JP2673891B2 - Driving circuit for electrostatic induction thyristor - Google Patents

Driving circuit for electrostatic induction thyristor

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JP2673891B2 JP63108572A JP10857288A JP2673891B2 JP 2673891 B2 JP2673891 B2 JP 2673891B2 JP 63108572 A JP63108572 A JP 63108572A JP 10857288 A JP10857288 A JP 10857288A JP 2673891 B2 JP2673891 B2 JP 2673891B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、静電誘導サイリスタ(以下、SIサイリスタ
という)の駆動回路に関し、特にダブルゲートSIサイリ
スタの駆動回路に関するものである。
The present invention relates to a drive circuit for an electrostatic induction thyristor (hereinafter referred to as SI thyristor), and more particularly to a drive circuit for a double gate SI thyristor.

SIサイリスタは直流送電のような高圧・大電流の電力
変換から小形の電源装置のような比較的小さな電力制御
に至る広い応用があるが、本発明は従来複雑であったSI
サイリスタの駆動回路により簡単化し、SIサイリスタの
利用価値を高める。
SI thyristors have a wide range of applications from high-voltage / high-current power conversion such as DC power transmission to relatively small power control such as small power supply devices, but the present invention has been complicated in the past.
The drive circuit of the thyristor simplifies and increases the utility value of the SI thyristor.

(従来の技術) SIサイリスタはラッチアップ型のスイッチング素子で
あり、その駆動には正・負のトリガパルスとクエンチパ
ルスをゲートへ入力することにより行われており、その
一例を第5図に示す。
(Prior Art) A SI thyristor is a latch-up type switching element, which is driven by inputting a positive / negative trigger pulse and a quench pulse to a gate, and an example thereof is shown in FIG. .

第5図に示す回路について説明する。ここで用いられ
るSIサイリスタはノーマリオフ型である。SIサイリスタ
は前記したように正・負のトリガパルスとクエンチパル
スによって動作するが、第5図(a)ではpチャンネル
のMOSトランジスタ52と正のバイアス電源54、nチャン
ネルのMOSトランジスタ53と負のバイアス電源55からな
るバッファ回路にトリガパルスφON及びクエンチパルス
φOFFをそれぞれ入力することで動作させる。トリガパ
ルスφONとクエンチパルスφOFFは(b)に示すタイミ
ングで入力する。さらに、SIサイリスタのゲートへ流れ
込む電流の制限から抵抗57をバッファ回路とSIサイリス
タのゲート間に挿入してある。容量56はスピードアップ
コンデンサである。ダイオード58はターンオフのときの
ゲートからの電流が抵抗57で制限されないように設けら
れている。
The circuit shown in FIG. 5 will be described. The SI thyristor used here is a normally-off type. As described above, the SI thyristor operates by the positive / negative trigger pulse and the quench pulse, but in FIG. 5 (a), the p-channel MOS transistor 52, the positive bias power supply 54, the n-channel MOS transistor 53 and the negative pulse are supplied. The buffer circuit composed of the bias power supply 55 is operated by inputting the trigger pulse φ ON and the quench pulse φ OFF , respectively. Trigger pulse phi ON and quenched pulse phi OFF is inputted at the timing shown in (b). Further, a resistor 57 is inserted between the buffer circuit and the gate of the SI thyristor in order to limit the current flowing into the gate of the SI thyristor. Capacitance 56 is a speed-up capacitor. The diode 58 is provided so that the current from the gate at the time of turn-off is not limited by the resistor 57.

(発明が解決しようとする課題) SIサイリスタをトリガ・クエンチで動作させる第5図
の回路では、ゲート抵抗57及びスピードアップコンデン
サ56等の値の最適化により、高速スイッチングを実現し
ている。つまり自由度が大きいのでSIサイリスタのもつ
能力を最大に発揮できるような回路である。
(Problems to be Solved by the Invention) In the circuit of FIG. 5 which operates the SI thyristor by triggering and quenching, high-speed switching is realized by optimizing the values of the gate resistor 57 and the speed-up capacitor 56. In other words, it has a high degree of freedom, so it is a circuit that can maximize the capabilities of SI thyristors.

しかし、正・負2つの電源を必要とすることやトリガ
パルス及びクエンチパルスを発生させる制御回路が複雑
となること、バッファ用の部品点数が多いことの問題が
ある。
However, there are problems that two positive and negative power supplies are required, the control circuit for generating the trigger pulse and the quench pulse is complicated, and the number of parts for the buffer is large.

(課題を解決するための手段) SIサイリスタは、カソード近傍のチャンネル部分の電
位分布をゲート電圧で変化させ、導通、遮断を制御して
いる。ノーマリオフ型のSIサイリスタは、ゲートとカソ
ードの拡散電位のみでチャンネル中にカソードの電子に
対する高い電位障壁ができていて、ゲートバイアスが0
で遮断状態となっている。このゲートとカソード間の拡
散電位に相当する僅かな電位をゲートに与えると、この
SIサイリスタはラッチアップを起こし導通状態となる。
また、導通状態を遮断状態へ戻すには、ゲートをカソー
ドと同電位とし、拡散電位を回復させればよい。これに
よって、主電流通路であるゲートに挟まれたチャンネル
に電位障壁ができる。このときチャンネル中には拡散電
位で電位障壁ができる。このターンオフのときゲートか
らチャンネル中に流れていたホールが引き抜かれるが、
このホール電流のゲート抵抗による電圧降下は充分小さ
くしなければ、この僅かな電圧降下でSIサイリスタは導
通状態を維持してしまう。SIサイリスタ自身のゲート抵
抗は充分小さいので、外部の駆動回路のみによってこの
状態が起こるので、第5図(a)の回路ではダイオード
58によって回避している。
(Means for Solving the Problem) The SI thyristor controls conduction and interruption by changing the potential distribution of the channel portion near the cathode with the gate voltage. The normally-off type SI thyristor has a high potential barrier against the electrons of the cathode in the channel only by the diffusion potential of the gate and the cathode, and the gate bias is 0.
Is shut off. If a slight potential corresponding to the diffusion potential between the gate and the cathode is given to the gate,
The SI thyristor latches up and becomes conductive.
Further, in order to return the conductive state to the cutoff state, it is sufficient to set the gate to the same potential as the cathode and restore the diffusion potential. This creates a potential barrier in the channel sandwiched by the gates, which is the main current path. At this time, a diffusion potential creates a potential barrier in the channel. At this turn-off, the hole that was flowing from the gate into the channel is pulled out,
If the voltage drop due to the gate resistance of this hole current is not made sufficiently small, the SI thyristor will remain conductive with this slight voltage drop. Since the gate resistance of the SI thyristor itself is sufficiently small, this state occurs only by the external drive circuit. Therefore, in the circuit of FIG.
Avoided by 58.

前記したようなノーマリオフ型のSIサイリスタの特性
を利用して、前記した問題点を解決する手段として発明
したものが本発明のSIサイリスタの駆動回路である。
The SI thyristor drive circuit of the present invention is an invention invented as a means for solving the above-mentioned problems by utilizing the characteristics of the normally-off type SI thyristor.

以下、第1図を参照しながら、本発明の原理を説明す
る。
Hereinafter, the principle of the present invention will be described with reference to FIG.

第1図(a)において1はノーマリオフ型SIサイリス
タで、そのゲートに容量2が接続され、ゲートとカソー
ドの間には半導体スイッチ素子3が接続されている。こ
のスイッチ素子3の制御端子4はパルスφによって制
御され、このφは容量2への入力パルスとなってい
る。パルスφの波形を(b)に示す。
In FIG. 1 (a), 1 is a normally-off type SI thyristor, a capacitor 2 is connected to its gate, and a semiconductor switch element 3 is connected between the gate and the cathode. The control terminal 4 of the switch element 3 is controlled by a pulse φ G , and this φ G is an input pulse to the capacitor 2. The waveform of the pulse φ G is shown in (b).

第1図(b)で期間T1のときパルスφはVoffという
電位で、この電位によって半導体スイッチ素子3は導通
状態にあって、SIサイリスタ1はゲート・カソード間が
同電位となっていて遮断状態となっている。時刻t1でパ
ルスφがVoffからVonへと変化すると、SIサイリスタ
1のゲートは容量結合によって電位が上昇する。このと
きパルスφのVonという電位において半導体スイッチ
素子3は遮断状態となっている。
At a potential of the pulse phi G is V off when the period T 1 in Fig. 1 (b), the semiconductor switching element 3 by the potential In the conductive state, SI thyristor 1 between the gate and the cathode is not at the same potential It is in the cutoff state. When the pulse φ G changes from V off to V on at time t 1 , the potential of the gate of the SI thyristor 1 rises due to capacitive coupling. At this time, the semiconductor switch element 3 is in the cutoff state at the potential V on of the pulse φ G.

ノーマリオフ型のSIサイリスタは前記したようにゲー
トとカソードの拡散電位に相当する僅かな電圧が与えら
れれば、遮断状態から導通状態へと移行する。このとき
ゲート電流はゲートからみた入力容量を充電するのに必
要な分以外は必要でなく直流を流す必要はない。
As described above, the normally-off type SI thyristor shifts from the cutoff state to the conduction state when a slight voltage corresponding to the diffusion potential of the gate and the cathode is applied. At this time, the gate current is not required except for the amount required to charge the input capacitance viewed from the gate, and it is not necessary to pass a direct current.

期間T2のときSIサイリスタ1は導通状態となってい
る。時間t2でパルスφがVonからVoffと変化すると、
半導体スイッチ素子3は再び導通状態となってSIサイリ
スタ1は遮断状態となる。
During the period T 2, the SI thyristor 1 is in the conductive state. When the pulse φ G changes from V on to V off at time t 2 ,
The semiconductor switch element 3 is turned on again and the SI thyristor 1 is turned off.

半導体スイッチ素子3のオン抵抗が、前記したよう
に、ゲート電流による電圧降下によってゲートが順バイ
アスされることのないように小さく選ばれる。このよう
に、再びSIサイリスタ1は遮断状態となる(期間T3)。
As described above, the ON resistance of the semiconductor switch element 3 is selected to be small so that the gate is not forward biased by the voltage drop due to the gate current. In this way, the SI thyristor 1 is turned off again (time period T 3 ).

パルスφのレベルはVonを半導体スイッチ素子3が
遮断状態、Voffを導通状態となるように選び、かつ(V
on−Voff)がSIサイリスタ1のゲートをトリガできる程
度以上に選ぶ。
Pulse phi G level block the V on the semiconductor switching element 3 state of, chosen so that V off becomes conductive, and (V
on −V off ) is selected so that the gate of SI thyristor 1 can be triggered.

半導体スイッチ素子3の種類によってVon>Voffとで
きないときは第3図(c)のように、パルスφをオン
パルスφGONとオフパルスφGOFFとに分け、それぞれ容
量2、半導体スイッチ素子3の制御端子4へ入力する。
φGONとφGOFFは第1図(d)に示すようなパルスで、
それぞれの電位は、V2−V1がSIサイリスタ1のゲートを
トリガできる電位差となるように、V3は半導体スイッチ
素子3が遮断状態となる電位、V4は導通状態となる電位
に選ぶ。
When V on > V off cannot be established depending on the type of the semiconductor switching element 3, the pulse φ G is divided into an on-pulse φ GON and an off-pulse φ GOFF , as shown in FIG. Input to control terminal 4.
φ GON and φ GOFF are pulses as shown in Fig. 1 (d),
The respective potentials are selected so that V 2 −V 1 is a potential difference that can trigger the gate of the SI thyristor 1 and V 3 is a potential at which the semiconductor switching element 3 is in the cutoff state and V 4 is at a conductive state.

(作用) 第1図に示したSIサイリスタの駆動回路では、SIサイ
リスタの特性に基づき、その特徴を損なうことなく、
(1)駆動回路を簡単化できる、(2)駆動回路の設計
を容易にできる、(3)駆動回路の部品点数を削減でき
る、(4)制御回路を簡略化できる、(5)ゲート損失
を低減できる、という作用を有する。
(Operation) In the drive circuit of the SI thyristor shown in FIG. 1, based on the characteristics of the SI thyristor, without impairing its characteristics,
(1) The drive circuit can be simplified, (2) the drive circuit can be easily designed, (3) the number of components of the drive circuit can be reduced, (4) the control circuit can be simplified, and (5) gate loss can be reduced. It has the effect that it can be reduced.

トリガパルス・クエンチパルスを発生させる必要がな
く制御回路が簡単になり、特に、SIサイリスタの導通期
間においてゲートは容量により遮断されていて、直流電
流が流れないので、保持電流が流れずゲート損失を大き
くすることもない。
It is not necessary to generate trigger pulse / quench pulse, which simplifies the control circuit.In particular, since the gate is blocked by the capacitor during the conduction period of the SI thyristor, and no direct current flows, the holding current does not flow and gate loss is reduced. There is no need to increase it.

次に、本発明の前提となるSIサイリスタの駆動回路を
第2図、第3図および第4図について説明する。
Next, the drive circuit of the SI thyristor which is the premise of the present invention will be described with reference to FIGS. 2, 3 and 4.

第2図(a)は第1図(a)における半導体スイッチ
素子3をpチャンネルのMOSトランジスタ31とした例で
ある。第1図と同一の番号を付したものは以下同じであ
る。pチャンネルMOSトランジスタの閾値電圧によって
パルスφのVoffの電位を決めればよく、ノーマリオン
のpチャンネルMOSトランジスタであればVoffは0Vでよ
い。pチャンネルMOSトランジスタは基板がカソードに
共通となっているので、寄生ダイオードはSIサイリスタ
1が導通状態にあるときのゲート電位以上の立上り電圧
を必要とする。
FIG. 2A shows an example in which the semiconductor switch element 3 in FIG. 1A is a p-channel MOS transistor 31. The same numbers as in FIG. 1 are the same below. The potential of V off of the pulse φ G may be determined by the threshold voltage of the p-channel MOS transistor, and V off may be 0 V in the case of a normally-on p-channel MOS transistor. Since the substrate of the p-channel MOS transistor is common to the cathode, the parasitic diode requires a rising voltage higher than the gate potential when the SI thyristor 1 is in the conductive state.

ノーマリオフ型SIサイリスタ1として1200V−5A級の
ものを使用した場合について、容量2(Cg)とpチャン
ネルMOSトランジスタ31の特性と、この駆動回路でのス
イッチング特性との関係を以下説明するが、これにより
使用者の目的に見合う容量2の値及びpチャンネルMOS
トランジスタ31を選ぶことができる。
The relationship between the characteristics of the capacitor 2 (Cg) and the p-channel MOS transistor 31 and the switching characteristics of this drive circuit when a 1200V-5A class normally-off type SI thyristor 1 is used is explained below. Depending on the user's purpose, the value of capacitance 2 and p-channel MOS
The transistor 31 can be selected.

即ち、ノーマリオフ型SIサイリスタ入力インピーダン
スを簡単に抵抗R及び容量Cとの並列と考えると、φ
の立上りがステップ関数で与えられるときは、φの立
上りでゲートへ流れ込むゲート電流Igは次のようにな
る。
That is, if the normally-off type SI thyristor input impedance is simply considered to be in parallel with the resistor R and the capacitor C, then φ G
When the rising edge of is given by a step function, the gate current Ig flowing into the gate at the rising edge of φ G is as follows.

Ig=(Vg/R)・{Cg/(Cg+C)} ・exp[−t/{(Cg+C)R}] ここでVgはpチャンネルMOSトランジスタの閾値電圧
をVthとすると(Von−Vth)である。
Ig = (Vg / R) · {Cg / (Cg + C)} · exp [-t / {(Cg + C) R}] where Vg is the threshold voltage of the p-channel MOS transistor and V th (V on -V th ).

したがって、Vg及びCgを適当に選ぶことによってター
ンオンに必要なゲート電流をターンオンに必要な期間流
すことができる。
Therefore, by appropriately selecting Vg and Cg, the gate current required for turn-on can be passed for the period required for turn-on.

このターンオンに必要なゲート電流及びその期間はア
ノード電圧とアノード電流とによって変化する。
The gate current and its period required for this turn-on change depending on the anode voltage and the anode current.

第7図(a)〜(d)にCgの違いによるターンオン領
域の変化の一例を示す。図中曲線の右上の領域がそれぞ
れのCgにおけるターンオン領域である。また、第7図の
例ではVonをパラメータとしているが、使用したpチャ
ンネルMOSトランジスタの閾値電圧は0〜−1Vのもので
ある。
FIGS. 7A to 7D show an example of changes in the turn-on area due to the difference in Cg. The upper right area of the curve in the figure is the turn-on area in each Cg. Further, although V on is used as a parameter in the example of FIG. 7, the threshold voltage of the p-channel MOS transistor used is 0 to −1V.

ターンオンに必要なゲート電流及びその期間がアノー
ド電圧とアノード電流とによって変化する理由は次のよ
うに説明される。
The reason why the gate current required for turn-on and the period thereof vary depending on the anode voltage and the anode current is explained as follows.

ノーマリオフ型SIサイリスタは、従来のpnpn構造のサ
イリスタの動作がpnpとnpnの2つのバイポーラトランジ
スタが接続されたものとして説明されると同様に、ppn
のバイポーラトランジスタとnチャンネルのノーマリオ
フ型SITが接続されたものとして説明される。ゲートオ
ープンのノーマリオフ型SIサイリスタは、これらpnpバ
イポーラトランジスタとnチャンネルノーマリオフ型SI
Tの電流幅率の和が1以上となるとターンオンする。ゲ
ートオープンのノーマリオフ型SITの電流増幅率はドレ
イン電圧とともに増大し、また、pnpバイポーラトラン
ジスタではエミッタ電流とともに増大する。つまり、ゲ
ートオープンのノーマリオフ型SIサイリスタの電流増幅
率はアノード電圧とアノード電流により変化する。ター
ンオンのときノーマリオフ型SIサイリスタ1のゲートに
接続されたpチャンネルのMOSトランジスタ31は遮断状
態にあり、ゲートには容量2のみが接続されている。こ
のときゲートには外部から直流電流は流れないのでゲー
トオープンと考えてよい。したがって、ターンオンに必
要なゲート電流及びその期間がアノード電圧とアノード
電流によって変化する。
The normally-off type SI thyristor is similar to the one in which the operation of a conventional thyristor with a pnpn structure is explained as connecting two bipolar transistors pnp and npn.
The bipolar transistor and the n-channel normally-off type SIT are described as being connected. The gate-open normally-off SI thyristor consists of these pnp bipolar transistors and n-channel normally-off SI thyristor.
It turns on when the sum of the current width ratios of T becomes 1 or more. The current amplification factor of the gate-open normally-off type SIT increases with the drain voltage, and also increases with the emitter current in the pnp bipolar transistor. That is, the current amplification factor of the gate-open normally-off SI thyristor changes depending on the anode voltage and the anode current. At the time of turn-on, the p-channel MOS transistor 31 connected to the gate of the normally-off type SI thyristor 1 is in the cutoff state, and only the capacitor 2 is connected to the gate. At this time, a direct current does not flow from the outside to the gate, so it may be considered that the gate is open. Therefore, the gate current required for turn-on and its period vary depending on the anode voltage and the anode current.

次いで、pチャンネルMOSトランジスタ31について説
明する。pチャンネルMOSトランジスタ31は第1図
(a)のスイッチ3を電子デバイスで実現した一例であ
る。pチャンネルMOSトランジスタ31とスイッチ3との
大きな違いはpチャンネルMOSトランジスタ31は導通状
態にあっても抵抗Ronを持つことである。それ故、ター
ンオフのときに流れるゲート電流がこの抵抗Ronによっ
て制限される。導通状態にあるノーマリオフ型SIサイリ
スタのゲートはある電位VGK(on)になっているが、ゲー
ト電流の最大値VGK(on)/Ronを越えることができない。
ターンオフに必要なゲート電流はVGK(on)/Ronより小さ
くなるようにRonを選ばなければならない。また、Ron
よってゲート電流が小さくなるとターンオフに要する時
間も長くなってくる。
Next, the p-channel MOS transistor 31 will be described. The p-channel MOS transistor 31 is an example in which the switch 3 shown in FIG. 1A is realized by an electronic device. The major difference between the p-channel MOS transistor 31 and the switch 3 is that the p-channel MOS transistor 31 has a resistance R on even when it is in a conductive state. Therefore, the gate current flowing at turn-off is limited by this resistor R on . The gate of the normally-off type SI thyristor in the conductive state is at a certain potential V GK (on) , but the maximum value of the gate current V GK (on) / R on cannot be exceeded.
R on must be chosen so that the gate current required for turn-off is less than V GK (on) / R on . Moreover, when the gate current becomes smaller due to R on , the time required for turn-off becomes longer.

第8図(a)〜(f)にRonによるターンオフ時間の
変化を示す。ここでもtfはアノード電圧の立下り時間、
tstgは蓄積時間を示す。IGoffはゲート電流の最大値で
ある。toffはターンオフに要する時間で、 toff=tstg+tf で定義する。この例では、Ronは1Ω以下が要求され
る。
FIGS. 8A to 8F show changes in turn-off time due to R on . Again, t f is the fall time of the anode voltage,
t stg indicates the accumulation time. I Goff is the maximum value of gate current. t off is the time required for turn- off and is defined by t off = t stg + t f . In this example, R on is required to be 1Ω or less.

第2図(b)は第2図(a)のpチャンネルMOSトラ
ンジスタ32の基板をゲートに接続したものであり、第2
図(a)と同様の動作をする。
2 (b) shows the substrate of the p-channel MOS transistor 32 of FIG. 2 (a) connected to the gate.
The same operation as in FIG.

第2図(c)は第1図(a)の半導体スイッチ素子3
をpチャンネルのSIT33にした例である。このpチャン
ネルSIT33がノーマリオンであれば、パルスφのVoff
の電位は0でよく、ノーマリオフであれば、SIT33が導
通状態となる電位にすればよい。Vonも同様にSIT33が遮
断状態となる電位以上で、SIサイリスタ1がトリガされ
る電位とすればよい。
FIG. 2 (c) shows the semiconductor switch element 3 of FIG. 1 (a).
Is an example in which SIT33 of p channel is used. If this p-channel SIT33 is normally on, V off of pulse φ G
0 may be 0, and if it is normally off, it may be set to a potential at which the SIT 33 becomes conductive. Similarly, V on may be set to a potential at which the SIT 33 is in the cutoff state or higher and the SI thyristor 1 is triggered.

第2図(d)は第1図(a)の半導体スイッチ素子3
をPNPのトランジスタ34とした例である。バイポーラト
ランジスタは電流制御素子であるのでベース抵抗35を設
けてある。パルスφのVoffの電位はトランジスタ34が
導通状態となる負電圧となる。Vonはトランジスタ34が
遮断状態となりSIサイリスタがトリガされればよいので
0或いは正電圧とする。
2 (d) is the semiconductor switch element 3 of FIG. 1 (a).
Is a PNP transistor 34. Since the bipolar transistor is a current control element, the base resistor 35 is provided. The potential of V off of the pulse φ G becomes a negative voltage with which the transistor 34 becomes conductive. V on is set to 0 or a positive voltage because the transistor 34 is cut off and the SI thyristor is triggered.

第3図(a)は第1図(a)の半導体スイッチ素子3
をnチャンネルMOSトランジスタ36とした例である。基
板はカソードに接続されている。基板の寄生ダイオード
の立上り電圧がSIサイリスタ1が導通状態にあるときの
ゲート電圧以上であれば第3図(b)のようにnチャン
ネルMOSトランジスタ37の基板をゲートに接続してもよ
い。
FIG. 3 (a) is a semiconductor switch element 3 of FIG. 1 (a).
Is an n-channel MOS transistor 36. The substrate is connected to the cathode. If the rising voltage of the parasitic diode on the substrate is equal to or higher than the gate voltage when the SI thyristor 1 is in the conductive state, the substrate of the n-channel MOS transistor 37 may be connected to the gate as shown in FIG. 3 (b).

第3図(c)は第1図(c)の半導体スイッチ素子3
をnチャンネルのSIT38とした例である。
FIG. 3 (c) is the semiconductor switch element 3 of FIG. 1 (c).
Is an n-channel SIT38.

第3図(d)は第1図(c)の半導体スイッチ素子3
をNPNのトランジスタ39とした例である。バイポーラト
ランジスタは電流制御素子なのでベース抵抗40を設けて
ある。
FIG. 3 (d) is a semiconductor switch element 3 of FIG. 1 (c).
Is an NPN transistor 39. Since the bipolar transistor is a current control element, the base resistor 40 is provided.

(実施例) 第4図(a)はダブルゲートSIサイリスタの駆動回路
を示す。このダブルゲートSIサイリスタはp+−p+−n-
n+の4層構造からなり、前記p+層およびn+層がそれぞれ
アノード、カソードで、第1ゲートのp+領域が前記n-
に形成されると共に、第2ゲートのn+領域が前記p-層に
設けられている。それ故、ノーマリオフ型ダブルゲート
SIサイリスタにおいて前記アノード、カソード間に電圧
が印加されてもオフ状態であるから、オン状態とするた
めには前記第1ゲートのp+領域と前記SIサイリスタの前
記n-層、および前記第2ゲートのn+領域と前記SIサイリ
スタの前記p-層との接合がそれぞれ順方向となるような
パルスを印加し、逆に、オン状態からオフ状態にするた
めには前記接合がそれぞれ零または逆方向となるパルス
を印加すればよい。
(Embodiment) FIG. 4 (a) shows a drive circuit for a double gate SI thyristor. The double gate SI thyristor p + -p + -n - -
consists of four-layer structure of n +, anode the p + layer and the n + layers, respectively, at the cathode, p + region of the first gate is said n - is formed in a layer, the n + region of the second gate It is provided in the p - layer. Therefore, normally-off type double gate
Even if a voltage is applied between the anode and the cathode in the SI thyristor, the SI thyristor is in the off state. Therefore, in order to turn it on, the p + region of the first gate, the n layer of the SI thyristor, and the second A pulse is applied so that the junction between the n + region of the gate and the p layer of the SI thyristor is in the forward direction, and conversely, in order to change from the ON state to the OFF state, the junction is zero or reverse. A pulse having a direction may be applied.

第4図(a)に示されるように、ノーマリオフ型ダブ
ルゲートSIサイリスタ11の第1ゲートG1および第2ゲー
トG2にはそれぞれ容量21、22が接続され、前記第1ゲー
トG1とカソードK間にはnチャンネルMOSトランジスタ3
01が設けられ、また、前記第2ゲートG2とアノード間に
はpチャンネルMOSトランジスタ302が接続されている。
前記ノーマリオフ型ダブルゲートSIサイリスタ11を駆動
するには、第4図(b)に示されるように、前記容量2
1、22を介して前記第1ゲートG1および第2ゲートG2に
対してφG1ONおよびφG2ONの正および負のパルスを同時
に印加して前記SIサイリスタ11を導通状態にする。次い
で、前記pチャンネルMOSトランジスタ301およびnチャ
ンネルMOSトランジスタ302のゲートにφG1OFFおよびφ
G2OFFの正および負のパルスを同時に印加して前記MOSト
ランジスタ301、302をオンにして前記SIサイリスタ11を
遮断状態にする。
As shown in FIG. 4 (a), capacitors 21 and 22 are connected to the first gate G1 and the second gate G2 of the normally-off type double gate SI thyristor 11, respectively, and between the first gate G1 and the cathode K. Is an n-channel MOS transistor 3
01 is provided, and a p-channel MOS transistor 302 is connected between the second gate G2 and the anode.
In order to drive the normally-off type double gate SI thyristor 11, as shown in FIG.
Positive and negative pulses of φ G1ON and φ G2ON are simultaneously applied to the first gate G1 and the second gate G2 via 1, 22 to bring the SI thyristor 11 into a conductive state. Next, φ G1OFF and φ are applied to the gates of the p-channel MOS transistor 301 and the n-channel MOS transistor 302, respectively.
The positive and negative G2OFF pulses are simultaneously applied to turn on the MOS transistors 301 and 302 to turn off the SI thyristor 11.

(発明の効果) 第6図に、第2図(a)の回路での1200V、5A級ノー
マリオフ型SIサイリスタのスイッチング特性を示す。容
量2がCg=1000pF、pチャンネルMOSトランジスタ31はR
on=0.85Ω、パルスφはVon=+5V、Voff=−7Vであ
る。
(Effect of the Invention) FIG. 6 shows the switching characteristics of the 1200V, 5A class normally-off SI thyristor in the circuit of FIG. 2 (a). Capacitance 2 is Cg = 1000pF, p-channel MOS transistor 31 is R
on = 0.85Ω, and the pulse φ G has V on = + 5V and V off = −7V.

ここでtrはターンオン時のアノード電圧の立上りスピ
ード、tdはターンオン遅れ時間、tonはターンオン時間
で、ton=td+trで与えられる。また、IGonはターンオ
ン時のゲート電流の最大値を示す。
Here, t r is the rising speed of the anode voltage at turn-on, t d is the turn-on delay time, and t on is the turn-on time, which is given by t on = t d + t r . In addition, I Gon indicates the maximum value of the gate current at turn-on.

ゲート電流をみると、アノード電流に比べて充分小さ
な値で、速いスイッチングを行っていることがわかる。
従来のトリガ・クエンチ方式による駆動回路と比べてゲ
ートロスが低減化されていることがわかる。さらに、過
渡的なゲートパルスの立上り、立下りにおいてのみSIサ
イリスタがオン・オフされることからドライブパルスが
簡単化される効果もあり、前記のように、実験的にもそ
の動作範囲が確かめられている。
Looking at the gate current, it can be seen that fast switching is performed with a value that is sufficiently smaller than the anode current.
It can be seen that the gate loss is reduced compared to the conventional drive circuit using the trigger / quench method. Furthermore, since the SI thyristor is turned on and off only at the transitional rise and fall of the gate pulse, there is the effect that the drive pulse is simplified.As mentioned above, the operating range was confirmed experimentally. ing.

本発明によるSIサイリスタの駆動回路は絶縁制御によ
る駆動となっており、ゲートパルスのダイナミックな立
上り、立下り部分のタイミングでサイリスタのオン・オ
フを行っている。第9図に典型的なSIサイリスタの各部
の波形を示す。ゲート電流IGは、トリガパルス電流IGon
とクエンチパルス電流IGoffのみでゲート駆動電力が小
さいことがわかる。
The drive circuit of the SI thyristor according to the present invention is driven by insulation control, and the thyristor is turned on / off at the timing of the dynamic rising and falling portions of the gate pulse. Fig. 9 shows the waveform of each part of a typical SI thyristor. The gate current I G is the trigger pulse current I Gon
It can be seen that the gate drive power is small only with the quench pulse current I Goff .

第4図(a)の容量21、22はSIサイリスタのゲート上
に絶縁層を介して形成されたMOSゲートキャパシタであ
ってもよい。同様に、pMOSトランジスタ31、32、pチャ
ンネルSIT33、nチャンネルSIT38、PNPトランジスタ3
4、NPNトランジスタ39、nMOSトランジスタ36、37、30
2、pMOSトランジスタ301等のスイッチングトランジスタ
も主SIサイリスタと同一チップ上に集積化されていても
よく、その場合には、絶縁制御(MOS−Controlled)SI
サイリスタと呼ばれるべきであろう。
The capacitors 21 and 22 in FIG. 4 (a) may be MOS gate capacitors formed on the gate of the SI thyristor via an insulating layer. Similarly, pMOS transistors 31, 32, p-channel SIT33, n-channel SIT38, PNP transistor 3
4, NPN transistor 39, nMOS transistors 36, 37, 30
2, switching transistors such as pMOS transistor 301 may also be integrated on the same chip as the main SI thyristor, in which case isolation control (MOS-Controlled) SI
Should be called a thyristor.

本発明は絶縁制御による静電誘導サイリスタの駆動回
路に関する発明であり、新規で簡単な動作回路となって
おり、工業的にも価値の高いものである。
The present invention is an invention relating to a drive circuit for an electrostatic induction thyristor by insulation control, which is a novel and simple operation circuit and is of high industrial value.

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

第1図は本発明の説明する図、第2図及び第3図は本発
明の前提となる例を示す図、第4図は本発明の実施例を
示す図、第5図は従来の技術の一例、第6図は発明の効
果を示す図、第7図は容量2とターンオン特性の関係の
一例を示す図、第8図はpチャンネルMOSトランジスタ3
1とターンオフ特性の関係の一例を示す図、第9図はSI
サイリスタを駆動した場合の典型的な各部の動作波形を
示す図である。 1……ノーマリオフ型SIサイリスタ、2……容量、3…
…半導体スイッチ素子、4……半導体スイッチ素子の制
御端子、11……ノーマリオフ型ダブルゲートSIサイリス
タ、G1……第1ゲート、G2……第2ゲート、301……n
チャンネルMOSトランジスタ、302……pチャンネルMOS
トランジスタ、21、22……容量、φG1ON……正のパル
ス、φG1OFF……正のパルス、φG2ON……負のパルス、
φG2OFF……負のパルス
FIG. 1 is a diagram for explaining the present invention, FIGS. 2 and 3 are diagrams showing an example which is a premise of the present invention, FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a conventional technique. FIG. 6 is a diagram showing the effect of the invention, FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the capacitance 2 and turn-on characteristics, and FIG. 8 is a p-channel MOS transistor 3
Figure 1 shows an example of the relationship between 1 and turn-off characteristics. Figure 9 shows SI.
It is a figure which shows the typical operation waveform of each part at the time of driving a thyristor. 1 ... Normally off type SI thyristor, 2 ... Capacity, 3 ...
… Semiconductor switch element, 4 …… Control terminal of semiconductor switch element, 11 …… Normally off type double gate SI thyristor, G1 …… First gate, G2 …… Second gate, 301 …… n
Channel MOS transistor, 302 ... p channel MOS
Transistor, 21, 22 ... Capacity, φ G1ON …… positive pulse, φ G1OFF …… positive pulse, φ G2ON …… negative pulse,
φ G2OFF …… Negative pulse

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アノード端子、カソード端子および第1お
よび第2のゲート端子を有するノーマリオフ型静電誘導
サイリスタと、 一端が第1の入力端子に接続されると共に、他端が前記
第1のゲート端子に接続された第1の容量素子と、 一端が第2の入力端子に接続されると共に、他端が前記
第2のゲート端子に接続された第2の容量素子と、 第3の入力端子に接続された制御電極を有し、前記第1
のゲート端子および前記カソード端子間に接続された第
1の半導体スイッチ素子と、 第4の入力端子に接続された制御電極を有し、前記第2
のゲート端子および前記アノード端子間に接続された第
2の半導体スイッチ素子とを具備し、 前記第1および第2の入力端子にパルス信号を同時に印
加して前記ノーマリオフ型静電誘導サイリスタを導通状
態にし、前記第3および第4の入力端子にパルス信号を
同時に印加し前記第1および第2の半導体スイッチ素子
を導通状態にして前記ノーマリオフ型静電誘導サイリス
タを遮断状態とすることを特徴とする静電誘導サイリス
タの駆動回路。
1. A normally-off type electrostatic induction thyristor having an anode terminal, a cathode terminal, and first and second gate terminals, one end of which is connected to a first input terminal and the other end of which is the first gate. A first capacitive element connected to the terminal, a second capacitive element having one end connected to the second input terminal and the other end connected to the second gate terminal, and a third input terminal A control electrode connected to the first
A first semiconductor switch element connected between the gate terminal and the cathode terminal, and a control electrode connected to a fourth input terminal,
Second semiconductor switch element connected between the gate terminal and the anode terminal of the normally-off static induction thyristor by applying a pulse signal to the first and second input terminals at the same time. A pulse signal is simultaneously applied to the third and fourth input terminals to make the first and second semiconductor switch elements conductive, and the normally-off static induction thyristor is cut off. Driving circuit for electrostatic induction thyristor.
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