダイオード1は逆方向電圧を印加
すると充電され、電荷量が一定値Qo を超えると、電圧
が急激に立ち上がり、充電される電荷量はほぼ一定値Q
o に制限されるという特性を有する。この電荷量Qo
は、Qo =eNXSから定まる。ただし、Sは接合面の
面積、Nは内層3、4での不純物濃度つまりN領域での
アクセプタイオン濃度及びP領域でのドナーイオン濃
度、Xは内層3、4のそれぞれの厚さである。そして、
境界面5、6での不純物濃度の変化はできるだけ大きく
かつ鋭く変化する方が、電荷制限特性は急峻になる。
The charge limiting diode 1 is charged when a reverse voltage is applied, and when the charge amount exceeds a certain value Qo , the voltage rises sharply, and the charge amount becomes almost constant value Qo.
It has the property of being restricted to o . This charge amount Qo
Is determined from Q o = eNXS. Here, S is the area of the bonding surface, N is the impurity concentration in the inner layers 3 and 4, that is, the acceptor ion concentration in the N region and the donor ion concentration in the P region, and X is the thickness of each of the inner layers 3 and 4. And
When the change in impurity concentration at the boundary surfaces 5 and 6 is as large and sharp as possible, the charge limiting characteristic becomes steeper.

【0015】図4はこの電荷制限ダイオード1を用いた
遅延回路を示し、入力電圧Vin は抵抗Rを介してダイオ
ード1のカソードに印加されるよう接続され、出力電圧
Voutはダイオード1から直接取り出すように接続されて
いて、ダイオード1のアノードが共通端子GND に接地さ
れている。入力電圧Vin として、ダイオード1の閾値電
圧Vth に比べて充分に大きい電圧Vを図5に示すように
ステップ状に入力すると、一定の遅延時間Trの後に出力
電圧Voutは急激に立ち上がって電圧Vに達する。この遅
延時間Trは近似的にはTr≒RQo /Vで表される。
FIG. 4 shows a delay circuit using the charge limiting diode 1. The input voltage Vin is connected to be applied to the cathode of the diode 1 via a resistor R, and the output voltage is
Vout is connected so as to be directly taken out from the diode 1, and the anode of the diode 1 is grounded to the common terminal GND. When a voltage V that is sufficiently larger than the threshold voltage Vth of the diode 1 is input in a step-like manner as shown in FIG. 5 as the input voltage Vin, the output voltage Vout rises rapidly after a certain delay time Tr, Reach. This delay time Tr is approximately represented by Tr ≒ RQ o / V.

【0016】図6は別の遅延回路を示し、ダイオード1
を介して抵抗Rに入力電圧Vin が印加されるように接続
され、ダイオード1のアノードが入力側に接続され、抵
抗Rから直接に出力電圧Voutが取り出されるようになっ
ている。この回路に入力Vinとして、図7に示すように
ステップ状に電圧Vを印加すると、出力電圧Voutは電圧
Vin と共に立ち上がり、遅延時間Trの後に急速に立ち下
がる。
FIG. 6 shows another delay circuit, in which a diode 1
Is connected so that the input voltage Vin is applied to the resistor R, the anode of the diode 1 is connected to the input side, and the output voltage Vout is directly extracted from the resistor R. When a voltage V is applied to this circuit as an input Vin in a stepwise manner as shown in FIG. 7, the output voltage Vout becomes
It rises with Vin and falls quickly after the delay time Tr.

【0017】このように、この電荷制限ダイオード1は
充電電荷が所定の電荷量Qo に達すると急激に充電電流
が減少するため、スイッチング特性を伴った遅延動作を
実現することができる。このスイッチング特性はデジタ
ル電子回路の動作を確実にすることに有効であり、デジ
タル回路を含むICの中に遅延素子として使用すること
もできる。
As described above, since the charge current of the charge limiting diode 1 rapidly decreases when the charge reaches the predetermined charge Qo , a delay operation with switching characteristics can be realized. This switching characteristic is effective in ensuring the operation of the digital electronic circuit, and can be used as a delay element in an IC including the digital circuit.

【0018】図8は図4の回路の抵抗Rをインダクタン
スLに置き換えたものであり、遅延時間Tr’はTr’≒
(2Qo L/V)1/2 で表される。この回路では、図9
に示すようなステップ状に電圧Vになる入力電圧Vin を
印加すると、遅延時間Tr’後に出力電圧Voutは急激に立
ち上がり、かなり高いオーバーシュートのピークを生じ
た後に電圧Vに落ち着く。
FIG. 8 shows the circuit of FIG. 4 in which the resistance R is replaced by an inductance L, and the delay time Tr ′ is Tr ′ ≒.
(2Q o L / V) 1/2 . In this circuit, FIG.
When the input voltage Vin which becomes the voltage V in a step-like manner as shown in FIG. 4 is applied, the output voltage Vout rises rapidly after the delay time Tr ′, and settles to the voltage V after generating a considerably high overshoot peak.

【0019】次に、電荷制限ダイオード1の回路中での
使用方法を説明する。図10はスイッチングインバータ
回路を示し、2つのMOS型FET20とセンタタップ
付きのトランス21を用いて、プッシュプル方式により
直流電圧を、絶縁された交流電圧に変換する回路の主要
部である。トランス21の1次巻線の両端には、それぞ
れMOS型FET20のドレイン20dが接続され、セ
ンタタップには直流電源22の正極が接続されており、
それぞれのFET20のソース20sが直流電源22の
負極に接続されている。そして、2つの電荷制限ダイオ
ード1がそれぞれのFET20に並列に配置され、アノ
ード1aがソース20sと、カソード1kがドレイン2
0dと結線されている。また、2つのFET20ではゲ
ート20gとソース20sの間に、互いに逆相の制御信
号が信号源23、24から印加されるようになってお
り、直流電源22から絶縁された交流電圧をトランス2
1の2次巻線から得るようになっている。この2つのF
ET20の制御信号は、トランス21の2つ補助巻線を
信号源23、24として得るものとしてもよく、また図
示しない別の発振器の出力を図示しないトランスを介し
て逆相の2つの信号に分けたものとしてもよい。
Next, how to use the charge limiting diode 1 in a circuit will be described. FIG. 10 shows a switching inverter circuit, which is a main part of a circuit that converts a DC voltage into an insulated AC voltage by a push-pull method using two MOS FETs 20 and a transformer 21 with a center tap. The drain 20d of the MOS FET 20 is connected to both ends of the primary winding of the transformer 21, and the center tap is connected to the positive electrode of the DC power supply 22,
The source 20s of each FET 20 is connected to the negative electrode of the DC power supply 22. Two charge limiting diodes 1 are arranged in parallel with the respective FETs 20. An anode 1a is a source 20s, and a cathode 1k is a drain 2
It is connected to 0d. In the two FETs 20, control signals having phases opposite to each other are applied from the signal sources 23 and 24 between the gate 20g and the source 20s.
1 secondary winding. These two F
The control signal of the ET 20 may be such that the two auxiliary windings of the transformer 21 are obtained as the signal sources 23 and 24, and the output of another oscillator (not shown) is divided into two signals of opposite phases through a transformer (not shown). May be used.

【0020】この回路では、2つのFET20は交互に
同じ動作を行うので、一方について動作を説明する。先
ず、FET20がオンの状態ではドレイン20dとソー
ス20s間の抵抗値はほぼ零であり、オフになる過渡期
間では徐々にこの抵抗値が上昇してゆく。これは、FE
T20の図示しないゲート電極の直下に生じていた逆転
層中のキャリアが、ゲート電圧の低下に伴って拡散し消
失するためである。このとき、電荷制限ダイオード1は
コンデンサとして働き、トランス21からの電流を分流
するため、図11に示すようにドレイン・ソース間電圧
Vdsは閾値電圧Vth に達するまではあまり急速には上昇
しない。この間に、FET20のキャリアの拡散が行わ
れ、ドレイン20dとソース20s間の抵抗値が高くな
る。
In this circuit, since the two FETs 20 perform the same operation alternately, the operation of one will be described. First, when the FET 20 is on, the resistance between the drain 20d and the source 20s is almost zero, and gradually increases during the transition period when the FET 20 is off. This is FE
This is because carriers in the inversion layer generated immediately below the gate electrode (not shown) at T20 diffuse and disappear with a decrease in gate voltage. At this time, the charge limiting diode 1 functions as a capacitor and shunts the current from the transformer 21, so that the voltage between the drain and the source is changed as shown in FIG.
Vds does not rise very rapidly until it reaches the threshold voltage Vth. During this time, carriers in the FET 20 are diffused, and the resistance between the drain 20d and the source 20s increases.

【0021】電荷制限ダイオード1は過渡期間の終わる
頃に逆方向電圧Vrが閾値電圧Vth に達し、その直後の時
刻t2には逆方向電圧Vrはドレイン・ソース間電圧 Vdsと
共に急激に上昇するが、キャリアが殆ど消失しているた
めドレイン電流Idは殆ど流れない。他方のFET20が
オンになると、トランス21の一次巻線に生じた起電力
と直流電源22の電圧が加算されて電荷制限ダイオード
1に印加され、オフになると逆向きの起電力と直流電源
22の電圧が打消し合うことにより電荷制限ダイオード
1は放電される。
At the end of the transition period, the reverse voltage Vr of the charge limiting diode 1 reaches the threshold voltage Vth. Immediately after that, at time t2, the reverse voltage Vr sharply increases together with the drain-source voltage Vds. Since the carriers have almost disappeared, the drain current Id hardly flows. When the other FET 20 is turned on, the electromotive force generated in the primary winding of the transformer 21 and the voltage of the DC power supply 22 are added and applied to the charge limiting diode 1. When the voltages cancel each other, the charge limiting diode 1 is discharged.

【0022】次に、ゲート20gに正電圧が印加される
と、FET20はオフからオンに切換わり電荷制限ダイ
オード1は放電され、同時に直流電源22からトランス
21を通ってFET20に電流が流れ始める。このと
き、他方のFET20はオンからオフになるところであ
り、このように2つのFET20が交互に導通すること
により、トランス21には方向の異なる磁束が交互に生
ずるため、2次巻線に誘導起電力が誘起され、絶縁され
た交流電圧が得られる。また、これを整流平滑すれば直
流電源22とは別電圧の直流が得られる。
Next, when a positive voltage is applied to the gate 20g, the FET 20 is switched from off to on, the charge limiting diode 1 is discharged, and at the same time, a current starts flowing from the DC power supply 22 to the FET 20 through the transformer 21. At this time, the other FET 20 is about to be turned off from on, and since the two FETs 20 are alternately turned on, magnetic fluxes having different directions are alternately generated in the transformer 21, so that the induction is induced in the secondary winding. Power is induced and an isolated AC voltage is obtained. If this is rectified and smoothed, a DC of a voltage different from that of the DC power supply 22 can be obtained.

【0023】このような回路においては、並列に接続さ
れた電荷制限ダイオード1によって、FET20のオン
からオフへの過渡期間にドレイン・ソース間電圧Vds が
低く保たれているため、この期間のFET20でのスイ
ッチング損失Psw は非常に少ない。また、回路の動作が
安定していないときに、トランス21を介してドレイン
20dとソース20sの間に逆電圧が印加されることが
生じたとしても、並列に接続された電荷制限ダイオード
1がダイオードとして働きバイパスを行うため、逆電圧
が過大になることはない。
In such a circuit, the drain-source voltage Vds is kept low during the transition period from the ON state to the OFF state of the FET 20 by the charge limiting diode 1 connected in parallel. , The switching loss Psw is very small. Further, even if a reverse voltage is applied between the drain 20d and the source 20s via the transformer 21 when the operation of the circuit is not stable, the charge limiting diode 1 connected in parallel , And the bypass is performed, so that the reverse voltage does not become excessive.

【0024】図12は電荷制限ダイオード1’の他の実
施例を示し、この電荷制限ダイオード1’は先の実施例
における不純物濃度の低いP型である中間層7を無くし
たものである。この場合に、逆方向電圧Vrが閾値電圧Vt
h を超えると、中間層8内に空乏層が広がることにより
接合容量が急激に小さくなる。このような構造において
も、先の実施例の電荷制限ダイオード1と同等の機能が
実現でき、かつ高不純物濃度の層が低不純物濃度の層の
外側にあるために先の実施例のものより製造が容易であ
る。何故なら、低不純物濃度の基板の外側に、高不純物
濃度の層を形成することは容易であり、合金法などで通
常行われているが、その逆の構造は製造が困難であるか
らである。
FIG. 12 shows another embodiment of the charge limiting diode 1 '. The charge limiting diode 1' is obtained by eliminating the P-type intermediate layer 7 having a low impurity concentration in the previous embodiment. In this case, the reverse voltage Vr becomes the threshold voltage Vt
When h is exceeded, the depletion layer spreads in the intermediate layer 8 and the junction capacitance is rapidly reduced. Even in such a structure, the same function as that of the charge limiting diode 1 of the previous embodiment can be realized, and since the layer with a high impurity concentration is outside the layer with a low impurity concentration, it is manufactured more than that of the previous embodiment. Is easy. This is because it is easy to form a layer with a high impurity concentration on the outside of a substrate with a low impurity concentration, and it is usually performed by an alloy method or the like, but the reverse structure is difficult to manufacture. .

【0025】このように、接合面2の両側に不純物濃度
の高い薄層を設け、その少なくとも一方の外側に不純物
濃度が十分に低い層を設けた電荷制限ダイオード1、
1’は、逆電圧を印加する場合に図3に示すような非線
形特性を示すため、スイッチング素子の過渡電流の吸収
に有効である。
As described above, the charge limiting diode 1 in which the thin layer having a high impurity concentration is provided on both sides of the bonding surface 2 and the layer having a sufficiently low impurity concentration is provided outside at least one of the thin layers.
1 'shows a non-linear characteristic as shown in FIG. 3 when a reverse voltage is applied, and is effective for absorbing a transient current of the switching element.

【0026】なお、上述の実施例では電極11、12の
内側に不純物濃度の特に高い外層9、10を設けたが、
オーム性接触が得られればこれらを除いてもよい。ま
た、内層3、4又は中間層7、8は互いに濃度が等しく
なくてもよい。更に、内層3、4の厚さは必ずしも等し
くなくてもよいが、接合容量Cjの初期値を大きくするた
めには同等にすることが好ましい。また、実施例ではダ
イオードとして機能させることも説明したが、ダイオー
ドとしての特性を用いずに接合容量のみを用いるものと
しても、効果的であることに変りはない。
In the above embodiment, the outer layers 9 and 10 having a particularly high impurity concentration are provided inside the electrodes 11 and 12.
These may be removed if ohmic contact is obtained. Further, the inner layers 3, 4 or the intermediate layers 7, 8 may not have the same concentration. Furthermore, the thicknesses of the inner layers 3 and 4 are not necessarily equal, but are preferably equal to increase the initial value of the junction capacitance Cj. Although the embodiment has been described as functioning as a diode, it is still effective even if only the junction capacitance is used without using the characteristics as a diode.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電荷制
限ダイオードは、スイッチング素子に並列に接続するこ
とで、オンからオフへの過渡期間の電圧の立ち上がりを
遅延し、スイッチング損失を低減することができる。
As described above, the charge limiting diode according to the present invention is connected in parallel with the switching element to delay the rise of the voltage during the transition period from ON to OFF and reduce the switching loss. Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】電荷制限ダイオードの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a charge limiting diode.

【図2】不純物濃度分布の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an impurity concentration distribution.

【図3】接合容量と電圧の特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram of junction capacitance and voltage.

【図4】遅延機能を有する回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram having a delay function.

【図5】入出力電圧の過渡応答の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a transient response of an input / output voltage.

【図6】遅延機能を有する回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram having a delay function.

【図7】入出力電圧の過渡応答の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a transient response of an input / output voltage.

【図8】遅延機能を有する回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram having a delay function.

【図9】入出力電圧の過渡応答の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a transient response of an input / output voltage.

【図10】スイッチング回路の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a switching circuit.

【図11】電流と電圧の変化の特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram of changes in current and voltage.

【図12】他の実施例の電荷制限ダイオードの構成図で
ある。
FIG. 12 is a configuration diagram of a charge limiting diode of another embodiment.

【図13】MOS型FETのオンからオフへの過渡期間
の電流と電圧の変化の説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of changes in current and voltage during a transition period from ON to OFF of the MOS FET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1’ 電荷制限ダイオード 2 接合面 3、4 内層 5、6 境界面 7、8 中間層 9、10 外層 11、12 電極 20 MOS型FET 21 トランス 22 直流電源 23、24 信号源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1 'Charge limiting diode 2 Junction surface 3, 4 Inner layer 5, 6 Boundary surface 7, 8 Intermediate layer 9, 10 Outer layer 11, 12 Electrode 20 MOS type FET 21 Transformer 22 DC power supply 23, 24 Signal source

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 P領域とN領域から成るダイオードであ
って、PN接合面を挟むP、N各領域に不純物濃度を略
ステップ状に高くした高濃度部分を薄く形成すると共に
これらの両側に電極面を形成し、前記P領域、N領域の
少なくとも一方の領域の前記高濃度部分と電極面との間
に、前記不純物濃度を前記高濃度部分よりも十分に低く
した低濃度部分を形成し、印加した逆方向電圧が増加
し、空乏層が前記高濃度部分と低濃度部分の境界に達し
たときに、電圧対接合容量特性が急激に変化するように
したことを特徴とする電荷制限ダイオード。
1. A diode comprising a P region and an N region, wherein a high concentration portion in which an impurity concentration is increased in a substantially step shape is formed thinly in each of P and N regions sandwiching a PN junction surface, and electrodes are formed on both sides thereof. forming a surface, said P region, between the high density portion and the electrode surface of at least one region of the N regions, to form a low density portion of the impurity concentrations were well below the high-concentration portion, Reverse voltage applied increases
And the depletion layer reaches the boundary between the high concentration part and the low concentration part.
A charge limiting diode characterized in that the voltage-to-junction capacitance characteristic changes abruptly when the voltage changes.
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